BRPI0617104A2 - célula para testar fluidos a pressões elevadas - Google Patents
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Abstract
<B>CéLULA PARA TESTAR FLUIDOS A PRESSõES ELEVADAS<D> A presente invenção descreve um equipamento para um cilindro de alta pressão de pressão neutra à prova de explosão em pVT e células de condensação. As dimensões de um cilindro externo são tais de modo a impedir fluxo de plástico da parede de cilindro interna ocasionado pela temperatura e/ou pressão elevada em seu interior.
Description
"CÉLULA PARA TESTAR FLUIDOS A PRESSÕES HISTÓRICO DA INVENÇÃO ELEVADAS"
Campo Técnico
A presente invenção está relacionada a uma célula de teste para testar fluidos a pressões elevadas. Mais especificamente, a célula de teste da presente invenção compreende um cilindro de pressão neutra para uso em estudos de pressão, volume e temperatura (pVT, das iniciais em inglês) de fluidos de reservatório e suas propriedades tanto no laboratório como em campo.
Nas células de pVT e células de condensação, os fluidos de petróleo podem ser estudados em pressão e temperatura variadas pela simulação das condições em reservatórios de petróleo antes e durante a produção. Tipicamente, estes fluidos contêm gás. A mudança na densidade de fluido (compressibilidade) e a tendência do gás de sair da solução em pressões decrescentes, são de particular interesse.
As células de pVT são otimizadas para estudar petróleo com gás dissolvido, enquanto as células de condensação são otimizadas para estudar petróleos leves com uma elevada taxa de gás em relação ao petróleo. A seguir, ambas serão denominadas de células de pVT.
Descrição da Técnica Relacionada
Até o final da década de oitenta, o método para controlar a pressão nestas células de pVT era bombear mercúrio para dentro e para fora da célula, sendo o mercúrio considerado como inerte com relação aos fluidos de petróleo.
Porém, havia alguns riscos para a saúde envolvidos na manipulação de mercúrio em pressão e temperatura elevadas, e este método foi substituído em larga medida por outros métodos para mudar o volume em células de pVT. Diversos dos novos projetos estão baseados em células cilíndricas com um pistão selado que pode ser movido seja por transmissão mecânica direta ou por transmissão hidráulica.Um problema com a solução com o pistão é que o diâmetro da célula mudará com a pressão, e assim a folga entre o pistão e a parede mudará, o que cria demandas ainda maiores nos selos.
De modo a resolver o problema da variação de folga com a pressão, um cilindro interno relativamente fino, que está em contato com um selo dinâmico no pistão e com os fluidos, é encerrado dentro de um cilindro de alta pressão de parede espessa. O espaço entre os cilindros é preenchido com fluido hidráulico, e é conectado à mesma linha que provê tal fluido sob alta pressão para controlar hidraulicamente a posição do pistão. Assim, é assegurada que a pressão (diferencial) pelo cilindro interno seja desprezível.
Esta solução provê as seguintes vantagens:
1. O material do cilindro interno pode ser selecionado independentemente para atender a várias especificações. O material do cilindro interno pode ser selecionado para ser quimicamente compatível com os fluidos (por exemplo, Hastelloy C, vidro, Inconel) enquanto o cilindro externo precisa apenas ser forte o bastante para atender à especificação de pressão (por exemplo, aço de alta intensidade) ou uma combinação de especificações de peso e força (e.g., T1-6AI-4V).
2. O diâmetro do tubo interno não muda com pressão, e o volume da câmara de fluido de teste é então dependente apenas da posição do pistão que pode ser monitorada diretamente.
Esta solução é aplicada nas tão denominadas células de "DBR Jefri" com a utilização de um cilindro interno de pressão neutra feito de um material de vidro, e com conexão externa para a pressão fora do cilindro interno e a pressão atrás do pistão.
Se a posição do pistão estiver acidentalmente ao fundo do cilindro, uma diferença de pressão pela parede de cilindro interna pode ocorrer devido à elevada pressão no fluido de teste interno (causado pelo aumento de temperatura ou carga com mais fluido de teste), ou por uma pressão decrescente no sistema hidráulico. Esta diferença de pressão poderia estourar ou causar fluxo de plástico a partir da parede de cilindro interna, dependendo do material do cilindro sendo frágil ou flexível.
