MXPA02010774A - Ensamble de sello para limitar el movimiento de un sello dentro de un alojamiento de sello. - Google Patents

Abstract

Un mejoramiento en un ensamble de sello del tipo que incluye un elemento de sello, 22, retenido por un alojamiento de sello, 24, en donde uno de: el elemento de sello y el alojamiento de sello, esta construido de un material compresible, en donde el elemento de sello incluye una superficie de acoplamiento de sello y en donde el alojamiento de sello incluye una superficie de acoplamiento de alojamiento; el mejoramiento consistiendo en que por lo menos una de las superficies, la de acoplamiento de sello y la de acoplamiento de alojamiento, define una depresion, 42, 44, para proveer un hueco aislado entre la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento.

Description

ENSAMBLE DE SELLO PARA LIMITAR EL MOVIMIENTO DE UN SELLO DENTRO DE UN ALOJAMIENTO DE SELLO CAMPO TÉCNICO Un ensamble de sello para limitar la cantidad de movimiento o distorsión experimentado por un elemento de sello que está retenido por un alojamiento de sello.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En un ensamble de sello típico, un elemento de sello está retenido por un alojamiento de sello. El elemento de sello provee una superficie de sellado que, en servicio, puede ser expuesta a una variedad de fuerzas que actúan en el sello, que tienden a mover o distorsionar el elemento de sello. Este movimiento o distorsión puede dar como resultado que el sello no funcione como se espera, permitiendo fuga a través del sello o permitiendo que medios abrasivos se incrusten en la superficie de sellado, causando así desgaste prematuro del elemento de sello. Las fuerzas que actúan sobre el sello pueden ser causadas por una diferencia de presión a través del elemento de sello, en cuyo caso la superi?cie de sellado tenderá a moverse o distorsionarse lateralmente dentro del alojamiento de sello, de modo que se reduce la fuerza de sellado ejercida por la superficie de sellado contra su componente contiguo, o de modo que el elemento de sello es "levantado" fuera del alojamiento de sello por fluido que pasa bajo presión entre el elemento de sello y el alojamiento de sello. Estos efectos se hacen más problemáticos cuando hay una diferencia de presión alta, constante o transitoria, a través del sello. Puede ser posible contrarrestar estos efectos usando resortes u otros dispositivos de desviación para proveer fuerza de sellado adicional, para mantener la superficie de sellado acoplada tanto al componente contiguo como con al alojamiento de sello. Sin embargo, desafortunadamente la fuerza de resorte necesaria aumenta con las presiones ejercidas sobre ambos lados del sello y con la presión diferencial a través del sello. Si la fuerza de resorte es demasiado alta, la cantidad de deformación y la compresión del elemento de sello causadas por la fuerza de resorte, pueden por si solas hacer que el elemento de sello no funcione como se espera. Cuando el sello es un sello dinámico, las fuerzas también pueden provenir de movimiento de componentes asociados con el sello, o de movimiento relativo entre la superficie de sellado y componentes contiguos a la superficie de sellado. Si el sello dinámico provee un sello entre componentes que se mueven axialmente uno con respecto a otro, entonces el elemento de sello puede tender a moverse axialmente, debido a fricción en la misma dirección que el componente que descansa sobre la superficie de sellado. Si el sello dinámico provee un sello entre componentes que giran uno con respecto a otro, entonces el elemento de sello puede tender a girar debido a fricción en la misma dirección que el componente que descansa sobre la superficie de sellado. Sin considerar si el movimiento o distorsión del elemento de sello es causado por presión diferencial o movimiento relativo de componentes, puede ser controlado suministrando una o más fuerzas de acoplamiento entre el elemento de sello y el alojamiento de sello durante el servicio, que restringen el movimiento del elemento de sello en el alojamiento de sello. La fuerza o las fuerzas de acoplamiento entre el elemento de sello y el alojamiento de sello durante servicio, se pueden obtener fijando permanentemente el elemento de sello al alojamiento de sello, pegando o conectando de otra manera el elemento de sello al alojamiento de sello. Desafortunadamente, esta opción puede dar como resultado costos de fabricación más altos complicando el diseño del sello, y también puede aumentar la dificultad para reemplazar elementos de sello conforme se desgastan. Por lo tanto, existe la necesidad de un ensamble de sello en el cual el movimiento o distorsión del elemento de sello pueda ser limitado suministrando una o más fuerzas de acoplamiento entre el elemento de sello y el alojamiento de sello durante servicio, sin fijar permanentemente el elemento de sello en el alojamiento de sello, y sin confiar exclusivamente en resortes u otros mecanismos externos para suministrar una fuerza de acoplamiento efectiva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un mejoramiento en un ensamble de asiento del tipo que comprende un elemento de sello y un alojamiento de sello; dicho ensamble de sello es útil para limitar el movimiento del elemento de sello en el alojamiento de sello. El ensamble de sello mejorado limita el movimiento del elemento de sello en el alojamiento de sello suministrando una o más fuerzas de acoplamiento entre el elemento de sello y el alojamiento de sello durante servicio, sin tener que fijar permanentemente el elemento de sello en el alojamiento de sello. El ensamble de sello deriva la fuerza de acoplamiento entre el elemento de sello y el alojamiento de sello, de presión que puede ser ejercida sobre el elemento de sello durante el servicio; a su vez, dicha fuerza de acoplamiento resulta en una fuerza friccional que sirve para restringir el movimiento del elemento de sello en el alojamiento de sello. La fuerza de acoplamiento es provista reduciendo la magnitud en la que se deja estar presente fluido a presión en todas las interfaces entre el elemento de sello y el alojamiento de sello. La presencia de fluido a presión en todas las interfaces entre el elemento de sello y el alojamiento de sello, es reducida disponiendo que uno de: el elemento de sello y el alojamiento de sello, esté comprendido de un material compresible, y suministrando uno o más huecos entre una superficie de acoplamiento de sello en el elemento de sello y una superficie de acoplamiento de alojamiento en el alojamiento de sello. Este hueco provee un espacio aislado en el cual el material compresible del elemento de sello o del alojamiento de sello, puede ser oprimido bajo la influencia de presión, que actúa sobre el elemento de sello para proveer la fuerza de acoplamiento entre el elemento de sello y el alojamiento de sello. Una ventaja de la invención es que la magnitud de la fuerza de acoplamiento se incrementa conforme se incrementa la presión que actúa sobre el elemento de sello. En un aspecto preferido, la invención es un mejoramiento en un ensamble de sello que comprende un elemento de sello retenido por un alojamiento de sello, en donde uno de: el elemento de sello y el alojamiento de sello, está comprendido de un material compresible, en donde el elemento de sello está comprendido de una superi?cie de acoplamiento de sello, y en donde el alojamiento de sello está comprendido de una superficie de acoplamiento de alojamiento para acoplar la superficie de acoplamiento de sello; el mejoramiento consistiendo en que por lo menos una de las superficies, la de acoplamiento de sello o la de acoplamiento de alojamiento, define una depresión para proveer un hueco aislado entre la superi?cie de acoplamiento de sello y la superi?cie de acoplamiento de alojamiento. Cualquiera de: el elemento de sello o el alojamiento de sello, puede estar comprendido de un material compresible. Por ejemplo, el ensamble de sello puede estar comprendido de un elemento de sello compresible retenido por un alojamiento de sello rígido; o el ensamble de sello pued estar comprendido de un elemento de sello rígido retenido por un alojamiento de sello compresible. En la modalidad preferida, el ensamble de sello está comprendido de un elemento de sello compresible retenido por un alojamiento de sello rígido. El material compresible puede estar comprendido de un material compresible no elástico que no retorna a su forma original cuando se retira la presión del mismo, aunque el uso de materiales compresibles no elásticos puede requerir el reemplazo del elemento de sello compresible o del elemento de alojamiento compresible, según sea el caso, cada vez que el ensamble de sello se expone a un ciclo de presurización y despresurización. Preferiblemente, el material compresible está comprendido por lo tanto de un material compresible elástico que pueda ser reutilizado después de descompresión. La depresión puede estar definida por la superficie de acoplamiento de sello, la superficie de acoplamiento del alojamiento, o tanto por la superi?cie de acoplamiento de sello como por la superficie de acoplamiento de alojamiento. Preferiblemente, la depresión no está definida por una superi?cie comprendida de un material compresible, para limitar cualquier efecto de distorsión sobre la depresión que puede ser causada por presión entre la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento. En la modalidad preferida en donde el elemento de sello está comprendido de un material compresible, la depresión está definida preferiblemente por la superficie de acoplamiento del alojamiento.

