MXPA00012471A - Sello. - Google Patents

Abstract

Un sello para sellar en contra de una superficie cilindrica, por ejemplo las superficies frontales de dos tubos concentricos, o las superficies frontales de un tubo un tapon o una capucha, se activa mediante una serie de activadores alargados de material que registra la forma (40), los cuales estan arreglados alrededor (afuera o adentro) de la superficie cilindrica. Los activadores producen un movimiento axial de una cuna, dentro de un hueco para impulsar un anillo de sello (20, 22) en contacto sellante con la superficie cilindrica (10, 12).

Description

SELLO Esta invención se relaciona a un dispositivo de sellado para sellar en contra de una superficie cilindrica. En una forma particularmente preferida, el dispositivo sella contra dos superficies cilindricas, las cuales definen entre ellas un especio anular. El espacio puede ser un espacio entre dos tubos de diferentes diámetros, uno arreglado dentro del otro. Una situación típica donde tal sello se requiere, es en la perforación u un pozo subterráneo, por ejemplo un pozo de gas o petróleo.

El término "cilindrico" usado en esta especificación, no esta construido como requerimiento de una circularidad perfecta. La invención es aplicable al exterior de superficies redondas, aun elípticas, ovales o superficies irregulares .

La invención no está sin embargo limitada para usarse en la perfcracion de pozos.

Las dificultades se encuentran frecuentemente, en establecer un . sel lacio de alta integridad y hermético a fluidos y gases en un espacio anular, en donde el acceso directo al espacio no puede ser logrado. La invención busca Re^ 125774 proveer un sello, que pueda viajar a través de una ranura, anular y pueda ser establecido o estrechado en una posición particular en tal ranura y que sea capaz de sellar entre dos tubos, los cuales pueden ser desiguales y/o excéntricos.

De conformidad a la invención, se provee un dispositivo de sellado, para formar un sello contra una superficie, el dispositivo, que comprende al menos un anillo flexible de sello que iene una posición relajada en la cual esta fuera de contacto con la superficie y una posición activa en la cual está en contacto sellante con la superficie, un miembro de operación, movible con relación a un anillo de sello en una dirección substancialmente paralela a la superficie cilindrica para producir un movimiento substancialmente radial del anillo en su posición activa y una pluralidad de activadores alargados de un material que registra la forma, ' arreglados alrededor del miembro de operación de manera que un cambio de la forma de los activadores produce el movimiento del miembro operativo, el cual mueve el anillo de sello en su posición activa.

La invención también provee un método de establecer un sello contra una superficie, usando un anillo de sello, el cual se deforma radialmente para formar un contacto sellante con la superficie, en donde un miembro de operación es movible con relación al anillo de sello en una dirección substancialmente paralela a la superficie cilindrica, para producir un movimiento substancialmente radial del anillo en su posición activa, y una pluralidad de activadores álargados de un material que registra la forma, están arreglados alrededor del miembro de operación de manera que un cambio de forma de los activadores produce el movimiento del miembro operativo, el cual mueve al anillo de sello en su posición-activa .

La forma actual del anillo de sello no es significativa para esta invención. La invención, sin embargo, provee un mecanismo para establecer un anillo de sello en la posición de sellado.

El uso de un material que registra la forma, permite la activación del sello para ser activado solamente mediante la provisión de algún método para cambiar la temperatura del dispositivo de sellado una vez que este ha alcanzado su posición proyectada. El calor puede por ejemplo ser generado eléctricamente o químicamente, para activar el sello, evitando de este modo, la necesidad de aplicar una fuerza mecánica en una locación remota. El calor puede ser generado internamente, dentro del dispositivo o externamente mediante una pieza separada de equipo colocada temporalmente o permanentemente en la proximidad del dispositivo.

El método preferido de activación, es para los activadores contraerse en lugar de expandirse, ya que el movimiento de contracción de un material que registra la forma, es substancialmente más amplio que un movimiento de expansión .

El dispositivo incluye preferiblemente un componente principal del cuerpo, parte del cual forma el anillo de sello. El activador y el miembro de operación se conectan entonces al cuerpo principal. El cuerpo principal es preferiblemente un componente continuo sin vías de fuga a lo largo de él.

El miembro de operación y el activador pueden formarse de una sola pieza de material que registra la forma, o pueden ser formados de piezas separadas de material, con el activador conectando al miembro de operación al cuerpo principal .

En una forma preferida de la invención, el cuerpo principal .tiene una porción de falda, el anillo de sello se forma en el extremo libre de la falda y el cuerpo principal incluye una porción secundaria para sellar la sección transversal, rodeada por la superficie cilindrica.

La falda permite al anillo de sello ser conectado al cuerpo principal, y aun tener suficiente libertad de movimiento (a través de la flexión de la falda) para permitirle al anillo de sello moverse entre sus posiciones relajada y activa.

