BRPI0808350A2

BRPI0808350A2 - Válvula de poço e um método de fabricação

Info

Publication number: BRPI0808350A2
Application number: BRPI0808350-9A
Authority: BR
Inventors: Andrew Haynes
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2014-07-29
Also published as: WO2008109189A1; US7604056B2; EP2118440A1; US20080217020A1; AU2008223360A1

Description

VÁLVULA DE POÇO E UM MÉTODO DE FABRICAÇÃO

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Na indústria de poço, as válvulas são uma parte comum de um sistema. As válvulas vêm em uma variedade de configurações; todas com a intenção de controlar o fluxo de fluido em uma direção ou outra. Tal configuração é conhecida no vernáculo como uma válvula de lingueta. Tais válvulas geralmente abrem para o fluxo de fluido em uma direção (por exemplo, direção do poço) enquanto se fecha para o fluxo na direção oposta (por exemplo, uma direção para cima). Mais geralmente as válvulas de lingueta são uma parte de um produto comercial conhecido como uma válvula de segurança, que permite um operador manter uma passagem de fluxo somente enquanto uma entrada externa é mantida na válvula. Por exemplo, a válvula pode ser uma válvula hidraulicamente operada que permanece aberta contanto que a pressão hidráulica fornecida seja a mesma através de uma linha de controle hidráulico. A lingueta se fechará automaticamente caso a pressão hidráulica seja liberada. Tais válvulas são muito eficazes para suas finalidades pretendidas.

A construção de válvulas de segurança é empreendida utilizando um número de componentes individuais e prendendo-os uns aos outros para construir o produto final. A fim de produzir um produto comercialmente aceitável, as linhas especiais com tolerâncias apertadas foram usadas para prover impermeabilização em um ou mais locais de conexão para prevenir a migração de fluido através da mesma Tal local de conexão é a interface entre uma sede de lingueta e um alojamento de mola. Devido às linhas especiais serem caras e requererem cuidado extra durante a manufatura, uma alternativa mais barata em tais interfaces seria bem vinda pela técnica.

5 BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

É divulgada aqui uma válvula de poço. A válvula de poço inclui, uma sede de lingueta, uma lingueta selável contra a sede de lingueta, um alojamento de mola no alinhamento axial com a sede de lingueta e um selo de metal 10 para metal disposto entre a sede de lingueta e o alojamento de mola. O selo de metal para metal é selável a ambos sede de lingueta e alojamento de mola quando em uma posição energizada. Adicionalmente, o selo de metal para metal é um componente separado da sede de lingueta e do alojamento de 15 mola.

Adicionalmente divulgado aqui está um método de fazer uma válvula. O método inclui o posicionamento de um membro tubular não energizado radialmente entre uma sede de lingueta e um alojamento de mola. Em que o membro tubular

2 0 tem pelo menos uma linha de fraqueza em uma superfície externa e pelo menos uma linha de fraqueza em uma superfície interna. O método ainda inclui energizar o membro tubular com a sede de lingueta e o alojamento de mola. A energização sendo realizada deformando uma primeira

2 5 porção do membro tubular radialmente para fora, para

acoplar de forma selável um de sede de lingueta e alojamento de mola, e deformando uma segunda porção do membro tubular radialmente para dentro, para acoplar de forma selável o outro da sede de lingueta e do alojamento

3 0 de mola que não está acoplado de forma selável com a primeira porção.

É ainda divulgado aqui um método de selar componentes de válvula. 0 método inclui energizar um selo de metal para metal tubular entre uma sede de lingueta e um alojamento de 5 mola para desse modo acoplar de forma selável o selo de metal para metal com a sede de lingueta e o alojamento de mola. A energização ainda inclui comprimir radialmente o selo de metal para metal em uma abertura anelar entre o alojamento de mola e a sede de lingueta.

