MX2015000498A - Soporte para sellos de alta presion. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un mecanismo de sello para utilizarse con un componente en el interior del pozo que comprende un primer miembro tubular y un segundo miembro tubular, en donde el primer miembro tubular está dispuesto dentro del segundo miembro tubular y separado del mismo por medio de un espacio de extrusión; una ranura circunferencial dispuesta en el primer miembro tubular; un sello dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde el sello puede posicionarse para acoplarse de manera selectiva con el segundo miembro tubular; y un soporte para sellos de alta presión dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde la distancia entre un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión y un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión está configurada para permanecer sustancialmente constante cuando la presión incrementa en el soporte para sellos de alta presión, y en donde el soporte para sellos de alta presión está configurado para tener un incremento en su diámetro exterior en respuesta al incremento en la presión.

Description

SOPORTE PARA SELLOS DE ALTA PRESIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN El campo de la invención se refiere a soportes para sellos para herramientas del pozo utilizados a menudo en aplicaciones de pozos de petróleo y gas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El campo de la invención se refiere a soportes para sellos para herramientas de pozo utilizados a menudo en aplicaciones para pozos de petróleo y gas. Los miembros de sellado acoplan miembros movibles en herramientas de pozo. Los soportes para sellos proporcionan soporte para los miembros de sellado además tratan de reducir un espacio de extrusión. Cuando están bajo presión, los miembros de sellado se pueden extender a través del espacio de extrusión cuando entran en contacto hermético. Durante este tiempo, los sellos estándar pueden caer a través del espacio de extrusión y limitar la cantidad de área de superficie del sello que se acopla a una superficie exterior para formar un acoplamiento hermético. Adicionalmente, los sellos estándar pueden cortarse y causar que fragmentos del sello se caigan a través del espacio de extrusión (a menudo llamado el efecto de picado). Con el paso del tiempo, el estar expuesto prolongadamente al picado puede causar la falla prematura del sello.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En una modalidad, un mecanismo de sello para utilizarse con un componente en el interior del pozo comprende un primer miembro tubular y un segundo miembro tubular, en donde el primer miembro tubular está dispuesto dentro del segundo miembro tubular y separado del mismo por un espacio de extrusión; una ranura circunferencial dispuesta en el primer miembro tubular; un sello dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde el sello se puede posicionar de manera selectiva para acoplarse con el segundo miembro tubular; y un soporte para sellos de alta presión dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde la distancia entre un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión y un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión está configurada para permanecer sustancialmente constante cuando la presión incrementa en el soporte para sellos de alta presión, y en donde el soporte para sellos de alta presión está configurado para tener un incremento en su diámetro exterior en respuesta a un incremento de presión.

En una modalidad, un mecanismo de sello de alta presión para utilizarse con un componente en el interior del pozo en un entorno de pozo comprende un miembro tubular y una superficie, en donde el miembro tubular está dispuesto adyacente a la superficie y separado de la superficie por un espacio de extrusión, una ranura circunferencial dispuesta en el miembro tubular, un sello dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde el sello se puede posicionar de manera selectiva para acoplarse con la superficie, y un soporte para sellos de alta presión dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde la distancia entre un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión y un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión está configurada para permanecer sustancialmente constante cuando la presión incrementa en el soporte para sellos de alta presión.

En otra modalidad, un método comprende incrementar la presión en un sello y en un soporte para sellos de alta presión, en donde el sello y el soporte para sellos de alta presión están dispuestos con una ranura circunferencial, extendiendo el soporte para sellos de alta presión hacia un espacio de extrusión, y formando un sello entre un miembro tubular y una superficie.

Estas y otras características serán entendidas más claramente a partir de la siguiente descripción detallada tomada en conjunción con los dibujos de acompañamiento y las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un entendimiento más completo de la presente divulgación y de las ventajas de la misma, ahora se hace referencia a la siguiente breve descripción, tomada en conexión con los dibujos de acompañamiento y la descripción detallada: La Figura 1 es una vista en capas de una modalidad de un sistema de servicio de un pozo.

La Figura 2A es una vista lateral de una modalidad de un mecanismo de sello de alta presión.

La Figura 2B es una vista en sección transversal de una modalidad de un mecanismo de sello de alta presión.

La Figura 3A es una vista lateral de una modalidad de un soporte para sellos de alta presión.

La Figura 3B es una vista lateral de una modalidad de un soporte para sellos estándar.

La Figura 4A es otra vista en sección transversal de una modalidad de un mecanismo de sello de alta presión.

La Figura 4B es una vista en sección transversal de una modalidad de un soporte para sellos de alta presión.

La Figura 5A es una vista en sección transversal de una modalidad de un mecanismo de sello estándar.

La Figura 5B es una vista en sección transversal de una modalidad de un sello en un mecanismo de sello estándar.

La Figura 5C es una vista en sección transversal de una modalidad de un soporte de sellos estándar y un sello en un mecanismo de sello estándar.

La Figura 6 es otra vista en sección transversal de una modalidad de un mecanismo de sello de alta presión.

La Figura 7 es otra vista en sección transversal de una modalidad de un mecanismo de sello de alta presión.

La Figura 8 es otra vista en sección transversal de una modalidad de un mecanismo de sello de alta presión.

La Figura 9 es otra vista en sección transversal de una modalidad de un mecanismo de sello de alta presión.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En los dibujos y la descripción siguientes, las partes similares generalmente están marcadas por toda la especificación y los dibujos con los mismos numerales de referencia, respectivamente. Las figuras de los dibujos no necesariamente están a escala. Ciertas características de la invención se pueden mostrar exageradas en escala o de alguna manera en forma esquemática y algunos detalles de elementos convencionales puede ser que no sean mostrados con interés en tener claridad y en ser concisos. Las modalidades específicas están descritas a detalle y se muestran en los dibujos, con el conocimiento de que la presente divulgación se debe b considerar como una ejemplificación de los principios de la invención, y no se tiene la intención de limitar la invención a lo que se ilustra y se describe en este documento. Se debe reconocer completamente que las diferentes enseñanzas de las modalidades discutidas más adelante se pueden emplear separadamente o en cualquier combinación adecuada para producir resultados deseados.