Enquanto a solução de DBR provê um cilindro interno de pressão neutra e compatibilidade química com fluidos de teste, tanto aspropriedades como as folgas de deformação de material são tais de modo a permitir que o cilindro interno se deforme e/ou quebre.
Conseqüentemente, um equipamento alternativo em relação a esses descritos acima é necessário para executar estudos de pVT sem o risco e inconveniência de estourar ou deformar o cilindro interno.
RESUMO DA INVENÇÃO
A presente invenção resolve o problema de prover uma célula de pVT melhorada com relação às células da técnica anterior.
De acordo com a presente invenção, a solução está em prover uma célula de teste para testar fluidos a pressões elevadas, cuja célula de teste compreende:
- um cilindro interno dentro do qual um pistão é axialmente móvel por dispositivo hidráulico para controlar a pressão e o volume de um fluido contido em uma lateral de fluido de teste do pistão, o cilindro interno possuindouma parede de cilindro fina e sendo fechado a um terminal na lateral de fluido de teste,
- um cilindro externo disposto coaxialmente fora do cilindro interno, formando assim um espaço anular entre os cilindros, o cilindro externo possuindo uma construção espessa e robusta, e pelo menos uma porta paraintroduzir fluido hidráulico a uma lateral hidráulica do pistão oposto à lateral de fluido de teste, e ao espaço anular.
A célula de teste da invenção é caracterizada pelo fato de que o espaço anular possui uma dimensão radial menor que uma faixa de expansão elástica máxima do cilindro interno, de forma que possa ser evitada ruptura do cilindro interno de uma elevada pressão diferencial pela parede de cilindro, devido à restrição ocasionada pelo cilindro externo.
De modo a prover um procedimento de montagem favorável e efetivo, bem como um esquema simples para o arranjo de porta hidráulica para uma célula de teste de acordo com a invenção, a seguinte modalidade preferível da invenção é provida: o cilindro externo é fechado por um plugue de selagem que possui uma folga axial em um terminal aberto do cilindro interno, provendo assim comunicação fluida entre a lateral hidráulica dentro do cilindro interno e o espaço anular.
Conseqüentemente, apenas uma porta para fluido hidráulico é necessária.Adicionalmente, para prover dispositivo simples e efetivo para medir o volume de fluido de teste, há em outra modalidade preferida uma biela disposta axialmente presa ao pistão e se estendendo para fora da célula através de uma abertura selada em um fechamento de terminal, além de ter um dispositivo de medição para posição de pistão.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A seguir, uma explicação mais detalhada da invenção será dada com referência à Figura 1, que mostra um corte transversal através de uma modalidade esquemática (idealizada) de uma célula de pVT de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES PREFERIDAS
Na Figura 1 é apresentada uma célula de pVT 1 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Um cilindro interno relativamente fino 2 que entra em contato com um selo dinâmico 3 em um pistão 4 e com um fluido 9 a ser testado, bem como um fluido hidráulico 10, é encerrado por um cilindro de alta pressão de parede espessa 5. Um espaço anular 6 entre os cilindros 2 e 5 são preenchidos com fluido hidráulico, pela conexão à mesma linha 7 que controla a posição de pistão. Os fluidos de alta pressão 9 que são sujeitados ao estudo, são alimentados por uma porta de alta pressão 8 ao topo da célula 1.
A distância 6 entre os cilindros interno e externo, 2 e 5, é tãopequena que é menor que o limite para deformação elástica do cilindro interno 2, de forma que o cilindro interno, em expansão repentina, descansará no cilindro externo 5 antes de ser danificado. A célula é então robusta, e não será danificada por deformação causada por pressão interna, mesmo se a pressão externa cair significativamente.
A razão para expansão do cilindro interno 2, pode ser uma sobrepressão em seu interior, elevação de temperatura de fluido contido ou elevação de temperatura de fluido e/ou material circunvizinho externo ao cilindro que transfere calor para aumentar a temperatura da parede de cilindro interna.
