BR112020020239A2

BR112020020239A2 - Vedação de cabeça de poço energizada por pressão hidrostática

Info

Publication number: BR112020020239A2
Application number: BR112020020239-8A
Authority: BR
Inventors: Alejandro Rodela; Joseph Pallini; Andrew Ingram; Greg Dunn
Original assignee: Ge Oil & Gas Pressure Control Lp
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2021-01-12
Also published as: BR112020019463A2; US20190309598A1; EP3775476B8; SG11202009764SA; GB202017068D0; US20190309594A1; EP3775476A4; GB2587146B; GB2587146A; EP3775476B1; US10844687B2; NO20201113A1; GB2599882A; GB202200768D0; US10745992B2; WO2019195840A1; WO2019195825A1; GB2599882B; EP3775476A1

Abstract

uma vedação anular (110) para vedação de uma interface entre um invólucro de cabeça de poço (104) e um suspensor de revestimento (102). a vedação anular (110) inclui uma porção de corpo central (114), uma primeira perna de vedação (116) que se estende a partir da porção de corpo central (114) em uma primeira direção e uma segunda perna de vedação (118) que se estende a partir da porção de corpo central (114) na primeira direção através da primeira perna de vedação (116). a primeira perna de vedação (116) engata de modo vedante o suspensor de revestimento (102), e a segunda perna de vedação (118) engata de modo vedante o invólucro de cabeça de poço (104). ao menos um dentre a primeira perna de vedação (116) ou a segunda perna de vedação (118) inclui ao menos uma dentre uma primeira cavidade (130) que se estende ao menos parcialmente para o interior da respectiva perna de vedação a partir da primeira direção ou uma segunda cavidade (130) que se estende ao menos parcialmente para dentro da respectiva perna de vedação a partir da segunda direção.

Description

"VEDAÇÃO DE CABEÇA DE POÇO ENERGIZADA POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

[0001] Este pedido reivindica a prioridade do pedido de patente provisório US nº 62/654.010, depositado em 6 de abril de 2018 intitulado "PRESSURE ENERGIZED SEAL ACTUATOR RING", cuja revelação está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da técnica

[0002] Esta invenção se refere genericamente a equipamento de campo petrolífero. Mais particularmente, esta invenção se refere a uma vedação anular para vedar uma interface entre os componentes em um poço.

2. Antecedentes

[0003] Os conjuntos de cabeça de poço em um furo de poço tipicamente incluem um invólucro de cabeça de poço e um suspensor de revestimento. O suspensor de revestimento é fixado no invólucro de cabeça de poço, junto com sua coluna de revestimento associada, e serve para separar o fluido dentro do revestimento do fluido no anular circundante. Cada um desses fluidos pode estar sob diferentes pressões dependendo das condições no poço. Devido à configuração da interface do invólucro de cabeça de poço e do suspensor de revestimento, um anular é formado entre o invólucro de cabeça de poço e o suspensor de revestimento. Este anular é vedado por uma vedação anular posicionada no anular. Primeiro, a vedação anular precisa ser fixada no lugar. As vedações anulares conhecidas são tipicamente fixadas no lugar a partir de cima. Especificamente, a vedação anular é colocada no anular e então um anel de energização é empurrado para dentro da vedação anular para fazer com que as superfícies da vedação anular sejam pressionadas para o invólucro de cabeça de poço e também para o suspensor de revestimento, desse modo "energizando" a vedação anular. Idealmente, a vedação anular permanece constantemente vedada contra o invólucro de cabeça de poço e contra o suspensor de revestimento. No entanto, tipicamente é necessário uma força grande para energizar e fixar a vedação anular, e pode haver limitações à quantidade de força que pode ser aplicada em alguns casos. Isso pode impedir a vedação anular de ser otimamente energizada, e dessa forma diminuir a pressão que a vedação anular pode suportar.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] Uma modalidade da presente tecnologia inclui uma vedação anular para vedar uma interface entre um invólucro de cabeça de poço e um suspensor de revestimento. A vedação anular inclui uma porção de corpo central, uma primeira perna de vedação que se estende a partir da porção de corpo central em uma primeira direção e uma segunda perna de vedação que se estende a partir da porção de corpo central na primeira direção através da primeira perna de vedação. A primeira perna de vedação engata de modo vedante o suspensor de revestimento, e a segunda perna de vedação engata de modo vedante o invólucro de cabeça de poço. Ao menos uma dentre a primeira perna de vedação ou a segunda perna de vedação inclui ao menos uma dentre uma primeira cavidade que se estende ao menos parcialmente para o interior da respectiva perna de vedação a partir da primeira direção ou uma segunda cavidade que se estende ao menos parcialmente para dentro da respectiva perna de vedação a partir da segunda direção.