A menos que se especifique de otra manera, cualquier uso de cualquier forma de los términos "conectar", "acoplar", "ajustar", "unir", o cualquier otro término que describe una interacción entre elementos no tiene la intención de limitar la interacción a una interacción directa entre los elementos y también puede incluir la interacción indirecta entre los elementos descritos. En la siguiente discusión y en las reivindicaciones, los términos "que incluye" y "que comprende" se utilizan de un modo no concluyente, y de esa manera debería interpretarse para significar "que incluye, pero sin estar limitado...". Se hará referencia a arriba y abajo con propósitos descriptivos con "arriba", "superior", "hacia arriba", o "de subida" que quieren decir hacia la superficie del pozo y con "abajo", "inferior", "hacia abajo", o "de bajada" que quieren decir hacia el extremo terminal del pozo, independientemente de la orientación del pozo. Se hará referencia a adentro o afuera con propósitos descriptivos con "adentro", "interior", o "hacia adentro" que quieren decir hacia el centro o el eje central del pozo, y con "afuera", "exterior", o "hacia afuera" que quiere decir hacia el tubular del pozo y/o la pared del pozo. La referencia a "longitudinal", "longitudinalmente", o "axialmente" quiere decir de una dirección sustancialmente alineada con el eje principal del pozo y/o el tubular del pozo. La referencia a "radial" o "radialmente" quiere decir de una dirección sustancialmente alineada con una línea entre el eje principal del pozo y/o el tubular del pozo y la pared del pozo que es sustancialmente normal para el eje principal del pozo y/o el tubular del pozo, sin embargo la dirección radial no tiene que pasar a través del eje central del pozo y/o del tubular del pozo. Las diversas características mencionadas anteriormente, además de otros elementos y características descritos más adelante con más detalle, serán aparentes fácilmente para aquellos experimentados en la materia con la ayuda de esta divulgación luego de la lectura de la siguiente descripción detallada de las modalidades, y al hacer referencia a los dibujos de acompañamiento.

Muchas herramientas utilizadas en una operación de servicio pueden comprender uno o más mecanismos de sello de alta presión configurados para acoplar uno o más de otros componentes. Por ejemplo, una herramienta de terminación y/o una herramienta de recuperación pueden comprender un pistón que tiene un mecanismo de sello de alta presión. El componente puede estar unido fijamente a la herramienta. Una herramienta que comprende un mecanismo de sello de alta presión puede comprender un sello para acoplarse en una superficie en el pozo. Este sello puede estar dispuesto en una ranura circunferencial, y la ranura circunferencial puede estar dispuesta circunferencialmente en una superficie de una porción de la herramienta del pozo. Soportes de sellos tradicionales se pueden utilizar en sellos para ayudar a mantener el sello bajo alta presión. Sin embargo, los soportes tradicionales no se extienden hacia el espacio de extrusión, lo cual lleva a fugas potenciales y a la pérdida de la integridad del sello. Con el objetivo de tratar este problema potencial, el soporte para sellos de alta presión divulgado en este documento se extiende hacia el espacio de extrusión cuando está bajo presión, dando soporte al sello en el espacio de extrusión cuando el sello está bajo presión. El mecanismo de sello de alta presión puede comprender un soporte para sellos de alta presión dispuesto con la ranura circunferencial y configurado de manera que la distancia entre el diámetro interno del soporte para sellos de alta presión y el diámetro externo del soporte de sellos de alta presión permanece sustancialmente constante cuando la presión incrementa en el soporte para sellos de alta presión. "Alta presión", como se utiliza en este documento, quiere decir mayor que o igual a unos 35.15 kilogramos por centímetro cuadrado (500 libras por pulgada cuadrada), mayor que o igual a unos 70.31 kilogramos por centímetro cuadrado (1000 libras por pulgada cuadrada), mayor que o igual a unos 351.5 kilogramos por centímetro cuadrado (5000 libras por pulgada cuadrada), o mayor o igual a unos 703.1 kilogramos por centímetro cuadrado (10,000 libras por pulgada cuadrada). Alguien con experiencia común en la materia entendería, con la ayuda de esta divulgación, cuándo existe un escenario de "alta presión" basado, por ejemplo, en las condiciones operacionales, en el entorno de servicio, en el tipo de sello, o en cualquier preocupación de seguridad. Por ejemplo, puede existir un escenario de "alta presión", que puede requerir un soporte para sellos de alta presión, cuando hay una necesidad de un soporte para sellos estándar. Aunque se describen en términos de un soporte para sellos de alta presión y un sistema de sellos de alta presión en algunas modalidades, los sistemas y métodos descritos en este documento también pueden utilizarse en presiones menores que aquellas consideradas como de alta presión.

Cuando el mecanismo de sello de alta presión está bajo alta presión, el sello se extiende desde la ranura, hacia el espacio de extrusión, y se acopla a una superficie externa. El soporte para sellos de alta presión también puede extenderse desde la ranura y hacia el espacio de extrusión. El soporte para sellos de alta presión puede acoplar el sello en el espacio de extrusión, dando soporte al sello en el espacio de extrusión, y previniendo que el sello se caiga en el espacio de extrusión. El prevenir que el sello caiga al espacio de extrusión facilita un mejor acoplamiento hermético entre la herramienta y la superficie externa. Adicionalmente, este elemento también puede aliviar la presión entre el sello y el filo de, por ejemplo, la ranura circunferencial o de un segundo soporte para sellos, reduciendo cualquier fuerza de corte en el sello, y extendiendo potencialmente la vida del sello.