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BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As seguintes descrições não devem ser consideradas limitantes em nenhuma maneira. Em referência aos desenhos acompanhantes, elementos similares são numerados igualmente: A FIG. 1 descreve uma vista de seção transversal

parcial de uma válvula de poço divulgada aqui;

A FIG. 2 descreve uma vista ampliada da seção transversal do selo de metal para metal da válvula da FIG.

1 mostrada em uma posição não energizada; e A FIG. 3 descreve uma vista ampliada da seção

transversal do selo de metal para metal da válvula da FIG.

1 mostrada em uma posição energizada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uma descrição detalhada de uma modalidade do aparelho e método divulgados é apresentada aqui por modo de exemplificação e não limitação em referência às figuras.

Referindo-se a FIG. 1, uma modalidade da válvula de poço 10 é ilustrada. A válvula 10 é configurada tal que quando está aberta a válvula 10 permite o fluido fluir em 3 0 uma direção para cima ou uma direção para baixo. Quando a válvula 10 é fechada, entretanto, impede o fluxo fluido em uma direção para cima. A válvula 10 inclui uma sede de lingueta 14, uma lingueta 18, um alojamento de mola 22 e um selo de metal para metal 26, que são situados nesta 5 modalidade dentro de um alojamento de lingueta 30. Cada um destes componentes será reconhecido por um de habilidade ordinária na técnica como partes de um lingueta ou válvula de segurança disponível comercialmente. Nesta modalidade a sede de lingueta 14 é um membro tubular metálico com uma 10 superfície selante 34 em uma extremidade axial 38 da mesma. A lingueta 18 pode também ser feita de metal e é selável à superfície selante 34.

A lingueta 18 é rotatória entre uma posição selada (como mostrado) e uma posição aberta por rotação sobre uma 15 dobradiça 42. A dobradiça 42 pode ser integralmente formada como parte da sede de lingueta 14 ou pode ser unida a uma montagem de dobradiça separada 46, como mostrado. A pressão de fluido em uma linha de controle hidráulico (não mostrada) força a lingueta 18 em uma direção aberta. 0 poço de 20 pressão de fluido da válvula 10 força a lingueta 18 a uma posição fechada quando a pressão na linha de controle hidráulica é reduzida.

A válvula 10 estando em uma posição fechada previne o fluxo de fluido em uma direção para cima. Com a válvula 25 nesta posição uma quantidade substancial de pressão pode, sob algumas circunstâncias, acumular acima da válvula 10. Enquanto a pressão mais elevada do poço da válvula 10 fará a lingueta 18 acoplar mais firmemente na sede 14 desse modo criando um selo mais apertado, essa pressão é também 3 0 transmitida à conexão rosqueada entre a sede de lingueta 14 e o alojamento de mola 22. E enquanto um arranjo rosqueado com uma interferência ponta de selo metal para metal é capaz de manter a pressão, exige um processo de fabricação muito mais caro devido às tolerâncias muito mais apertadas 5 que são exigidas para ser seguro, além da exigência de uma área de seção transversal maior desse modo criando mais custo. A fim aliviar o problema, um elemento de selo de metal para metal 26 é ensinado aqui. 0 elemento de selo 26 está localizado entre a sede de lingueta 14 e o alojamento 10 de mola 22, mais especificamente, nesta modalidade, entre uma superfície externa 50 da sede de lingueta e uma superfície interna 54 do alojamento de mola 22. Deve-se notar que em modalidades alternativas esta condição poderia ser invertida, isto é, a sede de lingueta 14 poderia ser 15 configurada com uma superfície interna e o alojamento de mola 22 poderia ser configurado com uma superfície externa. Como um de habilidade na técnica pode reconhecer, esta é a mesma posição em que um arranjo selante rosqueado ocorreria normalmente, mas com a invenção, fabricar tolerâncias é 20 substancialmente relaxado. Para acomodar o selo 2 6 e para simplificar a construção da válvula, em uma modalidade, e como ilustrado, um recesso 58 na superfície interna 54 do alojamento de mola 22 é fornecido incluindo uma superfície selante interna 56 rosqueada. 0 recesso 58 é ajustado para

receber parte do selo 26, tal que o selo está retido no mesmo quando a sede de lingueta e o alojamento de mola ainda não estão unidos. Em modalidades alternativas, o recesso 58 poderia estar na superfície externa 50 da sede de lingueta 14 e conseguir o mesmo efeito.