Fazendo referência adicional à Figura 1, é apresentado que amodalidade de célula de teste provê uma célula de pVT à prova de explosão e de pressão neutra com um projeto cilíndrico. Em local mais profundo há um pistão deslizante 4 que divide o espaço de cilindro interno em um compartimentosuperior para receber fluido de teste de alta pressão 9 no mesmo, e um compartimento inferior para receber fluido hidráulico 10 no mesmo. O pistão 4 pode se mover dentro de um recipiente de fluido de parede relativamente fina 2 que possui um diâmetro interno substancialmente uniforme e concentricamente a um diâmetro externo igualmente uniforme. Ao terminal de topo, este cilindro interno 2 é fechado em uma posição 11 por um fechamento de terminal 15 que é preferivelmente parte integrante do cilindro de parede fina 2. Há uma porta de fluido 8 pelo fechamento de terminal 15 para permitir que o fluido de teste entre e saia da câmara de teste acima do pistão 4. Quando a porta 8 está fechada, o volume e pressão de um fluido dentro da câmara de topo são determinadas pela posição do pistão 4.
Um cilindro externo 5 cerca o cilindro interno de parede fina 2. O cilindro externo não precisa necessariamente ter uma forma externa que seja cilíndrica, mas a forma interior deve ser um cilindro coaxial com o cilindro interno e com um diâmetro interno apenas um pouco maior que o diâmetro externo do cilindro interno. Conseqüentemente, o que é essencial é que haja uma folga 6 substancialmente uniforme e circunferencialmente coaxial entre os dois cilindros. Esta folga 6 possui a forma de um canal anular. Este canal anular se estende por todo o caminho ao longo do comprimento do cilindro interno. Na modalidade mostrada, o cilindro externo 5 é provido com um pequeno suporte na posição indicada pelo número de referência 17. Acima daquela posição, o cilindro externo 5 é acoplado firmemente ao fechamento de terminal 15 do cilindro interno 2.
É importante que a dimensão radial do canal anular 6 seja menor que a faixa de deformação elástica do cilindro interno 2. Se o cilindro 2 interno for exposto a uma sobrepressão a partir do interior, quando comparada à pressão externa, a parede do cilindro interno 2 tenderá a se expandir. Então a parede interna do cilindro externo 5 restringirá a expansão adicional do cilindro interno e o preservará da ruptura.
De modo a prover a mesma pressão hidráulica ao fluido 10 tanto no canal anular 6 como na câmara de pressão hidráulica abaixo do pistão 4, é possível prover comunicação fluida entre estes dois espaços tal como indicado na modalidade mostrada na Figura 1, isto é provendo uma pequena folga axial 13 entre o terminal mais baixo do cilindro interno 2 e um plugue de selagem 12 logoabaixo. O plugue de selagem 12 é um membro de aperto que entrou por baixo e foi firmado dentro do cilindro externo 5.
Nesta modalidade, é necessária apenas uma porta 7 para fluido hidráulico de uma fonte de pressão hidráulica (não mostrado), porque o fluido hidráulico entrará no espaço anular 6 da parte mais baixa do interior do cilindro.
Porém, em outra modalidade, um elemento de fechamento no terminal mais baixo do interior de cilindro pode ser prendido ao próprio cilindro interno 2, ou pode não haver nenhuma folga entre um plugue de selagem tal como o plugue 12 e o cilindro interno 2. Em um tal caso, pelo menos uma porta adicional para fluido hidráulico deve ser provida pelo cilindro externo 5 ao canal anular 6.
Em princípio, deve ser considerada uma modalidade adicional na qual a parte de fechamento de terminal do cilindro interno seria 15 integrada ao cilindro externo 5 na área 16, de forma que os cilindros interno e externo estariam de fato em uma peça, isto é, com o espaço anular 6 usinada a partir de uma peça de "cilindro de começo". Porém, uma tal operação é bastante difícil, assim a modalidade preferida é ter um cilindro interno separado 2 tal como mostrado no desenho, firmemente acoplado ao cilindro externo no terminal de topo 15 e 16, por uma conexão de rosca. Aparentemente em uma operação de montagem, o cilindro externo 5 e o cilindro interno 2 seriam então preferivelmente atarraxados na área de topo (15, 16 e 17), e subseqüentemente o pistão 4 seria introduzido no espaço interno a partir de baixo. Finalmente, um plugue de terminal 12 poderia ser atarraxado firmemente no terminal mais baixo do cilindro externo. Ao terminal de topo 16 do cilindro externo, há um suporte interno para definir uma parada para a primeira parte da operação de montagem. Outro suporte com número de referência 17 prove a dimensão axial do canal anular 6 importante.