Como se divulga aparte en este documento, el mecanismo de sellado de alta presión puede comprender una pluralidad de segundos soportes para sellos y una pluralidad de soportes para sellos de alta presión. La pluralidad de segundos soportes para sellos y la pluralidad de soportes para sellos de alta presión proporcionan soporte para el sello en la ranura circunferencial. En una modalidad, una pluralidad de segundos soportes para sellos y una pluralidad de soportes para sellos de alta presión están configuradas para hacer que el mecanismo de sellos de alta presión sea un sello de doble- vía. En otra modalidad, una pluralidad de segundos soportes para sellos y una pluralidad de soportes para sellos de alta presión están configurados para hacer que el mecanismo de sellos de alta presión sea un sello de una vía. Adicionalmente, el soporte para sellos de alta presión puede tener una pluralidad de dientes de aseguramiento que se extienden hacia afuera desde el soporte para sellos de alta presión y configurados para acoplarse con una pluralidad de dientes de aseguramiento que se extienden hacia afuera desde una superficie adyacente hasta el soporte para sellos de alta presión. En algunas modalidades, se puede unir fijamente una cuña a una superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión. Estas características pueden limitar la reducción del diámetro externo del soporte para sellos de alta presión cuando la presión disminuye en el soporte para sellos de alta presión. Otras características pueden mantener el soporte para sellos de alta presión en el espacio de extrusión cuando, por ejemplo, hay una caída repentina de la presión diferencial seguida rápidamente de un aumento de la presión diferencial en donde de otro modo el sello podría caer en el espacio de extrusión antes de que el soporte para sellos de alta presión tenga tiempo para regresar al espacio de extrusión y prevenir que el sello caiga a través del espacio de extrusión.

Regresando a la Figura 1, se muestra un ejemplo de un entorno de operación de un pozo en el que uno o más mecanismos de sello de alta presión se pueden utilizar. Como se representa, el entorno de operación comprende una plataforma de perforación 106 que está posicionada en la superficie de la tierra 104 y se extiende por y alrededor de un pozo 114 que penetra una formación subterránea 102 con el propósito de recuperar hidrocarburos. El pozo 114 puede perforarse en la formación subterránea 102 utilizando cualquier téenica de operación adecuada. El pozo 114 se extiende verticalmente de manera sustancial alejándose de la superficie de la tierra 104 a través de una porción vertical del pozo 116, se desvia de la vertical relativo a la superficie de la tierra 104 a través de una porción desviada del pozo 136, y hace transición a una porción horizontal del pozo 118. En entornos de operación alternativos, todo o porciones de un pozo pueden ser verticales, desviados en cualquier ángulo adecuado, horizontal, y/o curvado. El pozo puede ser un pozo nuevo, un pozo existente, un pozo recto, un pozo de alcance extendido, un pozo bifurcado, un pozo multi lateral, y otros tipos de pozos para perforar y terminar una o más zonas de producción. Además el pozo puede utilizarse para pozos de producción y pozos de inyección. En una modalidad, el pozo puede utilizarse con otros propósitos aparte de o en adición a la producción de hidrocarburos, tal como usos relacionados con la energía geotérmica y/o la producción de agua (p.ej., agua potable).

Una cadena tubular de un pozo que comprende un mecanismo de sello puede hacerse bajar a la formación subterránea 102 para una variedad de procedimientos de perforación, terminación, remediación, y/o de tratamiento para toda la vida del pozo. La modalidad mostrada en la Figura 1 ilustra el tubular de un pozo 120 en la forma de una cadena de terminación que se hace bajar a la formación subterránea. Debería entenderse que el tubular del pozo 120 es aplicable igualmente a cualquier tipo de tubular de pozo que se está insertando en un pozo, incluyendo como ejemplos no limitantes un tubo de perforación, una tubería de producción, cadena de varillas, y una tubería flexible. En la modalidad mostrada en la Figura 1, el tubular del pozo 120 que comprende el mecanismo de sello de alta presión puede trasladarse a la formación subterránea 102 de una manera convencional y puede utilizarse subsecuentemente para proporcionar un sello dentro del pozo como se describe en este documento.

La plataforma de perforación 106 comprende una torre de perforación 108 con un piso de torre 110 a través del cual el tubular del pozo 120 se extiende hacia abajo desde la plataforma de perforación 106 en el pozo 114. La plataforma de perforación 106 comprende un güinche impulsado por un motor y otro equipamiento asociado para extender el tubular del pozo 120 en el pozo 114 para posicionar el tubular del pozo 120 a una profundidad seleccionada. Aunque el entorno de operación representado en la Figura 1 se refiere a una plataforma de perforación estacionaria 106 para hacer bajar e instalar el tubular del pozo 120 que comprende el mecanismo de sello dentro de un pozo con base en tierra 114, en modalidades alternativas, plataformas de perforación móviles para remediación, unidades de servicio de pozo (tales como unidades de tubería flexible), y similares se pueden utilizar para hacer bajar el tubular del pozo 120 que comprende el mecanismo de sello en un pozo. Debería entenderse que un tubular de pozo 120 que comprende el mecanismo de sello puede utilizarse alternativamente en otros entornos operacionales, tales como dentro de un entorno operacional de un pozo marino. En entornos operacionales alternativos, una porción de pozo vertical, desviada, u horizontal se puede forrar y cementar y/o porciones del pozo pueden ser sin forro.

Independientemente del tipo de entorno operacional en el que se utiliza el mecanismo de sello de alta presión 200, será apreciado que el mecanismo de sello de alta presión 200 sirve para proporcionar un sello entre dos componentes. El mecanismo de sello de alta presión 200 puede utilizar configuraciones diferentes a las de un mecanismo de sello estándar. Como se describe con mayor detalle más adelante, con respecto a las Figuras 2A y 2B, el mecanismo de sello de alta presión 200 generalmente comprende un primer miembro tubular 202 y un segundo miembro tubular 204, una ranura circunferencial 206, un sello 208, y un soporte para sellos de alta presión 210. La ranura circunferencial 206 está dispuesta en el primer miembro tubular 202. El primer miembro tubular 202 y el segundo miembro tubular 204 están separados por un espacio de extrusión 212. El sello 208 puede estar dispuesto dentro de la ranura circunferencial 206 de manera que el sello 208 se puede posicionar de manera selectiva para acoplarse con el segundo miembro tubular 204. El soporte para sellos de alta presión 210 puede estar dispuesto al menos parcialmente dentro de la ranura circunferencial 206 de manera que cuando la presión incrementa en el soporte para sellos de alta presión 210 el diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 210 incrementa mientras que la distancia entre un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión 210 y diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 210 permanece sustancialmente constante.