3 0 Referindo às figuras 2 e 3, o selo de metal para metal 26 é mostrado em uma posição não energizada 62 (FIG. 2) e em uma posição energizada 66 (FIG. 3) . Na posição não energizada 62 o selo de metal para metal 26 é deslizantemente engatável com a superfície externa 50 e a 5 superfície interna 54 e não é acoplado de forma selante com nenhuma. Na posição energizada 66, entretanto, o selo de metal para metal 2 6 é acoplado de forma selante com a superfície externa 50 e a superfície interna 54 simultaneamente.

0 selo de metal para metal 26 é formado de um membro

tubular 70. A compressão axial do membro tubular 7 0 nesta modalidade é devida ao movimento relativo entre a sede de lingueta 14 e o alojamento de mola 22. Um primeiro ressalto 74 na sede de lingueta 14 encosta em uma primeira 15 extremidade axial 7 8 do membro tubular 70 e um segundo ressalto 82 no alojamento de mola 22 encosta em uma segunda extremidade axial 86 do membro tubular 70. O movimento do alojamento de mola 22 em direção a sede de lingueta 14 faz com que o primeiro ressalto 74 mova-se para o segundo 20 ressalto 82 causando uma compressão axial do membro tubular 7 0 no processo. Esta compressão axial faz com que o membro tubular 70 se reposicione da posição não energizada 62 para posição energizada 66.

0 membro tubular 70 na posição energizada 66 inclui 25 três partes frustocônicas. Uma primeira parte frustocônica 90 e uma segunda parte frustocônica 94 aumentam a dimensão radial do membro tubular 7 0 a uma dimensão radial maior do que o membro tubular 70 tem quando está na posição não energizada 62. Similarmente, a segunda parte frustocônica 3 0 94 e uma terceira parte frustocônica 98 diminuem a dimensão radial do membro tubular 7 0 a uma dimensão radial menor do que o membro tubular 70 tem quando está na posição não energizada 62. Como tal, na posição energizada 66 o membro tubular 7 0 tem uma dimensão radial máxima 102 que é 5 acoplada de forma selante com a superfície selante interna 56. Uma força selante entre a dimensão radial máxima 102 e a superfície selante interna 56 é devido à força de energização do membro tubular 7 0 existente na posição energizada 66. Esta força de energização é devido ao fato 10 de que a parte do membro tubular 70, com a dimensão radial máxima 102, tem uma dimensão radial maior (não mostrada) quando não confinada pelo contato com a dimensão radial da superfície selante interna 56. Similarmente, na posição energizada 66 o membro tubular 7 0 tem uma dimensão radial 15 mínima 106 que está acoplada de forma selante com a superfície externa 50. Uma força selante entre a dimensão radial mínima 106 e a superfície externa 50 é devido à força de energização do membro tubular 7 0 existente na posição energizada 66. Esta força de energização é devido 20 ao fato que a parte do membro tubular 70, com a dimensão radial mínima 106, tem uma dimensão radial menor (não mostrada) quando não confinada pelo contato com a dimensão radial da superfície externa 50.

0 metal do membro tubular 7 0 tem elasticidade tal que 25 o selo de metal para metal 26 é flexível o bastante para permitir movimentos menores da sede de lingueta 14 relativo ao alojamento de mola 22 sem resultar no vazamento entre os mesmos. Adicionalmente, o metal do membro tubular 70 pode ser altamente resistente à degradação com exposição a longo

3 0 prazo às altas temperaturas e altas pressões encontradas geralmente em ambientes de poço. O metal pode ser também altamente resistente à corrosão e fluidos cáusticos que podem ser encontrados em poço também. Como tal o selo de metal para metal 26 pode ter um alto nível de 5 confiabilidade e durabilidade em aplicações muito desafiantes.