La superficie cilindrica puede ser una superficie cilindrica interna (el interior de un tubo) con la porción secundaria del cuerpo principal que es un tapón continuo adaptado para extenderse a través del orifico del tubo para bloquear el orificio. Alternativamente, la superficie cilindrica puede ser una superficie cilindrica externa (el exterior de un tubo) con la porción secundaria que es una capucha continua adaptada para cerrar el orificio del tubo, un sello para asentar una válvula, herramienta u otro dispositivo en el orificio o un conector para otro tubo o herramienta .

Sin embargo, el dispositivo puede ser usado para sellar una ranura anular entre dos tubos concéntricos o cercanamente concéntricos. En este caso, la porción secundaria del cuerpo principal, será una segunda falda que tiene un segundo anillo de sello adaptado para sellar contra el interior de los dos tubos.

Las barras activadoras de material que registra la forma, preferiblemente tienen todas ejes paralelos que se extienden paralelamente a la superficie cilindrica y están preferiblemente separados regularmente alrededor de la superficie cilindrica. Alternativamente sin embargo, el activador podría ser en forma de un collar cilindrico de material que registra la forma o de un número de porciones segmentadas. Las barras se alojarán en un espacio cilindrico anular entre la falda y el cuerpo principal, y pueden tener extremos encordados, los cuales se atornillan en orificios encordados en el cuerpo principal.

El miembro de operación es preferiblemente un anillo anular con una superficie ahusada para contactar con el anillo de sello, para producir el movimiento radial del anillo cuando la superficie ahusada se mueve axialmente con relación al anillo. El anillo anular puede tener una ó dos superficies ahusadas, dependiendo de si hay uno o dos anillos de. sello.

El anillo anular puede ser continuo alrededor de la superficie cilindrica, y puede tener una sección transversal que varia alrededor de la circunferencia, con la variación repitiéndose en si misma entre el punto de unión de cada barra de material que registra la forma. Alternativamente, el anillo anular puede est-r dividido en segmentos separados alrededor de la superficie cilindrica.

El espacio cilindrico anular en el cual se aloja el activador de material que registra la forma, tiene preferiblemente una abertura de ventilación para permitir el escape de fluido atra.Dedo o gas cuando el volumen dentro del espacio se reduce por el movimiento del anillo de sello dentro del espacio. Esta ventilación está provista preferiblemente en el miembro de operación y puede tener una válvula de un sentido para prevenir que la atmósfera externa de material exterior entre al espacio.

La superficie cilindrica es preferiblemente metálica y el anillo de sello puede tener una superficie metálica de sellado de manera que un sello metal a metal se establece mediante el dispositivo.

Las superficies ahusadas pueden tener regiones de diferente ' inclinación, de manera que la acción radial de leva de las superficies ahusadas sobre el anillo de sello varia durante el curso del movimiento relativo entre el miembro de operación y el anillo de sello. Al menos parte de las superficies estrechadas, tienen preferiblemente una inclinación de manera tal ¦ que se produce una acción de autoseguramiento, por la fricción entre las superficies ahusadas y los anillos de sello. Esto asegura que si el activador debe, durante el servicio, iniciar o de otra manera relajar la fuerza que produce el acoplamiento entre el miembro de operación y el anillo de sello, entonces el miembro de operación permanecerá en su lugar.

El dispositivo puede incluir dentro de si, un medio para activar el cambio de forma del activador de material que registra la forma. Por ejemplo, un medio de inducción de calor pueden incluirse en el dispositivo.

La invención se describirá ahora adicionalmente, por medio de un ejemplo, con referencia a los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 es una sección transversal a través de dos tubos cilindricos concéntricos, con un dispositivo de sellado desactivado en la ranura anular entre los tubos; la Figura 2 es una vista de un corte parcialmente separado del dispositivo de sellado mostrado en la Figura 1; la Figura 3 es una vista que corresponde a la Figura 1 pero mostrando el dispositivo en la condición activada en un anulo excéntrico; la Figura 4a es una vista detallada en gran escala, de parte del dispositivo de sellado de las Figuras 1 y 2, mostrando el dispositivo en la condición desactivación; la Figura 4b es una vista que corresponde a la Figura 4a pero mostrando el dispositivo en la condición activada; la Figura 5 es una sección transversal a través de una segunda modalidad del dispositivo de sellado de conformidad con la invención; la Figura 6 es una vista seccional transversal a través de una tercera modalidad del dispositivo de sellado de conformidad con la invención; la Figura 7 es una vista seccional transversal a través de un primer sello anular de tipo tazón de conformidad con la presente invención; la Figura 8 es una vista seccional transversal a través de un segundo sello anular de tipo tazón de conformidad con la invención; la Figura 9 es una vista seccional transversal a través de una cuarta modalidad del dispositivo de sellado; la Figura 10 es una vista seccional transversal a través de una quinta modalidad del dispositivo de sellado; la Figura 11 es una vista seccional transversal a través de una sexta modalidad del dispositivo de sellado; la Figura 12 es una vista seccional transversal a través de una séptima modalidad del dispositivo de sellado; y las Figuras 13 y 14 muestran el posicionamiento de un sello como el mostrado en las Figuras 1 y 2, con la ayuda de un arreglo de enfriamiento activo.