La Figura 2A ilustra una vista lateral del mecanismo de sello de alta presión 200, y la Figura 2B ilustra la misma modalidad del mecanismo de sello de alta presión 200 en sección transversal. Como se muestra en las Figuras 2A y 2B, una modalidad del mecanismo de sello de alta presión 200 comprende un primer miembro tubular 202 y un segundo miembro tubular 204, el primer miembro tubular 202 y el segundo miembro tubular 204 están separados por un espacio de extrusión 212. En segundo miembro tubular 204 también puede ser una superficie plana, una superficie tal como un agujero, (p.ej., en una pared de un componente, dentro de un miembro tubular, etc.) o cualquier otro tipo de superficie siempre y cuando exista un espacio de extrusión 212 entre el primer miembro tubular 202 y el segundo miembro tubular 204. Una ranura circunferencial 206 está dispuesta en el primer miembro tubular 202. La ranura circunferencial 206 puede estar dispuesta radialmente, por ejemplo, en el primer miembro tubular 202 de tal manera que la ranura circunferencial 206 se extiende perpendicular al eje longitudinal del primer miembro tubular 202. En una modalidad, la ranura circunferencial 206 puede extenderse a un ángulo no-perpendicular al eje longitudinal del primer miembro tubular 202. En una modalidad, la ranura circunferencial 206 también puede estar dispuesta de manera elíptica, por ejemplo, de tal manera que la distancia desde el punto central de la ranura circunferencial 206 en el eje longitudinal del primer miembro tubular 202 hasta la ranura circunferencial 206 no es constante.

Un sello 208 está dispuesto con la ranura circunferencial 206. El sello 208 puede ser un añillo en O, por ejemplo, o puede ser cualquier otro miembro que pudiera proporcionar un sello entre el primer miembro tubular 202 y el segundo miembro tubular 204. El sello 208 puede quedarse adentro, sobre, o adyacente a la ranura circunferencial 206. Cuando no se aplica presión, el sello 208 puede asentarse dentro de la ranura circunferencial 206 sin extenderse radialmente en el espacio de extrusión 212, el sello 208 puede extenderse al menos parcialmente hacia el espacio de extrusión 212, o el sello 208 puede acoplarse al segundo miembro tubular 204.

Un soporte para sellos de alta presión 210 está dispuesto con la ranura circunferencial 206. El soporte para sellos de alta presión 210 puede quedarse dentro, sobre, o adyacente a la ranura circunferencial 206. Cuando no se aplica presión, el soporte para sellos de alta presión 210 puede asentarse dentro de la ranura circunferencial 206 sin extenderse radialmente hacia el espacio de extrusión 212, o el soporte para sellos de alta presión 210 puede extenderse al menos parcialmente de manera radial hacia el espacio de extrusión 212. Como se muestra en la Figura 3A y Figura 3B, una modalidad del soporte para sellos de alta presión 210, representada en la Figura 3A, representa cómo el soporte para sellos de alta presión 210 tiene dos caras que se dirigen generalmente en la dirección en la que una fuerza normal seria aplicada como se muestra. Las caras principales del soporte para sellos de alta presión 210 son tales que están localizadas en al menos dos planos que se intersecan cuando no se aplica presión a las caras principales del soporte para sellos de alta presión 210. Cuando está bajo presión, el soporte para sellos de alta presión 210 se puede aplanar parcialmente y expandir radialmente. En una modalidad, El soporte para sellos de alta presión 210 puede expandirse radialmente por lo menos aproximadamente 1%, por lo menos aproximadamente 2%, por lo menos aproximadamente 3%, por lo menos aproximadamente 4%, por lo menos aproximadamente 5%, por lo menos aproximadamente 6%, por lo menos aproximadamente 7%, por lo menos aproximadamente 8%, por lo menos aproximadamente 9%, o por lo menos aproximadamente 10% del radio externo del soporte para sellos de alta presión 210 en un estado no comprimido y no expandido. En una modalidad, los diámetros interno y externo del soporte para sellos de alta presión 210 pueden incrementar cuando se comprimen axialmente. Cuando está bajo presión, el soporte para sellos de alta presión 210 puede aplanarse y los diámetros interno y externo del soporte para sellos de alta presión 210 pueden incrementar. Esta característica del soporte para sellos de alta presión 210 permite que la distancia entre un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión 210 y un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 210 permanezca sustancialmente constante cuando el soporte para sellos de alta presión 210 está bajo alta presión. En una modalidad del soporte para sellos de alta presión 210, soporte para sellos de alta presión 210 comprende un resorte ondulado, el cual puede comprimir cualquier anillo que tenga una o más características de tipo onda y/o se expanda radialmente luego de ser comprimido axialmente.

En cambio, la Figura 3B representa cómo un soporte para sellos estándar tiene dos caras principales que generalmente se dirigen en la dirección en la que una fuerza normal se aplicaría como se muestra. Sin embargo, las caras principales del soporte para sellos estándar son tales que están localizadas en planos paralelos. En esta configuración, los diámetros externo e interno del soporte para sellos de alta presión 210 permanecen sustancialmente constantes aun cuando se ha aplicado una carga. Esta configuración recae más fuertemente en las características maleables elásticas o inelásticas de su composición bajo una fuerza normal.