0 reposicionamento do selo de metal para metal 26 entre a posição não energizada 62 e a posição energizada 66 é efetuado e é permitido pela construção do mesmo. O selo de metal para metal 2 6 é formado do membro tubular 7 0 que tem quatro linhas de fraqueza, especificamente situadas axialmente ao membro tubular 70 e com relação a uma superfície interna 108 e uma superfície externa 112 do membro tubular 70. Em uma modalidade, uma primeira linha de fraqueza 116 e uma segunda linha de fraqueza 120 são definidas nesta modalidade pelos sulcos diametrais formados na superfície externa 78 do membro tubular 70. Uma terceira linha de fraqueza 124 e uma quarta linha de fraqueza 128 são definidas nesta modalidade por um sulco diametral formado na superfície interna 108 do membro tubular 70. As quatro linhas de fraqueza 116, 120, 124 e 128 cada uma incentiva a deformação local do membro tubular 70 em uma direção radial que tende a fazer com que o sulco se feche. Será apreciado que nas modalidades onde a linha de fraqueza é definida por outro além de um sulco, a direção radial de movimento será a mesma, mas já que não há nenhum sulco, não há nenhum "fechamento do sulco". Ao invés, em tal modalidade, o material que define uma linha de fraqueza fluirá ou permitirá de outra maneira o movimento radial na direção indicada. As quatro linhas de fraqueza 116, 120, 124 e 12 8 juntas incentivam a deformação do membro tubular 7 0 em uma maneira que cria uma característica, tal como a posição energizada 66. A característica é criada, então, sob aplicação de uma compressão mecânica axialmente 5 direcionada do membro tubular 70, tal que a posição energizada 66 é formada como o membro tubular 70 é comprimido a um comprimento total mais curto.

Deve-se notar que em modalidades alternativas o membro tubular 7 0 poderia ser axialmente comprimido antes da 10 instalação entre a sede de lingueta 14 e o alojamento de mola 22. Em tal exemplo a dimensão radial máxima 102 não é confinada pela dimensão interna da superfície selante interna 56 até ser relocalizado dentro do recesso 58. Similarmente, a dimensão radial mínima 106 não está 15 confinada pela dimensão externa da superfície externa 5 0 até ser relocalizada para cercar radialmente a superfície externa 50. 0 selo de metal para metal 26 de tal modalidade está na posição não energizada 62 quando o selo de metal para metal 26 não está confinado e o selo de metal para

2 0 metal 26 está na posição energizada quando o selo de metal

para metal 26 é relocalizado à posição onde está confinado.

Em outras modalidades um selo de metal para metal não pode exigir uma compressão axial para formar um membro tubular com a dimensão radial máxima 102 maior do que a 25 superfície selante interna 56 e a dimensão radial mínima 106 que é menor do que a superfície externa 50. Por exemplo, o selo de metal para metal poderia ser usinado a um formato final que incluí a dimensão radial máxima 102, a dimensão radial mínima 106 e uma ou mais linhas de fraqueza

3 0 diretamente. As linhas de fraqueza podem ser posicionadas para controlar a distribuição de estresse dentro do selo metal para metal quando é confinado. 0 selo de metal para metal precedente não seria energizado até que estivesse situado dentro das dimensões confinadas da superfície 5 interna 56 e da superfície externa 50 em tal momento o selo de metal para metal estaria na posição energizada. 0 ajuste de compressão do selo de metal para metal entre a superfície interna 56 e a superfície externa 50 pode ser tal que os estresses internos dentro do selo de metal para 10 metal é mantido dentro de uma faixa elástica do metal. Estando dentro da faixa elástica do material de metal do selo de metal para metal permite a elasticidade do selo de metal para metal para manter as cargas radiais desejadas para a selagem do selo de metal para metal com a superfície 15 interna 56 e a superfície externa 50 durante a vida da aplicação pretendida.