La Figura 1, muestra un primer tubo 10, de diámetro más pequeño posicionado generalmente, concéntricamente dentro de un segundo tubo 12 de un diámetro más grande. Una ranura anular 14, se forma de este modo entre los dos tubos, y un dispositivo de sellado 16 se inserta en esta ranura anular con la intención de cerrar la ranura a los flujos de gas y fluido .

Los tubos 10 y 12 pueden típicamente ser camisas o subsecciones premaquinadas de un pozo de petróleo. Las camisas de un pozo de petróleo, frecuentemente se extienden una gran distancia, con una gran parte de la longitud que es subterránea. En el caso de un sello de camisa, el dispositivo de sellado puede estar localizado en cualquier punto a lo largo de la longitud del pozo. La invención, sin embargo, no está limitada a esta aplicación, y puede también ser usada en otras aplicaciones en donde un sello se forma entre dos tubos (los cuales pueden ser o no tubos cilindricos) . La invención es sin embargo particularmente adecuada para usarse en aplicaciones en donde la posición proyectada del sello es inaccesible.

Como puede verse en la Figura 2, el dispositivo de sellado 16 es de forma circular/cilindrica y se extiende continuamente alrededor de la ranura anular 14 completa. El dispositivo 16, tiene un cuerpo principal 18, el cual, en la modalidad de las Figuras 1 y 2, es de una sola pieza de material, preferiblemente metálico. El cuerpo 18 tiene una superficie interna de sello o labio 20 y una superficie externa de sellado o labio en 22. Estas superficies de sello están en los bordes inferiores de una falda interna 24 y una falda externa 26, allí existe un espacio anular entre las dos faldas.

Un anillo expansor 30, el cual tiene una sección transversal con forma cuña como se ve en 32, se fija entre los extremos inferiores de las faldas 26 y 24 de manera tal que cuando el anillo 30 se empuja dentro del espacio 28, las superficies de sellado o labios de sellado 20 y 22 son forzados a separarse y a sellar en contra respectivamente, de la superficie externa del primer tubo 10 y la superfici4e interna del segundo tubo 12. Ya que el cuerpo 18 es de una sola pieza de material, una vez que se forman los sellos en 20 y 22 con las paredes del tubo, no hay otras vías de fuga más allá del dispositivo de sellado 16.

Para soportar el dispositivo de sellado 16 en la ranura 14, la parte superior del cuerpo se monta en un transportador 34 a irúvés de un anillo de rodadura de cojinete de bola 36 la cual se acopla en una ranura 38 en el cuerpo principal 18.

Para arrastrar el anillo con forma de cuña 30 entre los labios del sello 20, 22 y de esta forma establecer el sello, una serie de pernos largos o barras 40 de material que registra la forma se montan en el cuerpo 18. Las barras tienen cabezas 33 (las cuales pueden ser hexagonales) y de extremos encordados 35 y localizados en perforaciones 31, los cuales se extienden ascendentemente desde el espacio 28. Los extremos encordados 35 se atornillan en sus huecos correspondientes en el cuerpo 18 en lo alto de los orificios 18, y las cabezas se soplan detrás del anillo 30.

Los materiales que registran la forma son bien conocidos.. Por el hecho de sujetarlo a un cambio de la temperatura más allá de un umbral predeterminado, la forma del material se revierte a una configuración previa.

El mecanismo preciso del registro de la forma a ser usado no es critico para la presente invención. Es sin embargo muy deseable que el cambio en la forma sea una contracción. Un material típico que registra la forma, en forma de una barra, puede contraerse hasta en 8% al exceder su temperatura critica. Como el volumen de la barra, generalmente permanece constante, por la contracción hay similarmente una expansión radial correspondiente de la barra y la anchura de los orificios 31 será suficiente para acomodar esta expansión.

Dependiendo de la naturaleza del material que registra la forma, la temperatura critica puede estar arriba o debajo de la temperatura a la cual se mantiene el dispositivo de sellado, hasta su activación. Usualmente, sin embargo, la temperatura critica será más alta que la temperatura ambiente, o el dispositivo de sellado se mantendrá a una temperatura subambiental hasta que su activación tome lugar, y la activación entonces resulta de permitirle al dispositivo de sellado, alcanzar la temperatura ambiente .