[0005] Uma outra modalidade da presente tecnologia inclui um conjunto de vedação anular para vedar a interface entre uma primeira cabeça de poço tubular e uma segunda cabeça de poço tubular. O conjunto de vedação anular inclui uma vedação anular e um anel de energização. A vedação anular inclui uma porção de corpo central, uma primeira perna de vedação que se estende a partir da porção de corpo central em uma primeira direção, sendo que a primeira perna de vedação engata de maneira vedante a primeira cabeça de poço tubular, e uma segunda perna de vedação que se estende a partir da porção de corpo central na primeira direção através da primeira perna de vedação, sendo que a segunda perna de vedação engata de maneira vedante a segunda cabeça de poço tubular. Em algumas modalidades, uma terceira perna pode se estender a partir da porção de corpo central em uma segunda direção oposta à primeira direção. O anel de energização inclui uma extremidade de nariz para inserção entre a primeira perna de vedação e a segunda perna de vedação da vedação anular a partir da primeira direção para energizar a primeira e a segunda pernas de vedação da vedação anular em um engate vedado primário com a primeira cabeça de poço tubular e a segunda cabeça de poço tubular. Ao menos uma dentre a primeira perna de vedação ou a segunda vedação perna inclui uma cavidade formada na mesma. A cavidade está em comunicação fluida com um ambiente externo à vedação anular e é expansível da pressão no primeiro ambiente. A expansão energiza a vedação anular em um engate vedado secundário com a primeira cabeça de poço tubular e a segunda cabeça de poço tubular.

[0006] Ainda uma outra modalidade da presente tecnologia é um método de energização de um conjunto de vedação anular entre um invólucro de cabeça de poço e um suspensor de revestimento. O método inclui inserir um conjunto de vedação anular entre o invólucro de cabeça de poço e o suspensor de revestimento. O conjunto de vedação anular inclui uma vedação anular e um anel de energização, sendo que a vedação tem duas pernas de vedação que se estendem para cima. As pernas de vedação incluem cavidades formadas nas mesmas que se estendem ao menos parcialmente para dentro das pernas de vedação. O método adicionalmente inclui empurrar o anel de energização para baixo para inserir ao menos uma porção do anel de energização entre as pernas de vedação da vedação anular, empurrando assim as pernas de vedação longe uma da outra e pressionando as pernas de vedação contra o invólucro de cabeça de poço e o suspensor de revestimento para formar uma vedação entre eles. O método inclui adicionalmente expandir as cavidades formadas nas pernas de vedação por meio de um fluido pressurizado que empurra a vedação anular e pressiona as pernas de vedação contra o invólucro de cabeça de poço e o suspensor de revestimento a partir da expansão das cavidades.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] Os desenhos em anexo, que são incorporados e constituem uma parte do relatório descritivo, ilusttam uma ou mais modalidades e, juntamente com a descrição, explicam essas modalidades. Nos desenhos:

[0008] A Figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de um conjunto de cabeça de poço, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0009] A Figura 2 ilustra uma vista em seção transversal de um conjunto de vedação anular, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0010] A Figura 3 ilustra uma vista em seção transversal do conjunto de vedação anular em um estado não energizado, ampliado no anel de energização e na vedação anular, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0011] A Figura 4 ilustra uma vista em seção transversal do conjunto de vedação anular em um estado energizado, ampliado no anel de energização e na vedação anular, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0012] A Figura 5 ilustra uma primeira vista em seção transversal da vedação anular em um estado não energizado, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0013] A Figura 6 ilustra uma primeira vista em seção transversal da vedação anular em um estado energizado, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0014] A Figura 7 ilustra uma segunda vista em seção transversal da vedação anular em um estado não energizado, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0015] A Figura 8 ilustra uma segunda vista em seção transversal da vedação em anel em um estado energizado, de acordo com modalidades exemplificadoras.

[0016] A Figura 9 ilustra uma vista em seção transversal detalhada de uma cavidade da vedação anular, de acordo com modalidades exemplificadoras.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] Os aspectos, as características e vantagens supracitados da presente revelação serão ainda entendidos quando considerados com referência à descrição das modalidades e aos desenhos em anexo a seguir. Na descrição das modalidades da revelação ilustrada nos desenhos em anexo, será usada terminologia específica por uma questão de clareza. Contudo, a revelação não se destina a ser limitada aos termos específicos utilizados, e deve-se compreender que cada termo específico inclui equivalentes que operam de maneira similar para alcançar um propósito similar.

[0018] Uma vedação anular é usada para controlar o fluxo de perfuração e produção de fluidos em uma cabeça do poço submarina ou na superfície. Ela isola o espaço anular entre os suspensores de revestimentos e o invólucro de cabeça de poço. A vedação anular é uma componente básica na maioria das cabeças de poço. No entanto, o processo convencional de fixação e energização de uma vedação anular exige que uma força grande seja aplicada para fixar a vedação anular para gerar uma pré-carga suficiente (isto é, força radial aplicada pela vedação anular sobre os suspensores de revestimento e o invólucro de cabeça de poço para formar uma vedação). Conforme apresentado em mais detalhes abaixo, as presentes modalidades fornecem uma vedação anular que é capaz de utilizar pressão de furo que ocorre naturalmente e a pressão anular para expandir a vedação anular e energizar adicionalmente a vedação anular, fornecendo assim uma fixação segura e vedação anular energizada sem exigir uma força ou pré-carga grande de fixação.

[0019] A Figura 1 mostra um conjunto de cabeça de poço 10 conforme tipicamente usado em operações de perfuração e produção de óleo e gás, e servirá para identificar componentes do sistema e estabelecer o contexto no qual a vedação anular da presente tecnologia (descrita em maiores detalhes abaixo) será usada. O conjunto de cabeça de poço 10 inclui uma cabeça de poço de condutor 12 configurado para se assentar acima da cavidade de um poço. No interior da cabeça de poço de condutor 12 se assenta o invólucro de cabeça de poço 14, que é tipicamente travado no lugar em relação à cabeça de poço condutor 12. No interior do invólucro de cabeça de poço 14, por sua vez, pode ser tipicamente posicionado um suspensor de revestimento 16. Uma coluna de revestimento está pendurada do suspensor de revestimento 16.

