BRPI1005107A2

BRPI1005107A2 - montagem de cabeça de poço com um eixo geométrico

Info

Publication number: BRPI1005107A2
Application number: BRPI1005107-4A
Authority: BR
Inventors: Kevin G Buckle
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-07-03
Also published as: SG171514A1; EP2333234A2; US8393400B2; MY154328A; US20110120697A1; AU2010246353A1; EP2333234A3

Abstract

MONTAGEM DE CABEçA DE POçO COM UM EIXO GEOMéTRICO. Uma montagem de vedação de cabeça de poço ou árvore de natal (10) que forma uma vedação de metal-a-metal entre membros interno e externo de cabeça de poço ou árvore de natal (13, II). As vedações de metal em formato de U (29) que tém pernas (30) que estão voltadas para direções opostas são ligadas a um elemento de limpeza (31). Durante a instalação da montagem de vedação (10), as extremidades (32) da vedação pernas (30) vedam os membros de cabeça de poço (11, 13) e o elemento de limpeza (31) compensa defeitos nas superfícies dos membros de cabeça de poço (11, 13). O elemento de limpeza (31) pode ser produzido a partir de um material elastomérico, metálico ou de grafite intercalado.

Description

"MONTAGEM DE CABEÇA DE POÇO COM UM EIXO GEOMÉTRICO"

Campo da Invenção

Essa invenção se refere, em geral, a árvores de natal submarinas e montagens de cabeça de poço e, em particular, a uma vedação para efetuar vedação entre membros de cabeça de poço/ interno e externo ou entre uma árvore de natal e um suspensor de tubo de produção.

Antecedentes da Invenção

As vedações são usadas entre membros interno e externo de cabeças de árvore de natal e/ou artigos tubulares de cabeça de poço para conter pressão de poço interna. O membro interno de cabeça de poço pode ser um suspensor de revestimento localizado em um alojamento de cabeça de poço que sustenta uma coluna de alojamento que se estende para o interior do poço. Uma vedação ou um obturador efetuam a vedação entre o suspensor de revestimento e o alojamento de cabeça de poço. Alternativamente, o membro interno de cabeça de poço poderia ser um suspensor de tubo de produção que sustenta uma coluna de tubo de produção que se estende para o interior do poço para o fluxo de fluido de produção. O suspensor de tubo de produção assenta em um membro externo de cabeça de poço, o qual pode ser um alojamento de cabeça de poço, uma árvore de natal, ou uma cabeça de tubo de produção. Um obturador ou uma vedação efetuam a vedação entre o suspensor de tubo de produção e o membro externo de cabeça de poço.

Uma variedade de vedações dessa natureza foi empregada na técnica anterior. As vedações da técnica anterior incluem anéis elastoméricos e parcialmente metálicos e elastoméricos. Os anéis de vedação da técnica anterior feitos inteiramente ou parcialmente de metal para formar vedações de metal-a-metal também são empregados. As vedações podem ser ajustadas através de uma ferramenta de assentamento, ou podem ser ajustadas em resposta ao peso da coluna de alojamento ou tubo de produção. Se o furo ou superfície do membro externo de cabeça de árvore de natal ou de cabeça de poço é danificado, uma vedação se esforçaria para manter a vedação. A porção elastomérica pode fornecer a robustez adicional à vedação para auxiliar a manter uma vedação ou efetuar uma vedação. No entanto, a porção elastomérica da montagem de vedação pode não ter uma energização radial suficiente e pode resultar em vazamento, limpeza sub- otimizada, e menos robustez na vedação em geral.

Uma necessidade existe de uma técnica que aborda os problemas de vazamento, limpeza e robustez de vedação descritos acima. A técnica a seguir pode solucionar esses problemas.