Los diversos componentes del mecanismo de sellado (p.ej., el soporte para sellos de alta presión) pueden estar formados de materiales seleccionados para resistir las condiciones en el interior del pozo entre las que se incluye calor y/o diversos fluidos ácidos o básicos. Entre los ejemplos de materiales adecuados se puede incluir, pero sin limitarse a, fluoropolímeros, polímeros de polietileno, polímeros de silicona, poliuretanos, y combinaciones de los mismos. Entre los ejemplos no limitativos de compuestos elastoméricos adecuados se incluye, caucho de etileno propileno dieno (EPDM, Ethylene Propylene Diene Monomer), fluoroelastómeros (FKM) [Viton®], perfluoroelastómeros (FFKM) [Kalrez®, Chemraz®, Zalak®], elastómeros de fluoropolímero [Viton®], politetrafluoroetileno, copolímero de tetrafluoroetileno y propileno (FEPM) [Aflas®], y polieter eter cetona (PEEK, Polyetheretherketone), polieter cetona (PEK, Polyetherketone), poliamida-imida (PAI, Polyamide-Imide), poli-imida [Vespel®], sulfato de polifenileno (PPS, Polyphenylene Sulfide), y cualquier combinación de los mismos. Además de estos componentes, se pueden utilizar diversos metales adecuados para utilizarse para formar el soporte para sellos de alta presión (p.ej., acero flexible y similares). En una modalidad, los metales que experimentan deformaciones plásticas se pueden utilizar cuando, por ejemplo, el soporte para sellos no necesita actuar como un sello dinámico. Otros componentes diversos se pueden utilizan en combinación con cualquiera de los materiales de la lista.

Como se muestra en la Figura 4A, otra modalidad del mecanismo de sello de alta presión 200 representa el mecanismo de sello de alta presión 200 bajo una diferencial de presión. En esta modalidad, el sello 208 que actúa bajo una fuerza normal creada mediante la presión diferencial (p.ej., una presión más alta en la derecha del sello 208 que en la izquierda del sello 208 en la Figura 4A) se extiende en el espacio de extrusión 212 acoplando el segundo miembro tubular 204. Adicionalmente el soporte para sellos de alta presión 210 que actúa bajo una fuerza normal creada mediante la presión diferencial se expande y se extiende hacia el espacio de extrusión 212 mientras mantiene la distancia entre el diámetro interno del soporte para sellos de alta presión 210 y el diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 210 sustancialmente constante relativa a la distancia entre el diámetro interno del soporte para sellos de alta presión 210 y el diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 210 cuando no se aplica presión. Conforme se aplica una fuerza normal al soporte para sellos de alta presión 210, el diámetro interno del soporte para sellos de alta presión 210 comienza a moverse una distancia 404 desde la base de la ranura circunferencial 206. Al mismo tiempo, el diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 210 comienza a moverse una distancia 404 hacia el espacio de extrusión. Conforme se aplica una fuerza normal al soporte para sellos de alta presión 210 las distancias 402 y 404 son las mismas sustancialmente. El soporte para sellos de alta presión 210 acopla la ranura circunferencial 206 y el sello 208. Esta característica previene que el sello 208 caiga a través del espacio de extrusión 212 y acopla más área de superficie del sello 208 con el segundo miembro tubular 204 creando un sello más fuerte, como se muestra de más cerca en la Figura 4B. Esta característica también reduce sustancialmente el efecto de corte y de picado en el sello 208 al prevenir que el sello 208 caiga a través del espacio de extrusión 212 y corte el sello 208 con un filo. En otra modalidad, el soporte para sellos de alta presión 210 también puede acoplar el segundo miembro tubular 204.

Como se muestra en la Figura 5A, otra modalidad representa el efecto que un mecanismo de sello estándar 500 tiene en un sello 508 bajo una presión diferencial. En esta modalidad, el sello 508 tiene permitido extenderse a través del espacio de extrusión 512 reduciendo el acoplamiento que pudiera ocurrir entre el sello 508 y el segundo miembro tubular 204, como se muestra en la Figura 5B, y cortando el sello 508 produciendo un efecto de picado que acelera el desgaste en el sello 508, como se muestra en la Figura 5B. A diferencia del soporte para sellos de alta presión 210 de la Figura 4A, el soporte para sellos estándar 514 representado en la Figura 5A y la Figura 5B recae más fuertemente en las características maleables elásticas o inelásticas de su composición bajo una fuerza normal y no se extiende sustancialmente hacia la ranura de extrusión 512. Asi, el sello de soporte estándar 514 puede no ser tan efectivo para prevenir que el sello 508 caiga a través del espacio de extrusión 512 como el soporte para sellos de alta presión descrito en este documento.

Como se muestra en la Figura 6, otra modalidad divulga un segundo soporte para sellos 614 dispuesto adyacente al sello 608 y adyacente al soporte para sellos de alta presión 610. Aunque en esta modalidad el segundo soporte para sellos 614 está dispuesto entre el soporte para sellos de alta presión 610 y el sello 608, el segundo soporte para sellos 614 también puede estar posicionado en el lado de presión más baja desde el soporte para sellos de alta presión 610, un lado de presión más alta desde el sello 608, o en cualquier lugar dispuesto con la ranura circunferencial 606. Esta configuración proporciona un soporte extra en la ranura circunferencial 606 para que el soporte para sellos de alta presión 610 y el sello 608 y ayuda a proporcionar una fuerza uniforme en el soporte para sellos de alta presión 610 que ayuda a comprimir uniformemente el soporte para sellos de alta presión 610 en la dirección axial. En esta modalidad, aunque el segundo soporte para sellos 614 tiene una esquina que parece similar a la esquina representada en la Figura 5A y la Figura 5B que resultaría en el efecto de picado, el soporte para sellos de alta presión 610 todavía previene que el sello 610 caiga a través del espacio de extrusión 612 y de ese modo se reduce enormemente el corte entre el segundo soporte para sellos 614 y el sello 608.