[0020] O suspensor de revestimento 16 e a coluna de revestimento circundam um furo 18. Durante as operações de perfuração, o tubo e as ferramentas de perfuração passam através do suspensor de revestimento 16 através do furo 18 em direção ao fundo do poço. De modo similar, durante as operações de produção, a tubulação e as ferramentas de produção passam através do suspensor de revestimento 16 através do furo 18. O furo 18 contém fluido de perfuração, ou lama, que é projetado para controlar a pressão no poço, e transportar lascas e detritos para longe da broca de perfuração durante as operações de perfuração. A lama no interior do furo 18 é mantida em uma pressão adequada de furo, que varia, de acordo com as condições no poço. A área fora do suspensor de revestimento 16 e da coluna de revestimento se encontra o anular 19 que pode também incluir fluido, como o fluido que entra o anular a partir da formação através da qual o furo do poço 13 é perfurado. O fluido dentro do anel tem uma pressão anular que pode ser diferente da pressão do furo dentro do suspensor de revestimento 16, que resulta em uma força de desequilíbrio.

[0021] Um conjunto de vedação anular 20, incluindo a vedação anular 22, é fornecido entre o invólucro de cabeça de poço 14 e o suspensor de revestimento 16 para vedar a interface entre os mesmos. Para fixar, ou "energizar" a vedação anular 22 para uma posição de vedação, um anel de energização é empurrado para dentro da vedação anular 22 para fazer com que a vedação anular se expanda para fora e seja pressionada sobre o invólucro de cabeça de poço e o suspensor de revestimento, vedando assim o anular 19.

[0022] Isso tipicamente exige uma força grande para energizar e fixar a vedação anular 22. No entanto, pode haver limitações na quantidade da força de fixação que pode ser aplicada. Isso pode impedir a vedação anular de ser otimamente energizada, e dessa forma diminuir a pressão que a vedação anular 22 pode suportar. Conforme mencionado, a vedação 22 pode ser exposta a uma pressão de furo para baixo a partir de cima da vedação anular 22 e/ou uma pressão anular para cima a partir de baixo da vedação anular 22. Se a vedação anular 22 não for suficientemente energizada,

ela pode ser suscetível a essas pressões e/ou outras perturbações que possam ocorrer. Por exemplo, a vedação anular 22 pode vazar, ficar enfraquecida e mesmo empurrada para fora do bolso. A vedação anular da presente tecnologia resolve esse problema fornecendo uma vedação anular que é capaz de utilizar a pressão de furo que ocorre naturalmente e a pressão anular para energizar adicionalmente a vedação anular, fornecendo assim uma fixação segura e uma vedação anular energizada sem exigir uma força grande de fixação inicial, conforme mostrado nas Figuras 2a 9 e explicado em detalhes abaixo.

[0023] A Figura 2 ilustra uma vista de um conjunto de vedação anular, de acordo com modalidades exemplificadoras. Agora com referência à Figura 2, é mostrado um conjunto de vedação 100 em um estado não energizado, de acordo com uma modalidade da presente tecnologia. O conjunto de vedação 100 está posicionado entre um suspensor de revestimento 102 e um invólucro de cabeça de poço 104. O conjunto de vedação 100 inclui um anel de carga 106, um anel de parada 108, uma vedação anular 110, e um anel de vedação de energização 112. Em algumas modalidades, o conjunto de vedação 100 pode ser projetado para ser pré-montado e inserido em um espaço anular entre o suspensor de revestimento 102 e o invólucro de cabeça de poço 104 como um conjunto unificado.

[0024] A Figura 3 ilustra uma vista maior do conjunto de vedação anular 100 em um estado não energizado, ampliado no anel de energização 112 e na vedação anular 110, de acordo com modalidades exemplificadoras. A Figura 4 ilustra o mesmo, mas com o conjunto de vedação anular 100 em um estado energizado, de acordo com modalidades exemplificadoras. Com referência às Figuras 2, 3 e 4, a vedação anular 110 inclui uma porção de corpo central 114, e uma primeira perna de vedação 116 e uma segunda perna de vedação 118 que se estendem para cima em direção ao topo do poço. A primeira perna de vedação 116, a porção de corpo central 114, e a segunda perna de vedação 118 criam um formato em U, com um espaço 122 entre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118 para aceitar o anel de energização 112. Em algumas modalidades, a segunda perna de vedação 118 se estende para cima por uma distância maior do que a primeira perna de vedação 116. Em algumas modalidades, a segunda perna de vedação 118 pode ter roscas que correspondem a roscas de um outro componente no conjunto de vedação 100. No estado não energizado, como o mostrado na Figura 3, a distância entre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118 é menor que a espessura da extremidade de nariz 124 do anel de energização 112. Além disso, as extremidades inferiores da extremidade de nariz 124 da energização 112 podem ser posicionadas em ângulo para facilitar a entrada no espaço 122 entre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118. Em algumas modalidades, a vedação anular 110 também inclui uma terceira perna 120 que se estende a partir da porção de corpo central 114 em uma segunda direção oposta à primeira direção. Em algumas modalidades, a terceira perna 120 pode prender o anel de parada 108 e/ou engatar de modo vedante um dentre o invólucro de cabeça de poço ou o suspensor de revestimento, mantendo adicionalmente a posição da vedação anular 110. Em algumas modalidades, a vedação anular 110 pode ser feita de metal, de modo que a vedação entre a vedação anular 110 e os componentes de poço é uma vedação de metal com metal.