Sumário da Invenção

Em uma modalidade da presente técnica, uma montagem de vedação é fornecida, a qual compreende duas vedações em formato de U que forma uma vedação de metal-a-metal e tem características que aumentam a robustez da montagem de vedação no evento de degradação de superfície ou defeitos em um furo de um membro externo de cabeça de árvore de natal ou de cabeça de poço aumentam a dificuldade de manter uma vedação. A montagem de vedação também tem um elemento limpador elastomérico formado entre as duas vedações que podem limpar o furo do membro externo de cabeça de poço de detritos durante a instalação da montagem de vedação.

O efeito de limpeza é aplicável se a montagem de vedação é pressurizada a partir de cima quando em sua posição de assentamento. O elemento de limpeza elastomérico também fornece um suporte adicional para as pernas das duas vedações em formato de U e pode fornecer uma energização radial adicional para a montagem de vedação.

Em uma modalidade ilustrada, cunhas podem ser introduzidas à força na bolsa em formato de U de cada uma das vedações para criar uma vedação de metal-a-metal entre as pontas das pernas e as superfícies de membro de cabeça de poço. As cunhas também podem ser elementos de limpeza. As cunhas/limpador energizam adicionalmente o elastômero radialmente para aperfeiçoar a vedação e a limpeza de quaisquer defeitos de superfície no furo do membro externo de cabeça de poço. Alternativamente, um material metálico maleável poderia ser usado no lugar do elastômero no elemento de limpeza que poderia preencher adicionalmente defeitos de superfície sem importância. A montagem de vedação é, de preferência, pré- montada sobre um membro interno de cabeça de poço, como um suspensor de revestimento ou suspensor de tubo de produção. O suspensor de revestimento ou suspensor de tubo de produção e a montagem de vedação podem ser, então, ser rebaixados em um membro externo de cabeça de poço, como um alojamento de cabeça de poço ou cabeça de árvore de natal, no mesmo ciclo e a vedação pode ser ajustada com uma ferramenta de assentamento convencional.

Em uma modalidade ilustrada, uma bolsa também pode ser formada entre as duas vedações em formato de U. A bolsa pode ser preenchida com um composto de metal maleável ou de grafite intercalado que flui para fora e para dentro em resposta à pressão aplicada e/ou temperatura.

O metal maleável ou grafite intercalado podem limpar os defeitos de superfície para repará-los efetivamente.

A bolsa formada pelas pernas de cada uma das vedações em formato de U pode se manter vazia para permitir que a pressão do poço atue no lado interno das pernas, impulsionando as pernas para fora contra os membros interno e externo de cabeça de poços. Essa modalidade não exigiria o uso de uma cunha para forçar as pernas para fora em contato vedante com membros de cabeça de poço ou de cabeça de árvore de natal internos e externos.

A montagem de vedação pode repousar sobre um ombro formado no alojamento de cabeça de poço ou suspensor de tubo de produção e pode ser ajustada através de uma ferramenta de assentamento convencional que pode impulsionar a montagem de vedação para o local. Alternativamente, a montagem de vedação poderia ser ajustada através da pressurização do espaço anular entre os membros de cabeça de poço ou de cabeça de árvore de natal internos e externos. A combinação do elemento de limpeza, a robustez adicionada às vedações em formato de U através do elemento de limpeza que as une, e a energização radial do elemento de limpeza aperfeiçoam a vedação nos membros de cabeça de poço ou de cabeça de árvore de natal que têm degradações de superfície.

Breve descrição dos desenhos

A Figura 1 é uma vista em seção de uma montagem de vedação da técnica anterior.

A Figura 2A é uma vista em seção de uma montagem de vedação na posição não ajustada, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 2B é uma vista em seção da montagem de vedação na Figura 2a posição ajustada, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 3 é uma vista em seção de uma montagem de vedação, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 4 é uma vista em seção de uma montagem de vedação com uma bolsa central, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 5 é uma vista em seção de uma montagem de vedação com uma bolsa central e cunhas/limpadores, de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Referindo-se à Figura 1, uma montagem de vedação 10 da técnica anterior é mostrada localizada entre um membro externo de cabeça de árvore de natal ou de cabeça de poço 11 e um membro interno de cabeça de poço ou de cabeça de árvore de natal 13. Os anéis metálicos superiores e inferiores 12 têm, cada um, um formato côncavo com pernas que estão voltadas uma para a outra. Uma seção de vedação elastomérica 14 se encaixa no espaço côncavo de cada anel metálico 12 e se projeta para fora para vedar um membro externo de cabeça de poço. A porção projetante da seção de vedação elastomérica 14 deforma o membro externo de cabeça de poço, forçando um lado interno da seção de vedação elastomérica 14 em engate vedante com um membro interno de alojamento de cabeça de poço. As porções de anéis 12 engatam de modo vedante os membros de cabeça de poço interno e externo. Esse engate pode ser induzido a partir da energização elastomérica.