Como se muestra en la Figura 7, otra modalidad divulga el uso de una pluralidad de soportes para sellos de alta presión 710 además de una pluralidad de segundos soportes para sellos 714. Esta configuración proporciona un soporte extra para el sello 708 en la ranura circunferencial 706. Las posiciones del sello 708, la pluralidad de soportes para sellos de alta presión 710, y la pluralidad de segundos soportes para sellos 714 se pueden disponer en cualquier combinación con la ranura circunferencial 706. Asimismo, en esta modalidad y en otras modalidades similares el mecanismo de sellos de alta presión 700 puede ser un sello de dos-vías. En general, un sello de dos-vías comprende un sello configurado para mantener una diferencial de presión en una primera dirección que es sustancialmente similar a una diferencial de presión en una segunda dirección. En otras modalidades, el mecanismo de sello de alta presión puede ser un sello de una-via. En general, un sello de una via comprende un sello configurado para mantener una primera diferencial de presión en una primera dirección y una segunda diferencial en una segunda dirección, en donde la primera diferencial de presión y la segunda diferencial de presión son diferentes. Por ejemplo, cuando un soporte para sellos de alta presión esta dispuesto en solo un lado de un sello, el sello puede mantener un sello en una diferencial de presión más alta cuando la presión más alta se aplica al lado del sello que cuando la presión más alta se aplica al lado del soporte para sellos de alta presión. Cuando se aplica la presión al lado del soporte para sellos de alta presión, la presión puede empujar el soporte para sellos de alta presión alejándolo de la pared de la ranura y no comprime axialmente el soporte para sellos de alta presión.

Como se muestra en la Figura 8, otra modalidad divulga una pluralidad de dientes de aseguramiento 816 que se extienden hacia afuera desde el soporte para sellos de alta presión 810 y que está configurado para acoplarse con una pluralidad de dientes de aseguramiento 816 que se extienden hacia afuera desde una superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión 810. La Figura 8 representa la pluralidad de dientes de aseguramiento 816 que acoplan el soporte para sellos de alta presión 810 con el segundo soporte para sellos 814. Sin embargo, la pluralidad de dientes de aseguramiento 818 puede acoplar el soporte para sellos de alta presión 810 con cualquier superficie dispuesta con la ranura circunferencial 806 que incluye la pared de la ranura circunferencial 806. La pluralidad de dientes de aseguramiento 816 está configurada para limitar la reducción del diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 810 cuando la presión disminuye. Esta configuración mantiene el soporte para sellos de alta presión 810 en el espacio de extrusión 812 cuando, por ejemplo, hay una caída repentina en la presión diferencial seguida rápidamente por un aumento en la presión diferencial en donde de otra manera el sello 802 podría caer en el espacio de extrusión 812 antes de que el soporte para sellos de alta presión 810 tenga tiempo de regresar al espacio de extrusión 812 y prevenir que el sello 808 caiga a través del espacio de extrusión 812. Cuando la presión disminuye a través del mecanismo de sello de alta presión 800, la pluralidad de dientes de aseguramiento 816 prolonga el tiempo en que el soporte para sellos de alta presión 810 permanece extendido en el espacio de extrusión 812 antes de que el soporte para sellos de alta presión 810 se restablezca en la condición de baja presión. Cuando el soporte para sellos de alta presión 810 se expande axialmente, puede ya no acoplar completamente los dientes de aseguramiento 816 y puede con el tiempo desacoplarse de los dientes de aseguramiento 816 luego de haber una cantidad suficiente de expansión axial. Una vez que la pluralidad de dientes de aseguramiento 816 ya no está acoplada, el soporte para sellos de alta presión 810 se contrae hacia la ranura circunferencial 806 y hacia la condición de baja presión.

Como se muestra en la Figura 9, otra modalidad divulga una cuña 918 unida fijamente a una segunda superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión 910 configurada para limitar la reducción del diámetro externo del soporte para sellos de alta presión 910 cuando la presión disminuye en el soporte para sellos de alta presión 910. La Figura 9, representa la cuya 918 unida fijamente a un segundo soporte para sellos 914, sin embargo, la cuña 918 puede estar unida fijamente a cualquier superficie dispuesta con la ranura circunferencial 906 y adyacente al soporte para sellos de alta presión 910. La configuración de la cuña mantiene el soporte para sellos de alta presión 910 en el espacio de extrusión 912 cuando, por ejemplo, hay una caída repentina en presión diferencial seguida rápidamente por un aumento en presión diferencial en donde de otro manera el sello 908 caería en el espacio de extrusión 912 antes de que el soporte para sellos de alta presión 910 tenga tiempo de regresar al espacio de extrusión 912 y prevenir que el sello 908 caiga a través del espacio de extrusión 912. Cuando la presión disminuye a través el mecanismo de sellos de alta presión 900, la cuña 918 prolonga el tiempo que el soporte para sellos de alta presión 910 permanece extendido en el espacio de extrusión 912 antes de que el soporte para sellos de alta presión 910 se restablezca en la condición de baja presión. Cuando el soporte para sellos de alta presión 910 se expande axialmente, puede que ya no acople completamente la cuña 918 y con el tiempo puede desacoplarse de la cuña 918 luego de una cantidad suficiente de expansión axial. Una vez que la cuña 918 ya no esté acoplada al soporte para sellos de alta presión 910, el soporte para sellos de alta presión 910 se contrae a la ranura circunferencial 906 y hacia la condición de baja presión.