[0025] O anel de energização 112 inclui uma extremidade de nariz 124 para inserção entre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118 da vedação anular 110 a partir da primeira direção para energizar as pernas de vedação 116, 118 em engate vedado com o invólucro de cabeça de poço 104 e o suspensor de revestimento 102 quando a vedação anular 110 e o anel de energização 112 são comprimidos juntos. O anel de energização 112 é posicionado acima da vedação anular 110 e quando a vedação anular está não energizada, a extremidade do nariz 124 fica em contiguidade com o espaço 122 entre as pernas de vedação 116,

118. Em algumas modalidades, durante a pré-montagem do conjunto de vedação 100, o anel de energização 112 pode ser posicionado acima da vedação anular 110. Em algumas modalidades, o anel de energização 112 pode ser preso com o uso de um mecanismo de fixação para restringir o movimento axial do anel de energização 112 em relação à vedação anular 110 conforme o conjunto de vedação 100 é posicionado no conjunto de cabeça de poço 10 (Figura 1).

[0026] Após o conjunto de vedação 100 ser inserido no conjunto de cabeça de poço 10 (Figura 1) entre o invólucro de cabeça de poço 104 e o suspensor de revestimento 102, uma ferramenta de fixação (não mostrada, mas de conhecimento de uma pessoa de habilidade comum na técnica) exerce uma força para baixo sobre o anel de energização 112. O anel de energização 112 exerce, por sua vez, uma força para baixo sobre a vedação anular 110 que transmite a força para baixo para o anel de parada 108 e o anel de carga 106. Como resultado, todo o conjunto de vedação 120 se move para baixo para o interior do anular em relação ao suspensor de revestimento 102 e ao invólucro de cabeça de poço 104.

[0027] A ferramenta de fixação continua a exercer uma força para baixo sobre o anel de energização 112 até que a extremidade do nariz 124 do anel de energização 112 penetre o espaço 122 entre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118. Em algumas modalidades, tal entrada é faciltada pelas extremidades inferiores anguladas da extremidade do nariz 124 do anel de energização 112 que ajudam a guiar a extremidade do nariz 124 do anel de energização 112 para dentro do espaço 122. Devido à largura da extremidade do nariz 124 ser maior que a largura do espaço 122 entre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118, a entrada da extremidade do nariz 124 no espaço 122 força a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118 para fora em engate vedado com o suspensor de revestimento 102 e o invólucro de cabeça de poço 104. Conforme descrito, o anel de energização 112 fornece uma força de energização inicial para vedar a vedação anular 110 contra o invólucro de cabeça de poço 104 e/ou o suspensor de revestimento 102.

[0028] Uma vez assentada e energizada, a vedação anular 110 é tipicamente acionada por várias forças. A vedação anular 110 é exposta em uma extremidade superior à pressão do furo, que aplica uma força de pressão em uma direção para baixo contra a vedação anular 110. De modo similar. a vedação anular 110 é exposta em uma extremidade inferior à pressão anular, que aplica uma força de pressão em uma direção para cima contra a vedação anular 110. Conforme discutido em detalhes abaixo, a vedação anular aqui revelada usa essas forças para adicionalmente energizar e a vedação mantém a vedação anular 110 em um estado energizado.

[0029] A Figura 5 ilustra uma vista maior da vedação anular 110 em um estado não energizado, de acordo com modalidades exemplificadoras. A Figura 6 ilustra o mesmo, mas com a vedação anular 110 em um estado energizado, de acordo com modalidades exemplificadoras. Com referência às Figuras 5 e 6., a primeira perna de vedação 116 da vedação anular 110 tem uma primeira cavidade 130 formada na mesma e uma segunda cavidade 132 formada na mesma. Em algumas modalidades, como as modalidades ilustradas, a primeira cavidade 130 se estende para dentro da primeira perna de vedação 116 a partir de uma ponta ou porção de borda 134 da primeira perna de vedação 116, e se estende adicionalmente para dentro da primeira perna de vedação 116 em uma direção descendente. Em outras palavras, uma porta de comunicação de fluido 136 da primeira cavidade 130 é mais alta (por exemplo, adicionalmente acima do furo, adicionalmente na direção contrária da porção do corpo de vedação) do que a extremidade 138 da primeira cavidade 130. A primeira cavidade 130 está em comunicação fluida com um espaço anular 140 em um primeiro lado de (por exemplo, acima) da vedação anular 110. Dessa forma, após a vedação anular 110 ser inicialmente energizada pelo anel de energização, a pressão do fluido no espaço 140 empurrando a vedação anular 110 na direção para baixo faz com que a primeira cavidade 130 seja preenchido com o fluido pressurizado e expande, o que causa eficaz expansão da primeira perna de vedação 116 e assim energize adicionalmente a vedação anular 110. Em algumas modalidades, a primeira cavidade 130 é formada perto de uma parede externa 142 da primeira perna de vedação 116, de modo que uma membrana 144 é formada a partir da primeira perna de vedação 116 entre a parede externa 142 e a primeira cavidade 130. Quando a primeira cavidade 130 se expande devido à pressão, a membrana 144 é flexionada para fora e pressionada adicionalmente sobre o suspensor de revestimento 102. Em algumas modalidades, a primeira cavidade 130 pode ser genericamente em formato de anel formado circunferencialmente através da primeira perna de vedação. Em algumas modalidades, há uma pluralidade de portas de comunicação fluida 136 formadas na primeira perna de vedação (por exemplo, circunferencialmente dispostas) para fornecer múltiplas trajetórias para o fluido se comunicar para dentro e para fora da primeira cavidade 130 a partir da primeira direção.