El término "material que registra la forma" incluye todos los materiales que tienen la propiedad de regresar a una forma previa o diferente, después que han sido sujetados a un tratamiento especifico. Es sabido que los materiales que registran la forma regresan a una forma previa por pasarlos a través de una transición de temperatura. Estos materiales son usualmente aleaciones metálicas, pero el término "material que registra la forma" no está restringido a metales e incluye materiales plásticos que exhiben la misma propiedad.

Una amplia variedad de mecanismos pueden ser empleados para producir el cambio de temperatura necesario para activar el material que registra la forma. Estos mecanismos incluyen calentamiento por inducción (y el elemento de calentamiento puede ser bajado hasta el orificio del tubo interior 10) , incorporando un elemento de calentamiento eléctrico tanto dentro del cuerpo 18 o dentro de las barras 40, aplicando calor a través de una reacción química exotérmica, circulación de fluidos de un recipiente o desde la superficie, generación de calor por medio de fricción, o colocando un dispositivo de conversión de energía en la proximidad del dispositivo de sellado.

Una característica importante de la presente invención, es que permite que se forme un sello en una ranura anular 14, aun cuando esta ranura pueda no tener la misma amplitud en todo alrededor. Por ejemplo, si los tubos 10 y 12 no son completamente concéntricos, la ranura anular será más amplia en un punto alrededor de la circunferencia que en otro punto alrededor de la circunferencia. Sin embargo, el sello proporcionado por la presente invención es capaz sin embargo de formar un sello de alta integridad alrededor de todas las partes de tal ranura anular. Esto se ilustra en la Figura 3, en donde se verá que el anillo que registra la forma 30 se eleva más sobre el lado derecho del anulo para separar los labios 20, 21 de lo que lo hace en el .lado izquierdo del anulo. Para hacer esto, el anillo 30 es ligeramente torcido de su plano original, pero puede acomodar esto sin dificultad .

Una característica de algunos materiales que registran la forma es que la fuerza aplicada por el cambio de la forma se eleva a un cierto valor cuando el cambio en la forma comienza y después permanece en substancialmente el mismo valor sin tomar en cuenta la extensión del cambio de la forma que .permiten los alrededores del material que registra la forma. De este modo en la Figura 3, la fuerza ascendente aplicada al anillo con forma de cuña 30 será la misma en todo alrededor de la circunferencia, aun cuando en algunas partes las barras 40 se contraigan más en otras partes.

Las Figuras 4a y 4b muestran en una escala más grande la construcción del sello en si mismo y la distorsión que toma lugar entre las condiciones desactivada y activada. Los labios del sello 20, 22, tienen una forma externa de tambor. Cuando los labios se presionan contra la superficie plana de las paredes del tubo adyacente, se obtiene un patrón de esfuerzos que asegura el sellado positivo sobre un área relativamente amplia. El diseño de las superficies de sellado sigue el conocimiento convencional en esta área. Sin embargo, el establecimiento de los sellos como se describe aquí, puede incrementar la fuerza disponible de establecimiento del sello en comparación con los sellos conocidos y de esta forma, permite una presión más alta y/o un incremento en la seguridad del establecimiento.

La invención, no esta por supuesto, limitada al uso de un sello con forma de tambor. Es útil para activar un rango de perfiles de sellos convencionales, con uno o más áreas de contacto como en 20, 22.

Se verá también que las superficies laterales ahusadas del anillo 30 tienen tres regiones superficiales, a saber, una primera región 42, contra la cual, los bordes inferiores internos de las faldas 24, 26, descansaran después de la activación del sello, una segunda región 44, la cual será arrastrada dentro del espació 28 inicialmente cuando la barra 40 comience la contracción para proveer un movimiento hacia el exterior relativamente rápido de los labios 20, 22, y una tercera región 46, la cual proveerá las fuerzas radiales necesarias sobre los labios 20, 21 para efectuar un buen sello y se autoaseguren las superficies 48, 50 detrás de los labios 20, 21. Este autoaseguramiento, significa que si, por ejemplo, la barra 40 debería activarse o relajarse mientras el sello esté en servicio, el anillo con forma de cuña 30 permanecerá asegurado entre los labios 20, 22 de manera que la función de sellado no se perjudique.

Aunque el dispositivo de sellado 16 se muestra en la Figura 2 con un anillo con forma de cuña continuo 30, no es esencial que este anillo sea continuo. Puede ser suficiente para cada barra 40 tener un miembro del borde discreto en su extremo inferior, y si estas no están suficientemente cercanas alrededor de la circunferencia del anillo, una fuerza adecuadamente uniforme, puede mantenerse en todo alrededor de los labios 20, 22. En tal situación, la forma de los bordes inferiores de las faldas 24, 26, puede también variar alrededor de la circunferencia, para proveer rigidez circunferencial en las áreas entre los bordes.