Un mecanismo de sello se puede ensamblar utilizando cualquier téenica conocida en la materia. En una modalidad, el mecanismo de sellos puede ensamblarse construyendo primero el mecanismo de sellos en el primer miembro tubular. Una ranura circunferencial puede estar dispuesta en el primer miembro tubular y un sello puede estar dispuesto al menos parcialmente dentro de la ranura circunferencial. Por ejemplo, el sello puede comprender un material elastómero que puede estrecharse y pasar por el primer miembro tubular antes de contraerse en la ranura. Un soporte para sellos de alta presión puede estar dispuesto al menos parcialmente dentro de la ranura circunferencial al comprimir el soporte para sellos de alta presión para expandir radialmente los diámetros interior y externo, colocando el soporte para sellos de alta presión alrededor del eje del primer miembro tubular de manera que el primer miembro tubular encaja a través del diámetro interno del soporte para sellos de alta presión, moviendo el soporte para sellos de alta presión a lo largo del eje del primer miembro tubular hasta que está posicionado radialmente con la ranura circunferencial, y descomprimir el soporte para sellos de alta presión permitiendo que el diámetro interno del soporte para sellos de alta presión se contraiga. El primer miembro tubular entonces puede estar dispuesto dentro del segundo miembro tubular. Como una alternativa para comprimir el soporte para sellos de alta presión durante la instalación, se puede hacer un corte (p.ej., un corte radial) en el soporte para sellos de alta presión para crear un espacio en el soporte para sellos de alta presión para permitir que el soporte de sellos de alta presión se expanda. El soporte para sellos de alta presión entonces puede hacerse mover sobre el primer miembro tubular.

Una vez que el soporte para sellos de alta presión está en posición radialmente con la ranura circunferencial, el espacio del soporte para sellos de alta presión se puede contraer, reduciendo el diámetro del soporte del soporte para sellos de alta presión, y posicionando el soporte para sellos de alta presión al menos parcialmente dentro de la ranura circunferencial. La demás compresión axial del soporte para sellos de alta presión durante su uso puede servir para cerrar el corte.

En una modalidad, el mecanismo de sello puede utilizarse para formar un sello entre dos superficies. La presión sobre el sello y el soporte para sellos de alta presión puede incrementarse cuando el sello y el soporte para sellos de alta presión están dispuestos al menos parcialmente dentro de la ranura circunferencial. El soporte para sellos de alta presión puede extenderse hacia el espacio de extrusión, y el sello puede acoplar un miembro tubular y una superficie para formar un acople hermético entre el miembro tubular y la superficie. El soporte para sellos de alta presión se puede extender hacia el espacio de extrusión en respuesta a una compresión axial, lo que puede resultar de la aplicación de una diferencial de presión a través del mecanismo de sellos. Conforme el soporte para sellos de alta presión se expande, la distancia entre un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión y un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión pueden permanecer sustancialmente constante. El mecanismo de sello puede entonces mantener un sello mientras que el diferencial de presión se mantiene a través del mecanismo de sellos. En una modalidad, el soporte para sellos de alta presión puede extenderse hacia el espacio de extrusión y entrar en contacto con la superficie, de ese modo se forma un acoplamiento entre el miembro tubular y la superficie. En algunas modalidades los dientes de aseguramiento se pueden utilizar. En esta configuración los dientes de aseguramiento en el soporte para sellos de alta presión pueden acoplar las características correspondientes en una superficie adyacente (la cual puede comprender características de una-vía), de ese modo se previene que el soporte para sellos de alta presión se contraiga radialmente hasta que la diferencial de presión haya caído por debajo de un límite. En algunas modalidades, se puede utilizar una cuña dispuesta en una superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión. En esta configuración, la cuña en la superficie adyacente puede acoplar el soporte para sellos de alta presión, de ese modo previniendo que el soporte de sellos de alta presión se contraiga radialmente hasta que la diferencial de presión haya caído por debajo de un límite.

Cuando la diferencial de presión a través del mecanismo de sello disminuye, el soporte para sellos de alta presión puede contraerse radialmente alejándose de la superficie mientras que mantiene una distancia sustancialmente constante entre un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión y un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión. En una modalidad, el soporte para sellos de alta presión puede contraerse y salir del espacio de extrusión. Cuando una cuña se utiliza en una superficie adyacente al soporte para el sello de alta presión, la cuña puede disminuir la velocidad de reducción del diámetro externo del soporte para sellos de alta presión cuando la presión disminuye en el soporte para sellos de alta presión. Similarmente cuando una o más características de aseguramiento se utilizan en una superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión, las características de aseguramiento puede disminuir la velocidad de reducción del diámetro externo del soporte para sellos de alta presión cuando la presión disminuye en el soporte para sellos de alta presión. Una vez que la diferencial de presión a través del mecanismo de sello ha caído por debajo de un límite, el soporte para sellos de alta presión puede expandirse axialmente y desacoplarse de cualquier característica de aseguramiento, de ese modo permitiendo que el soporte para sellos de alta presión se contraiga en la ranura circunferencial. El ciclo de presurización/despresurización se puede repetir cualquier cantidad de veces y el mecanismo de sello se puede utilizar para formar un sello a través del espacio de extrusión.