[0030] A segunda cavidade 132 se estende para dentro da primeira perna de vedação 116 de uma porção de borda 146 da primeira perna de vedação 116, e se estende adicionalmente para dentro da primeira perna de vedação 116 em uma direção ascendente. Em outras palavras, uma porta de comunicação fluida 148 da segunda cavidade 132 é menor (por exemplo, mais para baixo, mais perto da porção de corpo de vedação) do que a extremidade 150 da cavidade. A segunda cavidade 132 está em comunicação fluida com o espaço anular em um segundo lado do (por exemplo, abaixo) da vedação anular 110. Dessa forma, após a vedação anular 110 ser inicialmente energizada pelo anel de energização, a pressão do fluido que empurra a vedação anular 110 em uma direção para cima (isto é, a partir de baixo da vedação) faz com a segunda cavidade 132 se expanda, O que causa a expansão eficaz da primeira perna de vedação 116 e assim, energiza adicionalmente a vedação anular 116. Em algumas modalidades, a segunda cavidade 132 é formada perto da parede externa 142 da primeira perna de vedação 116, de modo que uma segunda membrana 152 é formada entre a parede externa 142 e a segunda cavidade 132. Quando a segunda cavidade 132 se expande devido à pressão, a segunda membrana 152 é flexionada para fora e pressionada adicionalmente sobre o suspensor de revestimento 102. Conforme ilustrado, a primeira e segunda cavidades 130, 132 são formadas em direções opostas, de modo que a pressão a partir de baixo da vedação anular 110 que está empurrando para cima bem como pressão a partir de cima da vedação anular 110 que está empurrando para baixo podem ambas ser usadas para energizar adicionalmente a vedação anular através da expansão da respectiva cavidade 130, 132. Em algumas modalidades, a segunda cavidade 132 pode ter um formato genericamente de anel e ser formada circunferencialmente através da primeira perna de vedação. Em algumas modalidades, há uma pluralidade de portas de comunicação fluida 148 formadas na primeira perna de vedação (por exemplo, dispostas circunferencialmente) para fornecer múltiplas trajetórias para o fluido se comunicar para dentro e para fora da segunda cavidade 132 a partir da segunda direção.

[0031] A segunda perna de vedação 118 pode também ter uma primeira cavidade 130 e uma segunda cavidade 132 formada na mesma de maneira similar àquela descrita em relação à primeira perna de vedação 116, bem como membranas 144 e 152 a partir da mesma. Dessa forma, uma pressão descendente empurrando a vedação anular pode fazer com que as primeiras cavidades 130 de ambas dentre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118 se expandam e empurrem as respectivas membranas 144 da primeira perna de vedação 116 e da segunda perna de vedação 118 para vedar adicionalmente contra o suspensor de revestimento 102 e o invólucro de cabeça de poço 104. De maneira similar, uma pressão ascendente empurrando para cima a vedação anular 110 pode fazer com que as segundas cavidades 132 de ambas dentre a primeira perna de vedação 116 e a segunda perna de vedação 118 se expandem e empurrem as respectivas membranas 152 da primeira perna de vedação 116 e da segunda perna de vedação 118 para vedar adicionalmente contra o suspensor de revestimento 102 e o invólucro de cabeça de poço 104. Especificamente, a pressão é capaz de ficar atrás das membranas 144, 152 e aumentar a força de contato sobre o perfil de vedação, utilizando assim a pressão que ocorre naturalmente no poço para melhorar o desempenho da vedação. Nas modalidades ilustradas, cada uma dentre a primeira e a segunda pernas de vedação 116, 118 tem tanto uma cavidade para baixo 130 quanto uma cavidade para cima 132, e um total de quatro cavidades. Em algumas modalidades, pode haver menos cavidades. Por exemplo, em algumas modalidades, pode haver apenas primeiras cavidades 130 ou apenas segundas cavidades 132. Em algumas modalidades, apenas uma das duas pernas de vedação pode ter uma cavidade. Em algumas modalidades,

a terceira perna de vedação 120 pode ter uma primeira cavidade 130, uma segunda cavidade 132, ou ambas, formadas na mesma.