Enquanto a invenção foi descrita em referência a uma modalidade ou modalidades exemplares, será compreendido por aqueles hábeis na técnica que várias mudanças podem ser

2 0 feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem sair do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinos da invenção sem sair do escopo essencial do mesmo. Consequentemente, 25 pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular divulgada como o melhor modo contemplado realizando esta invenção, mas que a invenção incluirá todas as modalidades que caem dentro do escopo das reivindicações

Claims

1. Válvula de poço caracterizada pelo fato de que compreende: uma sede de lingueta; uma lingueta selável contra a sede de lingueta; um alojamento de mola em alinhamento axial com a sede de lingueta; e um selo de metal para metal disposto entre a sede de lingueta e o alojamento de mola e selável à sede de lingueta e ao alojamento de mola quando em uma posição energizada, o selo de metal para metal sendo um componente separado da sede de lingueta e do alojamento de mola.

2. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a lingueta é articuladamente unida ã sede de lingueta.

3. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a lingueta é selável contra uma extremidade axial da sede de lingueta.

4. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal é um membro tubular.

5. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal tem uma pluralidade de linhas de fraqueza com pelo menos uma linha de fraqueza em uma superfície externa da mesma e pelo menos uma linha de fraqueza em uma superfície interna da mesma.

6. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de linhas de fraqueza controla os estresses internos do selo de metal para metal.

7. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de linhas de fraqueza compreende sulcos circunferenciais.

8. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal tem uma dimensão radial máxima confinada quando na posição energizada.

9. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal tem uma dimensão radial mínima confinada quando na posição energizada.

10. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal é energizável em resposta ao ser comprimido axialmente.

11. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal é axialmente compressível entre uma superfície na sede de lingueta e uma superfície no alojamento de mola.

12. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal é energizável em resposta ao ser comprimido radialmente.

13. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal é radialmente compressível entre uma superfície na sede de lingueta e uma superfície no alojamento de mola.

14. Válvula de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o selo de metal para metal acopla de forma selante a uma superfície externa da sede de lingueta e acopla de forma selante a uma superfície interna do alojamento de mola.

15. Método para fazer uma válvula caracterizado pelo fato de que compreende: posicionar um membro tubular não energizado radialmente entre uma sede de lingueta e um alojamento de mola, o membro tubular tendo pelo menos uma linha de fraqueza em uma superfície externa do mesmo e pelo menos uma linha de fraqueza em uma superfície interna do mesmo; energizar o membro tubular com a sede de lingueta e o alojamento de mola, deformar uma primeira parte do membro tubular radialmente para fora para acoplar de forma selante um da sede de lingueta e do alojamento de mola, e deformar uma segunda parte do membro tubular radialmente para dentro para acoplar de forma selante o outro da sede de lingueta e do alojamento de mola que não é acoplada de forma selante com a primeira porção.

16. Método para fazer a válvula, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que ainda compreende usinar sulcos circunferenciais no membro tubular para criar as linhas de fraqueza.

17. Método para fazer a válvula, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que ainda compreende posicionar o membro tubular, a sede de lingueta e o alojamento de mola dentro de um alojamento de lingueta.

18. Método para fazer a válvula, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que ainda compreende articuladamente conectar uma lingueta para acoplar de forma selante com a sede de lingueta.

19. Método de selar componentes de válvula caracterizado pelo fato de que compreende: energizar um selo de metal para metal tubular entre uma sede de lingueta e um alojamento de mola para desse modo acoplar de forma selante o selo de metal para metal com a sede de lingueta e o alojamento de mola, a energização ainda compreende: comprimir radialmente o selo de metal para metal em uma abertura anelar entre o alojamento de mola e a sede de lingueta.

20. Método de selar componentes de válvula, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: confinar uma primeira porção do selo de metal para metal radialmente para fora com uma superfície da sede de lingüeta; e confinar uma segunda porção do selo de metal para metal radial para dentro com o alojamento de mola.