Se divulga al menos una modalidad y las variaciones, combinaciones, y/o modificaciones de la(s) modalidad(es) y/o características de la(s) modalidad(es) hechas por una persona experimentada en la materia están dentro del alcance de la divulgación. Modalidades alternativas que resulten de combinar, integrar, y/u omitir características de la(s) modalidad(es) también están dentro del alcance de la divulgación. Cuando se establecen de manera expresa rangos o limitaciones numéricas, tales rangos o limitaciones expresas se deben entender que incluyen rangos o limitaciones iterativos de magnitud similar que cae dentro de los rangos o limitaciones establecidas de manera expresa (p.ej., de aproximadamente 1 a 10 incluye, 2, 3, 4, etc.; mayor que 0.10 incluye 0.11, 0.12, 0.13, etc.). Por ejemplo, siempre que se divulga un rango numérico con un límite inferior, Ri, y un límite superior, Ru, cualquier número que caiga dentro del rango se divulga específicamente. En particular, los siguientes números dentro del rango se divulgan específicamente: R Ri + k * (Ru Ri), en donde k es una variable que oscila desde el 1 por ciento al 100 por ciento con un incremento del 1 por ciento, esto es, k es 1 por ciento, 2 por ciento, 3 por ciento, 4 por ciento, 5 por ciento, ..., 50 por ciento, 51 por ciento, 52 por ciento, ..., 95 por ciento, 96 por ciento, 97 por ciento, 98 por ciento, 99 por ciento, o 100 por ciento. Por otro lado, cualquier rango numérico definido por dos números R como se define en lo anterior también se divulga específicamente. El uso del término "opcionalmente" con respecto a cualquier elemento de una reivindicación significa que el elemento se requiere, o alternativamente, el elemento no se requiere, ambas alternativas están dentro del alcance de la reivindicación. El uso de términos más amplios tales como comprende, incluye, y tiene se deben entender que proporcionan soporte para términos más estrechos tales como que consiste de, consiste esencialmente de, y comprende sustancialmente de. En consecuencia, el alcance de protección no está limitado por la descripción expuesta anteriormente pero está definido por las reivindicaciones que siguen, ese alcance incluye todas las equivalentes del tema de las reivindicaciones. Todas y cada una de las reivindicaciones se incorporan como divulgación adicional en la especificación y las reivindicaciones son modalidad(es) de la presente invención.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un mecanismo de sello para utilizarse con un componente en el interior del pozo que comprende: un primer miembro tubular y un segundo miembro tubular, en donde el primer miembro tubular está dispuesto dentro del segundo miembro tubular y separado del mismo por un espacio de extrusión; una ranura circunferencial dispuesta en el primer miembro tubular; un sello dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde el sello se puede posicionar de manera selectiva para acoplarse con el segundo miembro tubular; y un soporte para sellos de alta presión dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde la distancia entre el diámetro interno del soporte para sellos de alta presión y un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión está configurada para permanecer sustancialmente constante cuando la presión incrementa en el soporte para sellos de alta presión, y en donde el soporte para sellos de alta presión está configurado para tener un incremento en su diámetro externo en respuesta a un incremento de presión.

2. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque una pluralidad de dientes de aseguramiento está dispuesta en una superficie del soporte para sellos de alta presión y está configurada para acoplarse con una pluralidad de dientes de aseguramiento en una superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión.

3. El mecanismo de sellos de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque una cuña se une de fijamente a la superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión.

4. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte para sellos de alta presión comprende al menos un material seleccionado del grupo que consiste de: un fluoropolimero, un polímero de polietileno, un polímero de silicona, un poliuretano, un metal, y cualquier combinación de los mismos.

5. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte para sellos de alta presión es un resorte ondulado.

6. El mecanismo de sellos de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de sellos de alta presión comprende un sello de una-via.

7. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte para sellos de alta presión está configurado para acoplar el segundo miembro tubular en respuesta a un incremento de presión en el soporte para sellos de alta presión.

8. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque una pluralidad de soportes para sellos de alta presión está dispuesta dentro de la ranura circunferencial, en donde la distancia entre un diámetro interno de cada soporte para sellos de alta presión y un diámetro externo de cada soporte para sellos de alta presión están configurados para permanecer sustancialmente constante cuando la presión incrementa en cada soporte para sellos de alta presión.

9. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque una pluralidad de segundos soportes para sellos están dispuestos dentro de la ranura circunferencial.

10. Un mecanismo de sello configurado para un componente del interior del pozo que comprende: un miembro tubular dispuesto adyacente a una superficie; una ranura circunferencial dispuesta en el miembro tubular; un sello dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde el sello está configurado para acoplarse con la superficie; y un soporte para sellos de alta presión dispuesto dentro de la ranura circunferencial, en donde el soporte para sellos de alta presión está configurado para extenderse en un espacio de extrusión en respuesta a una compresión axial.

11. El mecanismo de sellos de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el miembro tubular y la superficie están configurados de manera que el miembro tubular se puede mover axialmente a lo largo de la superficie.

12. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el soporte para sellos de alta presión está configurado para prevenir que el sello se extrude a través del espacio de extrusión.

13. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el soporte para sellos de alta presión está configurado de manera que la distancia entre un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión y un diámetro externo del soporte para sellos del alta presión permanece sustancialmente constante cuando la presión incrementa en el soporte para sellos de alta presión.

14. El mecanismo de sello de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque un segundo soporte para sellos de alta presión dispuesto dentro de la ranura circunferencial está configurado para acoplarse con el soporte para sellos de alta presión.

15. Un método que comprende: incrementar la presión en un sello y un soporte para sellos de alta presión, en donde el sello y el soporte para sellos de alta presión están dispuestos al menos parcialmente dentro de una ranura circunferencial, en donde el soporte para sellos de alta presión comprende un resorte ondulado; extender radialmente el soporte para sellos de alta presión; y acoplar el sello con un miembro tubular y una superficie para formar un acoplamiento hermético entre el miembro tubular y la superficie.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, además comprende disminuir presión en el sello y en el soporte para sellos de alta presión, en donde el soporte para sellos de alta presión se contrae radialmente alejándose de la superficie mientras mantiene una distancia sustancialmente constante entre un diámetro externo del soporte para sellos de alta presión y un diámetro interno del soporte para sellos de alta presión.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 15, además comprende acoplar una cuña unida fijamente a una segunda superficie adyacente al soporte para sellos de alta presión.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 17, además comprende disminuir la presión en el sello y el soporte para sellos de alta presión, en donde la cuña disminuye la velocidad de reducción del diámetro externo del soporte para sellos de alta presión cuando la presión disminuye en el soporte para sellos de alta presión.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 15, además comprende acoplar una pluralidad de dientes de aseguramiento dispuesta en una superficie del soporte para sellos de alta presión con una pluralidad de dientes de aseguramiento dispuesta en una segunda superficie adyacente al sello de alta presión.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 19, además comprende disminuir la presión en el sello y el soporte para sellos de alta presión, en donde la pluralidad de dientes dispuesta en el soporte para sellos de alta presión y acoplada con la pluralidad de dientes dispuesta en la segunda superficie disminuye la velocidad de reducción del diámetro externo del soporte para sellos de alta presión cuando la presión disminuye en el soporte para sellos de alta presión.