Referindo-se à Figura 2 A, uma modalidade da invenção mostra uma porção de um membro interno de cabeça de poço ou de cabeça de árvore de natal que compreende um suspensor de revestimento 13 que tem um perfil externo e um ombro que se estende radialmente 16. Alternativamente, o suspensor de revestimento 13 poderia ser, ao invés disso, um suspensor de tubo de produção, tampão, válvula de segurança ou outro dispositivo. Uma montagem de vedação anular 27 é ajustada ao alojamento ou suspensor de tubo de produção 13 por meio de interferência no perfil externo do alojamento ou suspensor de tubo de produção 13 e é pré-moldada sobre o alojamento ou suspensor de tubo de produção 13 antes da instalação no poço.

A montagem de vedação 27 é mostrada na posição não ajustada e compreende um par de vedações de metal em formato de U 29 que têm pernas 30 que não estão voltadas uma para a outra. Nesse exemplo, as pontas 32 das pernas 30 têm superfícies externas que criam uma vedação de metai-a-metal com o furo do alojamento de cabeça de poço ou de cabeça de árvore de natal e a superfície externa do alojamento ou suspensor de tubo de produção 13 quando ajustadas. As vedações de metal 29 podem ser bi- metálicas com um metal com baixo nível de rendimento que forma as áreas de contato vedante, como as pontas 32 das pernas 30. As vedações de metal 29 nesse exemplo são ligadas a uma seção elastomérica central ou elemento de limpeza 31 que se estende a partir, aproximadamente, das pontas 32 de um conjunto de pernas 30 ao outro para envelopar parcialmente, desse modo, as vedações de metal 29. A seção elastomérica 31 se projeta adicionalmente para fora e para dentro e limpa o furo do alojamento de cabeça de poço ou de cabeça de árvore de natal 11 e a superfície externa do alojamento ou suspensor de tubo de produção durante a instalação. A seção elastomérica 31 pode ser radialmente energizada para preencher os defeitos, aperfeiçoar a vedação, e fornecer suporte para as vedações de metal 29. Cada vedação de metal 29 tem uma base que é separada da base da outra vedação de metal 29 através de uma porção de seção elastomérica 30.

A montagem de vedação 27 pode compreender adicionalmente um par de cunhas anulares ou elementos de limpador 40 inicialmente na posição não ajustada ou de introdução e localizados no interior da bolsa de vedação em formato de U formada pelas pernas 30 das vedações de metal 29. Ad cunhas ou limpadores 40 podem ter um sulco 42 que pode funcionar para direcionar a pressão de fluido para forçar adicionalmente as pernas 30 para longe uma da outra quando a montagem de vedação 27 é ajustada. Os detentores 46 na superfície externa de cunhas ou limpadores 40 engatam temporariamente os sulcos 44 formados na superfície interna das pernas 30.

Os detentores 46 podem ser acionados por mola para se retrair dos sulcos 44 e entrar no corpo das cunhas ou limpadores 40 à medida que as cunhas ou limpadores 40 são forçados para o interior da bolsa de vedação em formato de U. As cunhas ou limpadores 40 podem ter, adicionalmente, superfícies que se afilam uma em direção à outra ou, alternativamente, as superfícies poderiam ser cilíndricas. Nessa modalidade, a cunha ou limpador inferior 40 repousa no ombro 16 formado no suspensor de revestimento 13. O sulco 42 é circular e localizado na extremidade radialmente mais espessa de cada cunha 40. Os sulcos 42 se estendem somente a uma pequena distancia para o interior da cunha ou limpador 40, definindo pequenas pernas.