A Figura 1 também mostra uma indicação com relação a um equipamento de medida para determinar a posição do pistão 4, e conseqüentemente o volume de fluido de teste 9 na câmara de topo. Uma linha pontilhada representa uma biela 18 presa na lateral inferior do pistão 4 e se estendendo por todo o caminho pelo plugue de selagem 12. Conseqüentemente, há, certamente, um canal de passagem fino no plugue 12, com selos de modo a evitarvazamento no mesmo. A biela é suficientemente longa para se estender a um marcador ou dispositivo de leitura 19 mesmo quando o pistão 4 estiver em uma posição de topo. 0 dispositivo de leitura 19 coopera com as marcações na biela 18 para estabelecer a posição do pistão.
Em relação aos materiais, o material do cilindro interno 2 seria selecionado não tanto para força, mas por ser quimicamente compatível com os fluidos. Conseqüentemente, os materiais previamente mencionados Hastelloy C, vidro ou Inconel são materiais candidatos. O cilindro externo precisa apenas ser suficientemente forte para atender às especificações de pressão, por exemplo, aço de alta intensidade, ou especificações com relação a uma combinação de força e peso, por exemplo, TÍ-6AI-4V.
Em um exemplo prático, a dimensão de comprimento de uma célula de pVT tal como é apresentada na Figura 1, seria de aproximadamente 500 mm, o diâmetro externo seria variável dentro de amplos limites (como previamente mencionado, a forma externa não precisa nem mesmo ser cilíndrica), mas o diâmetro externo do cilindro interno 2 poderia ser de aproximadamente 50 mm enquanto a parede do cilindro interno 2 seria de aproximadamente 2 mm. A dimensão radial do canal anular 6 pode ser tipicamente na faixa de 0,05 mm a 1,0 mm. Uma dimensão axial típica do espaço cilíndrico interno seria de 200 mm, e a dimensão axial do pistão 4 poderia ser de aproximadamente 50 mm.
Nem os materiais dados como exemplos neste relatório, nem as dimensões dadas, devem ser interpretadas como limitativas com relação ao escopo da presente invenção.
Claims (4)
1. "CÉLULA PARA TESTAR FLUIDOS A PRESSÕES ELEVADAS" compreendendo:- um cilindro interno (2) dentro do qual um pistão (4) é móvel axialmente por dispositivos hidráulicos (7, 10) para controlar a pressão e ovolume de um fluido (9) encerrado em uma lateral de fluido de teste do pistão (4), o cilindro interno (2) possuindo uma parede de cilindro fina e sendo fechada em um terminal (11) da lateral de fluido de teste,- um cilindro externo (5) disposto coaxialmente fora do cilindro interno (2), formando assim um espaço anular (6) entre os cilindros (2, 5),o cilindro externo (5) possuindo uma construção espessa e robusta, e pelo menos uma porta (7) para introdução de fluido hidráulico (10) para uma lateral hidráulica do pistão (4) oposto à lateral de fluido de teste, e ao espaço anular (6), caracterizada pelo fato de que o espaço anular (6) possui uma dimensão radial menor que uma faixa de expansão elástica máxima do cilindro interno (2), de forma que possa ser evitada ruptura do cilindro interno (2) de uma elevada pressão diferencial pela parede de cilindro, devido à restrição ocasionada pelo cilindro externo (5).
2. "CÉLULA", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o cilindro externo (5) é fechado por um pluguede selagem (12) possuindo uma folga axial (13) para um terminal aberto (14) do cilindro interno (2), provendo assim comunicação fluida entre a lateral hidráulica dentro do cilindro interno (2) e o espaço anular (6).
3.
"CÉLULA", de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender uma biela disposta axialmente (18)presa ao pistão (4) e se estendendo para fora da célula (1) através de uma abertura selada em um fechamento de terminal (12), além de ter um dispositivo de medição (19) para posição de pistão.
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Free format text: REFERENTE AO DESPACHO 8.5 NA RPI 2255 DE 25/03/2014. TEXTO CORRETO: COMPLEMENTAR A RETRIBUICAO DA 5A,6A,7A E 8A DE ACORDO COM A TABELA VIGENTE, REFERENTE AS GUIAS DE RECOLHIMENTO 921009713409, 921112374212, 921208428186 E 221308700037. |
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