Está dentro o.-l ámbito de la invención, para las barras 40, ser reemplazadas por activadores alargados de otra forma de sección transversal.

Será aparente que en la modalidad mostrada en las Figuras 1 y 2, el espacio interno 28 entre las camisas 24 y 26 está sellado. Puede ser deseable llenar este espacio con una atmósfera protectora, para proteger las barras 40 durante su vida de servicio y/o llenar el espacio con una composición que generará el caloi: necesario para activar las barras. Si el espacio esta sellado, puede ser provisto un pasaje de ventilación, por ejen-.plo a través del anillo 30, y este pasaje podría ser previsto con una válvula, preferiblemente una válvula de un solr sentido, la cual permitirá a cualquier material incompresible, contenido dentro del espacio 28, ser ventilado cuando el anillo con forma de cuña 30 sea arrastrado, al espacio, reduce el volumen del espacio.

El dispositivo de sellado puede ser usado en situaciones diferentes a las de sellar un anulo. La Figura 5 muestra el mismo principio que se usa como un tapón de sello. Aquí, el extremo de un tubo 100 esta encerrado y sellado mediante un tapón interno, designado generalmente como 102. El tapón, consiste de jn cuerpo sólido 104, transportado por un portador 106, el cual esta enroscado en de lo alto del tubo 100 sobre un encordado 108. El cuerpo del tapón 104, es transportado sobre el portador 106 mediante un anillo de rodadura 110.

El cuerpo del tapón, puede ser un tapón simple como se muestra, o puede formar una base sobre la cual, se transporta otro componente tal como una válvula, una herramienta o un conector. El componente puede formar en si el tapón, esto es, el sello podría ser parte de un componente (por ejemplo un sistema de bombeo) designado para sellar alrededor de su diámetro exterior ' cuando está en su lugar.

El rededor del borde del cuerpo del tapón 104 es un espacio anular 112 y las barras de material que registra la forma 140 (similares a las barras 40 mostradas en la Figura 2) se reciben en este espacio y soportan en sus extremos inferiores un anillo 130, el cual tiene sobre su circunferencia exterior un perfil con forma de cuña 132.

Alrededor del borde exterior del espacio 112 hay una falda 124 con un labio de sello 120 en su extremo inferior.

La activación de la barra de material que registra la forma 140 arrastra el anillo 130 dentro de la ranura 112 para forzar el labio del sello 120 descendentemente contra el diámetro interno del tubo 100, para formar un sello en precisamente la misma manera como se describió con referencia a las primeras figuras. Como el cuerpo del tapón 104 es una pieza continua de material, no habrá vías de fuga más allá del tapón.

La Figura 6 muestra un tubo 200 con un orificio 202, el cual está cerrado por una capucha 204. La capucha 204 tiene un collar 206, el cual se fija sobre y alrededor del exterior del tubo 200. El collar 206 termina en un anillo protector · 201 , el cual protege a un dispositivo de sellado 216 durante el acoplamiento de los componentes. El dispositivo de sellado 216 está formado por barras de material que registra la forma 240, fijadas en un espacio anular en el collar 206. Las barras tienen un anillo anular 230 en sus extremos inferiores. El anillo esta vez tiene una superficie interna con forma de cuña 232 que coopera con un labio 220 y por la activación de las barras 240, la cuña 230 es arrastrada dentro del espacio 218 para desviar el labio 220 hacia el interior contactando con la superficie externa del tubo 200.

La capucha 204 puede, en una manera similar al cuerpo del tapón 104, ser una capucha simple como se muestra, o puede formar una base sobre la cual se transporta otro componente, tal como una válvula o un conector.

La Figura 7 muestra un sello de. tazón anular, con dispositivos independientes de sellado, y la Figura 8 muestra un sello anular de tazón similar con dispositivos de sellado integrados. En estas dos figuras, se usaran los mismos números de referencia para las mismas partes.

Para formar un sello entre un tubo exterior 312 y un tubo interior 310 un cuerpo del sello de tazón se baja dentro del acoplamiento del tubo y sella sobre su circunferencia exterior a la circunferencia interior de ambos tubos. El cuerpo 313 provee una cubierta externa en la camisa del pozo en la posición de la unión entre los tubos interno y externo, de manera que otro componente que sea pasado debajo de la camisa no dañe la unión.

El cuerpo del sello de tazón 313 corre dentro de la camisa usando una herramienta corrediza la cual se conecta con el extremo superior del componente en 315 de manera convencional. Un collar encordado 317 soportado en una ranura anular 319 sobre el cuerpo 313 se acopla con una cuerda interna sobre el tubo 310. Esto asegura el correcto posicionamiento axial del cuerpo.