[0032] Em particular, algumas modalidades podem incluir apenas cavidades para cima 132, que utilizam uma pressão ascendente a partir de baixo da vedação anular 110 para adicionalmente energizar e fortalecer a vedação anular 110. Em sistemas convencionais, uma vez que a vedação anular 110 é colocada em uma posição para baixo e energizada por uma força para baixo aplicada pela ferramenta de fixação, ela pode ser mais suscetível à pressão anular direcionada para cima. Um aumento na pressão abaixo de um anel anular de vedação convencional tende a enfraquecer a vedação e pode até mesmo empurrar a vedação fora do bolso. Por exemplo, em muitos sistemas conhecidos, quando a pressão do furo que é menor que a pressão anular, a força líquida que atua sobre a vedação anular convencional tende a empurrar a vedação anular para cima e pode quebrar o engate vedado da vedação anular com o invólucro de cabeça de poço 104 e/ou o suspensor de revestimento 102, comprometendo assim a integridade da vedação. A pressão anular pode também fazer com que o suspensor de revestimento 102 se deflita para dentro (isto é, se comprima para um diâmetro menor). Essa deflexão pode fazer com que a superfície do suspensor de revestimento 102 se afaste da vedação anular 110, o que reduz a pré-carga ou energização da vedação anular. As modalidades da presente invenção fornecem uma solução para esse problema mediante o uso de pressão anular para cima na cavidade para cima 132 e uso da pressão para fora para expandir ainda mais e energizar a vedação anular 110, em vez de permitir que a pressão atue unicamente para cima sobre a vedação, que pode funcionar para enfraquecer a vedação. Mediante o uso de pressão anular para expandir a vedação anular 110, além da força ou pré-carga de energização inicial causada pelo anel de energização, o contato entre a vedação anular e o suspensor de revestimento pode ser mais robustamente mantido.

[0033] Em algumas modalidades, a primeira e segunda cavidades 130, 132 podem ser formadas deslocadas umas das outras de modo que as cavidades 130,

132 podem se estender adicionalmente em suas respectivas direções e para além da outra (isto é, sobreposição), sem se cruzarem. Por exemplo, a primeira cavidade 130 pode ser posicionada em uma primeira posição radial (por exemplo, mais próxima de um raio externo da primeira perna de vedação 116) e se estender mais do que 50% para baixo para dentro da primeira perna de vedação 116. A segunda cavidade 132 pode ser posicionada em uma segunda posição radial (por exemplo, mais próxima de um raio interno da primeira perna de vedação 116) e se estender mais do que 50% para cima para dentro da primeira perna de vedação 116.

[0034] A Figura 7 e 8 ilustram a vedação anular Figura 110 em um estado não energizado e energizado, respectivamente, em uma vista tomada em uma segunda seção transversal, de acordo com modalidades exemplificadoras. A seção transversal das Figuras 7 e 8 são tomadas em uma posição circunferencial diferente daquela das Figuras 5 e 6. Portanto, as vistas das Figuras 7 e 8 não mostram a porta de comunicação fluida 136 e 148 mostrada nas Figuras 5 e 6. No entanto, as cavidades 130 e 132 são visíveis nas Figuras 7 e 8. Em algumas modalidades, a primeira cavidade 130 pode ser genericamente em formato de anel e formada circunferencialmente através da primeira perna de vedação 116 ou da segunda perna de vedação 118 (ou ambas) da vedação anular 110, e fica dessa forma visível em uma seção transversal tomada em qualquer posição circunferencial. A uma ou mais portas de comunicação fluida, como a porta de comunicação de fluida 136 (Figuras 5 e 6) acoplam a primeira cavidade 130 ao espaço anular 140 em um primeiro lado de (por exemplo, acima) da vedação anular

110. De modo similar, em algumas modalidades, a segunda cavidade 132 pode também ser genericamente em formato de anel e formada circunferencialmente através da primeira perna de vedação 116 ou da segunda perna de vedação 118 (ou ambas) da vedação anular 110, e fica dessa forma visível em uma seção transversal tomada em qualquer posição circunferencial. Um ou mais portas de comunicação fluida, como porta de comunicação de fluido 148 (Figuras 5 e 6)

acoplam a segunda cavidade 132 ao espaço anular 140 em um segundo lado do (por exemplo, abaixo) da vedação anular 110.

[0035] Além disso, as cavidades 130, 132 formadas nas pernas de vedação 116, 118 podem ter vários formatos e configurações diferentes, de acordo com modalidades diferentes. A Figura 9 ilustra uma vista detalhada de uma configuração de cavidade exemplificadora, de acordo com modalidades exemplificadoras. Na modalidade ilustrada da Figura 9, a cavidade 132 é estreita e alongada, e essencialmente definida por duas paredes 154 e 156. Conforme ilustrado, em algumas modalidades, as duas paredes 154, 156 têm perfis simetricamente ondulados com cristas 158 e sulcos 160 alternados de modo que as cristas 158 das duas paredes 154, 156 são alinhadas e voltadas uma para a outra, dividindo de maneira eficaz a cavidade 132 em uma série de nós 162 formados por porções de sulco 160. Em algumas modalidades, os nós 162 estão em comunicação fluida um com o outro de modo que a pressão pode se comunicar através de todos os nós

162. Essa configuração fornece uma resistência flexível que facilita a expansão da cavidade 132 na presença de pressão. As configurações possíveis do perfil da cavidade 132 são muitas, e podem ser diferentes das configurações do exemplo ilustrado. Por exemplo, o perfil da cavidade 132 pode ser reto ou curvo com poucas ondulações. O perfil da cavidade 132 pode ser em forma de dente em vez de em formato de onda. A cavidade 132 pode ter uma ou mais portas de comunicação fluida 148 que acoplam a segunda cavidade 132 ao espaço anular 140 a um ambiente externo à vedação anular.