Referindo-se à Figura 2B, uma modalidade da invenção mostra uma porção de um alojamento de cabeça de poço 11, da montagem de vedação 27 e do suspensor de revestimento 13 descritos acima. O alojamento 11 é localizado em uma extremidade superior de um poço e funciona como um membro externo de cabeça de poço nesse exemplo. O alojamento 11 tem um furo localizado no mesmo. A montagem de vedação 27 e o suspensor de revestimento 13 podem ser passar juntos pelo interior do furo do alojamento 11 em uma única manobra com uma ferramenta de assentamento 48 convencional. Alternativamente, o alojamento de cabeça de poço 11 poderia ser um carretei de tubo de produção ou uma árvore de natal.

Durante a operação de assentamento, a porção externa projetante da seção elastomérica 31 da montagem de vedação 27 limpa o furo do alojamento de cabeça de poço de detritos para aperfeiçoar a superfície de vedação. Nessa modalidade, quando o suspensor de revestimento 13, junto com a montagem de vedação 27 associada, assenta no interior do furo do alojamento de cabeça de poço 11. A ferramenta de assentamento 48 pode aplicar força à cunha superior 40 de uma maneira convencional. Um ombro que se estende radialmente 16 no suspensor de revestimento 13 fornecer um ponto de reação para a força aplicada. A força aplicada faz com que os detentores 46 (Figura 2A) se deprimam para permitir, desse modo, que as cunhas ou limpadores 40 sejam forçados para o interior das bolsas em formato de U formadas pelas pernas 30 das vedações de metal 29. As protuberãncias 47 na superfície externa das cunhas 40 engatam as reentrâncias 44 no interior das pernas 30 para manter a posição ajustada. As cunhas ou limpadores 40 forçam a superfície externa das pontas 32 das pernas 30 em contato vedante com o alojamento de cabeça de poço 11 e o suspensor de revestimento 13.

Ademais, a força aplicada nas cunhas 40 comprime a porção elastomérica central 31 para energizá-la radialmente contra o furo do alojamento de cabeça de poço 11 para fornecer uma vedação aperfeiçoada, preenchimento de defeitos de superfície no furo, e para fornecer suporte para as vedações de metal 28. Alternativamente, a montagem de vedação 27 pode ser ajustada através da aplicação de pressão de fluido ao espaço anular para atuar contra uma das cunhas ou limpadores 40.

Em uma modalidade ilustrada adicional na Figura 3, uma ou ambas as cunhas 40 podem ter, adicionalmente, portas 34 que comunicam o exterior da cunha 40 com a superfície interior das pernas 30 da vedação de metal 29. As portas 34 permitem que o fluido aprisionado escoe para fora quando as cunhas 40 são forçadas para o interior da bolsa em formato de U definida pelas pernas 30. Adicionalmente, as portas 34 podem permitir que a pressão alcance as pernas internas das vedações em "U".