Arriba del collar 317, el cuerpo transporta un primer dispositivo de material de registro 316a, y bajo el collar el cuerpo transporta un segundo dispositivo de material de registro 316b. El dispositivo de sellado 316a sella entre la parte alta del cuerpo 313 y el tubo exterior 312. El dispositivo de sellado 316b sella entre la parte inferior del cuerpo 313 y el tubo interior 310.

En la Figura 7, los dispositivos de sellado 316 son del' tipo mostrado en las Figuras 1 a 4. En la Figura 8, los dispositivos de sellado son del tipo mostrado en la Figura 5.

El cuerpo del sello de tazón 313 también se fija con anillos protectores 301 para proteger los dispositivos de sellado 316 cuando el cuerpo del sello de tazón se baja dentro de la camisa.

La Figura 9 muestra otro arreglo del dispositivo de sellado de conformidad con la invención, el cual opera en una manera similar a la modalidad de la Figuras 1 a 4. En este arreglo, un cuerpo principal 418 tiene una dimensión axial relativamente corta que lleva a las caras del sello 420, 422. El activador de material que registra la forma 440 (el cual tiene que ser lo suficientemente largo para permitirle llevar a cabo la contracción requerida) se localiza abajo del cuerpo 418, y el anillo con forma de cuña 430 tiene una longitud axial larga entre una cabeza 441 del activador y las superficies de la leva de los labios del sello 420, 422. El extremo de la barra del activador 440 alejado de la cabeza 441 está atornillado dentro de un orificio encordado dentro del cuerpo 418, como se describió previamente.

La contracción del perno 440 causa que los labios del sello 420, 422 sean impulsados radialmente hacia el exterior y radialmente hacia el interior respectivamente para formar el contacto de sellado con los tubos 410, 412.

Todo o parte de la cuña 430 puede ser de material que registra la forma asi como o en lugar de los pernos 440. Si ambos son de materiales que registran la forma, la cuña 430 puede ser de un n.ci...erial que se expande y los pernos pueden ser de un material, el cual se contrae cuando toma lugar la activación. Con tal arreglo, el dispositivo de sellado puede ser más corto de lo que seria de otra manera. Esto puede ser particularmente útil si el espacio axial es limitado.

La Figura 10 muestra un arreglo similar en donde los mismos números de referencia han sido usados. En este caso, sin embargo, el cuerpo principal 418 esta en el extremo inferior del activador pero conectado al transportador 401 mediante un collar o r2d 402.

En la modal: dad de la Figura 9 y 10, existe otra posibilidad funcional. Si el miembro de cuña 430 se hace también de material que registra la forma, puede lograrse una acción de dos etapas. El miembro de cuña 430 y el activador 440 pueden ser de materiales que registran la forma, los cuales se activan a diferentes temperaturas, y activando primero uno y después el otro, podrían ser obtenidas ciertas ventajas. Por ejemplo, el sello podría ser establecido mediante el hecho de causar que un componente 430 se active y expanda y podría ser desacoplado mediante el hecho de causar que el otro componente 440 se active y expanda .

Las Figuras 11 y 12 muestran dos dispositivos de sellado alternativos en donde, el miembro de operación es un anillo 530 que en si forma una de las caras del sello 522. La otra cara del sello 520 se forma en una falda 524. El anillo 530 y el pie de la falda 524 tienen cuñas acopladas o superficies de leva arregladas de manera tal que cuando las barras . del activador 540 se extienden (Figura 11) o se contraen (Figura 12) con relación a la falda 524, el anillo 530 es forzado radialmente en una dirección contra una superficie 512 y la cara del sello 522 es forzada radialmente en la dirección opuesta para sellar contra la cara 510, para sellar .

Las Figuras 13 y 14 ilustran la colocación de un dispositivo de sellado del tipo general descrito en la figura 1, y su activación. Los componentes del sello serian llamados para usar los. mismos números de referencia como los usados en la Figura 1.

Es frecuentemente el caso, en' las operaciones de perforación, que los sellos tienen que ser establecidos en locaciones de pozos bajo el nivel del suelo, en donde la-temperatura ambiente es relativamente alta. La existencia de estas temperaturas puede ser usada para activar el material que registra la forma y establecer el sello, pero para que esto funcione, el sello debe mantenerse frió hasta ello y los componentes a ser sellados deben estar en sus correctas posiciones relativas.

La figura 13 muestra una herramienta 601 de corredera la cual transporta un recipiente de liquido de enfriamiento 603 (el nitrógeno liquido podría ser adecuado como fluido de enfriamiento) y el cual soporta un dispositivo de sellado 16 sobre un portador 634. La herramienta corrediza tiene una envoltura anular 605 con una guía de arrastre 607.