[0036] Deve ser observado que a presente descrição usa um invólucro de cabeça de poço 104 e um suspensor de revestimento 102 como exemplos de duas cabeças de poço tubulares que podem ser acopladas e dispostas de outra maneira em relação uma a outra criando um anular. Entretanto, outros equipamentos tendo ao menos parcialmente um formato tubular podem também ser dispostos de modo que um anel seja criado entre os mesmos. Por exemplo, um suspensor de coluna é um outro tipo de cabeça de poço tubular que pode ser usado com modalidades da presente revelação. A vedação anular da presente revelação pode ser usada para vedar qualquer anular entre quaisquer dois tubulares, e não se limita a ser usada com os invólucros da cabeça do poço e os suspensores de revestimento.

[0037] De acordo com modalidades exemplificadoras, e com referência às Figuras 3 e 4., um método de energização de um conjunto de vedação anular 110 entre um invólucro de cabeça de poço 104 e um suspensor de revestimento 102 inclui inserir um conjunto de vedação anular 100 entre o invólucro de cabeça de poço 104 e o suspensor de revestimento 102. O conjunto de vedação anular 100 inclui uma vedação anular 110 e um anel de energização 112. A vedação anular 110 inclui duas pernas de vedação que se estendem para cima 116, 118 que incluem cavidades 130, 132 formadas na mesma que se estendem ao menos parcialmente para cima nas pernas de vedação 116, 118. O método adicionalmente inclui empurrar o anel de energização 112 para baixo para inserir ao menos porção do anel de energização 112 entre as pernas de vedação 116, 118 da vedação anular 110, empurrando assim as pernas de vedação 116, 118 longe uma da outra e pressionando as pernas de vedação 116, 118 contra o invólucro de cabeça de poço 104 e o suspensor de revestimento 102 para formar uma vedação entre eles. Em algumas modalidades, o anel de energização 112 pode ser empurrado para baixo por uma ferramenta de fixação. O método inclui adicionalmente expandir as cavidades 130, 132 formadas nas pernas de vedação 116, 118 por meio de um fluido pressurizado que empurra a vedação anular 110, e pressiona as pernas de vedação 116, 118 contra o invólucro de cabeça de poço 104 e o suspensor de revestimento 102 a partir da expansão das cavidades 130, 132.

[0038] Em algumas modalidades, as cavidades 130, 132 estão em comunicação fluida com um anular entre o invólucro de cabeça de poço 104 e o suspensor de revestimento 102 e a pressão no anular faz com que as cavidades 130, 132 se expandam e adicionalmente energizem a vedação anular 110. Em algumas modalidades, a vedação anular 110 inclui adicionalmente cavidades adicionais formadas na mesma que se estendem ao menos parcialmente para baixo para dentro das pernas de vedação 116, 118. Em algumas modalidades, o método inclui adicionalmente expandir as cavidades adicionais 116, 118 formadas nas pernas de vedação por meio de um fluido pressurizado que empurra para baixo a vedação anular 110.

[0039] Essa descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, incluindo produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. Essas modalidades não se destinam a limitar o escopo da invenção. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e podem incluir outros exemplos que ocorram aos versados na técnica. Esses outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se eles tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Vedação anular (110) caracterizada por ser destinada a vedar uma interface entre um invólucro de cabeça de poço (104) e um suspensor de revestimento (102), sendo que a vedação anular (110) compreende: uma porção de corpo central (114); uma primeira perna de vedação (116) que se estende a partir da porção de corpo central (114) em uma primeira direção, sendo que a primeira perna de vedação (116) engata de modo vedante o suspensor de revestimento (102) e uma segunda perna de vedação (118) que se estende a partir da porção de corpo central (114) na primeira direção ao longo da primeira perna de vedação (116), sendo que a segunda perna de vedação (118) engata de modo vedante o invólucro de cabeça de poço (104); sendo que ao menos um dentre a primeira perna de vedação (116) ou a segunda perna de vedação (118) inclui ao menos uma dentre uma primeira cavidade (130) que se estende ao menos parcialmente para o interior da respectiva perna de vedação a partir da primeira direção ou uma segunda cavidade (132) que se estende ao menos parcialmente para dentro da respectiva perna de vedação a partir de uma segunda direção.

2. Vedação anular (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada uma dentre a primeira perna de vedação (116) e a segunda perna de vedação (118) incluir uma respectiva primeira cavidade (130) e uma respectiva segunda cavidade (132) formadas nas mesmas.

3. Vedação anular (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ao menos uma dentre a primeira cavidade (130) ou a segunda cavidade (132) ser alongada e ao menos parcialmente definida por duas paredes (154, 156).

4. Vedação anular (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela pressão hidrostática que empurra a vedação anular (110) a partir da primeira direção fazer com que a primeira cavidade (130) se expanda e pressione a ao menos uma parede da vedação anular (110) sobre o invólucro de cabeça de poço (104) ou o suspensor de revestimento (102).