Em uma modalidade ilustrada adicional na Figura 4, uma montagem de vedação 50 que compreende vedações de metal em formato de U 52 que tem pernas 54 com pontas 56 é mostrada. As pernas superiores 54 se estendem para cima e as pernas inferiores 54 se estendem para baixo. Nesse exemplo, as pontas 56 das pernas 54 têm superfícies externas que criam uma vedação de metal-a-metal com o furo do alojamento de cabeça de poço 11 e a superfície externa do suspensor de revestimento 13 quando ajustadas. As bases das vedações de metal 52, nesse exemplo, são ligadas a um corpo de metal central 60 que tem uma bolsa 62 que é localizada entre as vedações em formato de U 52 de tal modo que as pernas 54 das vedações 60 estejam distantes uma da outra. A cavidade 62 no interior do corpo 60 contém um metal maleável fluidizável 64 que é extrudado a partir da cavidade 62 por meio de pelo menos uma passagem ou galeria anular 66 quando a montagem de vedação 50 é ajustada em resposta à pressão aplicada. O metal maleável 64 preenche defeitos e acomoda degradação de superfície nas superfícies de vedação para aperfeiçoar a vedação. Nesse exemplo, há duas passagens, uma voltara para dentro e a outra para fora. A pressão aplicada também atua na superfície interior das vedações de metal em formato de U 54 para forçar as pontas 56 nas pernas 54 para fora e estabelecer contato com o furo do alojamento de cabeça de poço 11 e o suspensor de revestimento 13. O metal maleável fluidizável 64 cria adicionalmente, desse modo, uma vedação de metal-a-metal secundária. Ademais, o metal maleável fluidizável 64 pode ser reabastecido quando a montagem de vedação 50 é erguida e ajustada novamente. Alternativamente, ao invés de um metal fluidizável 64, um composto de grafite intercalado poderia ser usado, o qual reage a pequenas alterações de temperatura com uma grande alteração de volume para, desse modo, escoar para fora da cavidade 62 a fim de preencher os defeitos e acomodar a degradação de superfície. Ainda alternativamente, o composto de grafite intercalado pode ser contido no interior de um metal mais maleável 64 e atua como um mecanismo de energização para promover o fluxo do material.

Em uma modalidade ilustrada adicional na Figura 5, as cunhas anulares ou limpadores 70 podem ser empregados com o projeto descrito na Figura 4. Nessa modalidade, as cunhas ou limpadores 70 funcionam de modo similar às cunhas ou limpadores 40 descritos nas Figuras 2A e 2B para forçar as pernas 54 das vedações de metal em formato de U 52 para fora e criar, desse modo, uma vedação de metal-a-metal entre as pontas 56 das pernas 54 e o furo do alojamento de cabeça de poço 11 e a superfície externa do suspensor de revestimento 13. As cunhas ou limpadores 70 energizam, adicionalmente, o corpo metálico 60 para fazer com que o metal maleável fluidizável 64 seja extrudado a partir da cavidade 62. O metal maleável 64 preenche os defeitos e acomoda a degradação de superfície nas superfícies de vedação para aperfeiçoar a vedação. Alternativamente, ao invés de uma cavidade 62, o corpo metálico central 60 pode ser fabricado a partir de um material metálico maleável que pode se deformar para fora em resposta à pressão aplicada. O material metálico maleável se deforma contra o furo do alojamento de cabeça de poço 11 para preencher defeitos, acomodar degradação de superfície e criar uma vedação de metal-a-metal secundária.

Embora a invenção tenha sido mostrada em apenas uma de suas formas, deve se tornar aparente para os versados na técnica que a mesma não é tão limitada, porém, é suscetível a diversas alterações sem que se desvie do escopo da invenção.

Claims

1. MONTAGEM DE CABEÇA DE POÇO COM UM EIXO GEOMÉTRICO, que compreende: um membro externo de cabeça de árvore de natal ou de cabeça de poço (11) que tem um furo; um membro interno de cabeça de poço (13) localizado no furo; e uma vedação anular (27) que compreende: um conjunto de vedações de metal (29), sendo que as vedações (29) têm pernas (30) com pontas (32) que formam superfícies de vedação opostas para engatar de modo vedante o furo do membro externo de cabeça de poço ou cabeça de árvore de natal (11) e uma porção exterior do membro interno (13) quando ajustadas no local entre o membro externo de cabeça de árvore de natal ou de cabeça de poço (11) e os membros internos (13), as pernas (30) das vedações de metal (29) voltadas para direções distantes uma da outra; e uma seção central (31) localizada entre as vedações de metal (29) que são energizadas para engatar de modo vedante o furo do membro externo de cabeça de poço ou cabeça de árvore de natal (11) e uma porção exterior do membro interno (13).

2. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, que compreende cunhas anulares (40) posicionadas no interior de um canal formado através das pernas (30) de cada uma das vedações de metal (29), em que uma das cunhas (40) está em contato com um ombro (16) formado no membro interno de cabeça de poço (13), sendo que as cunhas (40) são móveis e relação às vedações (29) entre as posições ajustada e de introdução.

3. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 2, em que cada uma das cunhas (40) tem um detentor (46) em uma superfície externa que engata uma reentrância (44) formada na superfície interior de uma das pernas (30) para manter inicialmente a cunha (40) em uma posição de introdução.

4. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 2, em que uma força é aplicada por uma ferramenta de assentamento a uma cunha superior dentre as cunhas (40) e transmitida através da cunha inferior dentre as cunhas (40) para o ombro (16) localizado no membro interno de cabeça de poço (13), sendo que o ombro (16) atua como um ponto de reação para forçar as cunhas (40) para o interior dos canais na posição ajustada.

5. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que as pernas (30) das vedações de metal (29) formam apresentam um formato em U.

6. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que as vedações de metal (29) são ligadas à seção central (31).

7. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que a seção central (31) é produzida a partir de um material elastomérico, sendo que o material elastomérico é fixado a uma lateral de cada uma das vedações de metal (29) opostas às pernas (30) e fixado a uma porção da superfície externa de cada uma das pernas (30), sendo que o material elastomérico se projeta para fora e para dentro para limpar, desse modo, o furo do membro externo de cabeça de poço (11) durante a instalação.

8. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que a seção central (31) é produzida a partir de um material metálico.

9. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 8, em que o material metálico é um metal maleável que se deforma contra o furo do membro externo de cabeça de poço (11) e uma porção exterior do membro interno de cabeça de poço (13) quando energizado.

10. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que a seção central (31) compreende um corpo metálico (60) que tem uma cavidade (62) que contém um composto fluidizável metálico (64) que flui para fora da cavidade (62) e em engate vedante com os membros interno e externo de cabeça de poços (11, 13) através de passagens (66) que se estendem a partir da cavidade (62), sendo que o composto metálico (64) flui em resposta à pressão aplicada.

11. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que a seção central (31) compreende um corpo metálico (60) que tem uma cavidade (62) que contém um composto intercalado de grafite que flui para fora da cavidade (62) e em engate vedante com os membros interno e externo de cabeça de poço (11, 13) através das passagens (66) que se estendem a partir da cavidade (62), sendo que o composto intercalado de grafite flui em resposta a uma alteração de temperatura que aumenta o volume do composto intercalado de grafite.

12. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que as pernas (30) da vedação de metal superior (29) estão voltadas para cima e as pernas (30) da vedação de metal inferior (30) estão voltadas para baixo.

13. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 2, em que cada uma das cunhas (40) tem um detentor (46) em uma superfície externa que engata uma reentrância (44) formada na superfície interior de uma das pernas (30) para manter inicialmente a cunha (40) em uma posição não ajustada, sendo que a cunha (40) é forçada substancialmente para o interior do canal quando em posição ajustada.

14. MONTAGEM, de acordo com a reivindicação 1, em que: a seção central (31) compreende uma seção central metálica (60) localizada entre as vedações de metal (29) fabricadas a partir de um material metálico maleável que pode se deformar para fora contra o furo do membro externo de cabeça de poço (11) e a porção exterior do membro interno de cabeça de poço (13) para preencher defeitos e acomodar a degradação de superfície em resposta à pressão aplicada durante a instalação das vedações (29), em que a seção central metálica (60) cria uma vedação de metal-a-metal secundária; a seção metálica (60) é fixada à base das vedações de metal (29); a seção central metálica (60) engata de modo vedante o furo do membro externo de cabeça de poço (11) e uma porção exterior do membro interno de cabeça de poço (13) quando energizada; e cunhas superior e inferior (40) posicionadas no interior de canais em formato de U das vedações de metal superior e inferior (29), respectivamente, para forçar as pernas (30) de cada uma das vedações de metal (29) para fora em contato vedante com os membros interno e externo de cabeça de poços (11, 13).