El recipiente 603 se comunica con un pasaje de fluido 609 que se extiende a través de la herramienta corrediza y a través del transportador. Una válvula puede ser fijada fácilmente para controlar el flujo a través de este pasaje, o el pasaje puede ser dimensionado para permitir solamente la velocidaci deseada de flujo a través de él. El fluido de enfriamiento fluye a través de este pasaje al interior del espacio anular 611, alrededor del dispositivo de sellado 16 y existe alrededor del exterior del dispositivo de sellado y regresa a la camisa del pozo 612. Al pasar a través y alrededor del dispositivo de sellado, como se muestra con una flecha 615, enfria el dispositivo y mantiene el material que registra la forma por debajo de su temperatura de activación. El fluido de enfriamiento desplaza también cualquier fluido de calentador existente por más abajo en el pozo, y previene de esta forma que entre al espacio 611, como se indica por la flecha 613.

La Figura 14 muestra el conponente que ha alcanzado sus posiciones finales. La herramienta corrediza se baja ahora sobre una camisa interior 610 y el dispositivo de sellado 16 se desliza entre la camisa interior 610 y la camisa exterior 612. El flujo de fluido de enfriamiento se interrumpe entonces, lo que permite que la temperatura del dispositivo de sellado se eleve a la temperatura ambiente en esa posición, en que el material que registra la forma se activa y se contrae para establecer el sello. La herramienta corrediza puede ser removida entonces, dejando un sello colocado entre las camisas 610 y 612.

Como con los métodos de calentamiento, hay numerosos métodos diferentes de enfriamiento tales como enfriamiento químico, el uso de una gran sumidero de calor o una circulación global de fluido de enfriamiento, el cual podría ser pasado a través del área del sello.

Es una característica de la invención que el sello puede ser fijado en cualquier punto a lo largo de' la longitud del tubo cuando no depende de una interrelación con la pared del tubo. Sin embargo, hay instancias en donde un sello como se describió puede necesitar ser desmantelado. Si este es el caso, entonces puede ser necesario formar una parte de la ranura anular 14 con un ahusamiento como se muestra en 314 en la Figura 14. La presencia del ahusamiento hace posible remover el sello mediante el hecho de ejercer una gran fuerza dirigida ascendentemente sobre el dispositivo de sellado.

El sello descrito aquí tiene la ventaja sobre los sellos conocidos de que puede ser colocado fácilmente en cualquier posición deseada en donde un sello sea efectuado, y activado remotamente sin la necesidad de aplicar una fuerza mecánica. El hecho de que el sello es un dispositivo unitario, donde todos los componentes se conectan juntos antes de que el sello se coloque en posición, permite al sello ser colocado en una sola acción.

El sello puede ser efectivo en situaciones en donde el anulo a ser sellado varia en amplitud alrededor de la circunferencia, y/o en donde la superficie de una u otra de las superficies sea rugosa o desigual.

El sello puede ser usado para una amplia variedad de diferentes aplicaciones de sellado, incluyendo aplicaciones aeroespaciales , aplicaciones de ingeniería química y aplicaciones de ingeniería nuclear entre otras. Dependiendo de la aplicación, los elementos del sello pueden ser de una amplia variedad de materiales, incluyendo metales, plásticos y cerámicas.

Claramente, los materiales de los componentes del sello deberían ser elegidos para ser compatibles con los materiales que entraran en contacto con el sello, y de este modo, el sello no se degrade durante su vida útil.

Las ventajas del sello se derivan del uso de un arreglo de miembros separados de material que registra la forma todos los cuales actúan sobre el anillo de sello para establecerlo, pero que se contraen (o expanden) independientemente y son capaces de adaptar su forma de acuerdo con las condiciones que existen en la posición de cada uno de los miembros.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la practica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad io contenido en las siguientes:

Claims (26)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de sellado para formar un sello contra una superficie anular, caracterizado porque, comprende al menos un anillo de sello flexible, que tiene una posición relajada en la cual está fuera de contacto con la .superficie y una posición activa en la cual está en contacto sellante con la superficie, t.n miembro de operación movible con relación al anillo del sello en una dirección substancialmente paralela a la superficie cilindrica para producir un movimiento substancialmente radial del anillo en posición activa, y una pluralidad de activadores alargados, substancialmente paralelos de material que registra lá forma, arreglados alrededor de la superficie anular, de manera que un cambio de forma de los activadores produce el movimiento del miembro de operación, que mueve el anillo de sello en su posición activa.

2. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque, los activadores están arreglados de manera que una contracción de los activadores produce el movimiento del miembro de operación, el cual mueve el anillo de sello en su posición activa.

3. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 1 ó reivindicación 2, el cual, caracterizado porque, incluye un componente principal del cuerpo, parte del cual forma el anillo del sello, y en donde los activadores están conectados al cuerpo principal y el miembro de operación esta conectado a los activadores.

4. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 1 ó reivindicación 2, caracterizado porque, los activadores son en forma de barras, los ejes de los cuales se extienden substancialmente, paralelamente a la superficie .

5. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 4, caracterizado porque, las barras tienen cada una un extremo encordado con una cabeza, los extremos encordados están atornillados en orificios encordados en el cuerpo principal y las cabezas se acoplan al miembro de operación .

6. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque, el cuerpo principal tiene una porción de falda, el anillo de sello esta formado en el extremo libre de la falda y. el cuerpo principal incluye una porción secundaria para sellar la sección transversal rodeada por la superficie cilindrica .

7. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 6, caracterizado porque, la superficie cilindrica es una superficie cilindrica interna y la porción secundaria es un tapón continuo adaptado para extenderse a través de la sección transversal rodeada por la superficie cilindrica .

8. Un dispositivo de sellado como el reivindicado en la reivindicación 6, caracterizado porque, la superficie cilindrica es una superficie cilindrica externa y la porción secundaria es una capucha continua adaptada para extenderse a través de la sección transversal rodeada por la superficie cilindrica .

9. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 6, caracterizado porque, la superficie cilindrica es una superficie cilindrica externa, en donde una segunda superficie cilindrica de diámetro más pequeño descansa dentro de la primera superficie cilindrica para formar un espacio anular entre las dos superficies y en donde la porción secundaria del cuerpo principal es una segunda falda que tiene un segundo anillo de sello adaptado para sellar contra la superficie cilindrica de diámetro más pequeño.

10. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el activador de material que registra la forma, comprende una pluralidad de barras de material que registra la forma, todas con ejes que se extienden paralelamente a la superficie cilindrica y todas separadas regularmente alrededor de la superficie cilindrica.

11. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 10, cuando depende de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque, las barras se alojan en un espacio anular entre la falda y el cuerpo principal .

12. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 10 o la reivindicación 11, caracterizado porque, el miembro de operación es un anillo anular con una superficie estrechada por el contacto con el anillo de sello para producir el movimiento radial del anillo cuando la superficie ahusada se mueve axialmente con relación al anillo.

13. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 12, cuando depende directamente ó indirectamente de la reivindicación 9, caracterizado porque el anillo anular tiene dos superficies ahusadas opuestas, una para contactar cada uno de los anillos de sello.

14. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 12 o reivindicación 13, caracterizado porque, el anillo anular es continuo alrededor de la superficie cilindrica.

15. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 14, caracterizado porque, la sección transversal del anillo varia alrededor de la circunferencia del anillo, con la variación que se repite entre cada punto de unión de la barra de material que registra la forma.

16. Un dispositivo de sellado, como se reivindicó en la reivindicación 12 o reivindicación 13, caracterizado porque, el anillo anular se divide en segmentos separados alrededor de la superficie cilindrica.

17. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 10, caracterizado porque, el espacio anular cilindrico tiene una abertura de ventilación a través de una de las paredes, la cual limita con el espacio.

18. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, la superficie cilindrica es de metal, y el anillo de sello tiene una superficie sellante de metal de manera que se establece un sello metal a metal mediante el dispositivo.

19. Un Dispositivo de sellado como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 18, caracterizado porque, el cuerpo principal es un componente continuo sin vías de fuga a través de él.

20. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 12- ó reivindicación 13, caracterizado porque, las superfici s ahusadas tienen regiones de diferente inclinación, de manera que la acción de leva radial sobre el anillo de sello varia durante el curso del movimiento relativo entre el miembro de operación y el anillo de sello.

21. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 10, caracterizado porque, la inclinación de las superficies estrechadas es tal que se produce una acción de auto aseguramiento, mediante la fricción entre las superficies y los anillos de sello.

22. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, se incluye en el dispositivo un medio para activar el cambio de forma del activador de. material que registra la forma .

23. Un dispositivo de sellado como se reivindicó en la reivindicación 22, caracterizado porque, el medio de activación incluye un medio de inducción de calor.

24. Un método de establecer un sello en contra de una superficie, usando un anillo de sello, el cual, se deforma radialmente para formar un contacto sellante con la superficie, caracterizado porque, un miembro de operación es movible con relación al anillo de sello en una dirección substancialmente paralela a la superficie cilindrica para producir un movimiento substancialmente radial del anillo a su posición activa, y una pluralidad de activadores de material que registra la forma están arreglados alrededor del miembro de operación de manera que un cambio de forma de los activadores produce el movimiento del miembro de operación, el cual mueve el anillo de sello a su posición activa.

25. Un dispositivo de sellado, substancialmente como se describió aquí, con referencia a cualquiera de las modalidades mostradas en los dibujos anexos.

26. Un método de establecer un sello contra una superficie, substancialmente como se describió aquí con referencia a los dibujos anexos.