5. Vedação de anular (110), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela pressão hidrostática que empurra a vedação anular (110) a partir da segunda direção fazer com que a segunda cavidade (132) se expanda e pressione ao menos uma parede da vedação anular (110) sobre o invólucro de cabeça de poço (104) ou o suspensor de revestimento (102).

6. Vedação do anular (110), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pela primeira cavidade (130) e a segunda cavidade (132) serem posicionadas em diferentes posições radiais e se estenderem além da outra sem se cruzarem.

7. Conjunto de vedação anular (100) caracterizado por se destinar a vedar a interface entre uma primeira cabeça de poço tubular e uma segunda cabeça de poço tubular, sendo que o conjunto de vedação anular compreende: uma vedação anular (110) que compreende: uma porção de corpo central (114); uma primeira perna de vedação (116) que se estende a partir da porção de corpo central (114) em uma primeira direção, sendo que a primeira perna de vedação (116) engata de modo vedante a primeira cabeça de poço tubular; e uma segunda perna de vedação (118) que se estende a partir da porção de corpo central (114) na primeira direção ao longo da primeira perna de vedação (116), sendo que a primeira perna de vedação (116) engata de modo vedante a cabeça de poço tubular; e um anel de energização (112) que tem uma extremidade de nariz (124) para inserção entre a primeira perna de vedação (116) e a segunda perna de vedação (118) da vedação anular (110) a partir da primeira direção para energizar a primeira e a segunda pernas de vedação (116, 118) da vedação anular (110) em um engate vedado primário com a primeira cabeça de poço tubular e a segunda cabeça de poço tubular, sendo que ao menos uma dentre a primeira perna de vedação ou a segunda perna de vedação (116, 118) inclui uma cavidade (130) formada na mesma, a cavidade (130) em comunicação fluida com um ambiente externo à vedação anular (110) e expansível da pressão no primeiro ambiente, sendo que a expansão energiza a vedação anular (110) num engate vedado secundário com a primeira cabeça de poço tubular e a segunda cabeça de poço tubular.

8. Conjunto de vedação anular (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a cavidade (130) ser uma primeira cavidade (130), e uma primeira perna de vedação (116) ou uma segunda perna de veação (118) incluir uma segunda cavidade (130), sendo que a primeira cavidade (130) está em comunicação fluida com um espaço anular em um primeiro lado da vedação anular (110), e a segunda cavidade (132) está em comunicação fluida com um espaço anular em um segundo lado da vedação anular (110).

9. Conjunto de vedação anular (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a pressão hidrostática a partir do primeiro lado da vedação anular (110) fazer com que a primeira cavidade (130) se expanda e empurre a respectiva perna na qual a primeira cavidade (130) é formada contra ao menos uma dentre a primeira cabeça de poço tubular ou a segunda cabeça de poço tubular.

10. Conjunto de vedação anular (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a pressão hidrostática a partir do segundo lado da vedação anular (110) fazer com que a segunda cavidade (132) se expanda e empurre a respectiva perna na qual a segunda cavidade (132) é formada contra ao menos uma dentre a primeira cabeça de poço tubular ou a segunda cabeça de poço tubular.

11. Conjunto de vedação anular (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por cada uma dentre a primeira perna de vedação (116) e a segunda perna de vedação (118) incluir uma respectiva primeira cavidade (130) e uma respectiva segunda cavidade (132) formadas nas mesmas.

12. Conjunto de vedação anular (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender adicionalmente uma terceira perna (120) que se estende em uma segunda direção oposta à primeira direção, sendo que a terceira perna (120) inclui uma segunda cavidade (132) formadas na mesma, sendo que a segunda cavidade (132) está em comunicação fluida com o ambiente e é expansível da pressão no ambiente.

13. Método de energização de um conjunto de vedação anular (100) entre um invólucro de cabeça de poço (104) e um suspensor de revestimento (102), sendo o método caracterizado por compreender: inserir um conjunto de vedação em anel (100) entre o invólucro de cabeça de poço (104) e o suspensor de revestimento (102), sendo que o conjunto de vedação anular (100) inclui uma vedação anular (110) e um anel de energização (112), sendo que a vedação anular (110) compreende duas pernas de vedação que se estendem para cima (116, 118), sendo que as pernas de vedação (116, 118) incluem cavidades (132) formadas nas mesmas que se estendem ao menos parcialmente para dentro das pernas de vedação (116, 118); empurrar o anel de energização (112) para baixo para inserir ao menos porção do anel de energização (112) entre as pernas de vedação (116, 118) da vedação anular (110), empurrando assim as pernas de vedação (116, 118) para longe uma da outra; pressionar as pernas de vedação (116, 118) contra o invólucro de cabeça de poço (104) e o suspensor de revestimento (102) para formar uma vedação entre os mesmos através do anel de energização (112); expandir as cavidades (132) formadas nas pernas de vedação (116, 118) por meio do fluido pressurizado que empurra a vedação anular (110); e pressionar as pernas de vedação (116, 118) contra o invólucro de cabeça de poço (104) e o suspensor de revestimento (102) a partir de expansão das cavidades (132).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por as cavidades (132) se estenderem para cima para dentro das pernas de vedação (116, 118) e se expandirem devido à pressão a partir de baixo da vedação anular (120).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a vedação anular (110) compreender adicionalmente cavidades adicionais (130) formadas na mesma que se estendem ao menos parcialmente para baixo para dentro das pernas de vedação (116, 118).