El ensamble de sello puede ser un ensamble de sello estático o un ensamble de sello dinámico. En la modalidad preferida, el ensamble de sello es un ensamble de sello dinámico en el cual un componente tal como una flecha giratoria, descansa contra una superficie de sellado del elemento de sello. Cada uno de: el elemento de sello y el alojamiento de sello puede estar comprendido de una o más superficies de acoplamiento. Típicamente, el ensamble de sello proveerá una pluralidad de superficies de acoplamiento que se acoplan con una pluralidad de superficies de acoplamiento de alojamiento, para que el elemento de sello sea retenido por el alojamiento de sello. Algunos o todos los pares de superficies de acoplamiento se pueden orientar en diferentes planos. Se pueden asociar depresiones con uno o más de estos pares de superficies de acoplamiento para proveer una o más fuerzas de acoplamiento; así, dichas fuerzas de acoplamiento pueden ser ejercidas en una o más direcciones. Las superficies de acoplamiento pueden ser superficies circunferenciales que rodean el componente que descansa contra la superi?cie de sellado del elemento de sello. En la modalidad preferida, el elemento de sello y el alojamiento de sello están comprendidos de una pluralidad de superficies de acoplamiento, pero está definida una depresión solo en un par de superficies de acoplamiento. En la modalidad preferida, la depresión está definida por una superi?cie de acoplamiento de alojamiento que está orientada en un plano normal al eje longitudinal de la flecha que gira dentro del ensamble de sello. En la modalidad preferida, la superi?cie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento, son superficies circunferenciales que rodean una flecha giratoria que descansa sobre la superi?cie de sellado del elemento de sellado. La depresión puede estar comprendida de cualquier forma o configuración que sea capaz de proveer un hueco aislado entre la superi?cie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento. Un hueco aislado es necesario para impedir el paso de fluido a presión hacia el hueco, lo que puede compensar o neutralizar la fuerza de acoplamiento de otra forma ejercida entre la superi?cie de acoplamiento de sello y la superi?cie de acoplamiento de alojamiento. La depresión puede estar comprendida de una sola depresión aislada o puede estar comprendida de un patrón de depresión. Preferiblemente, la depresión está comprendida de un patrón de depresión. De preferencia, el patrón de depresión está distribuido en toda una porción sustancial de la superficie de acoplamiento de sello o la superficie de acoplamiento de alojamiento, de modo que la fuerza de acoplamiento está distribuida igualmente. El patrón de depresión puede estar comprendido de una o más ranuras. En la modalidad preferida en donde la superi?cie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento están comprendidas de superficies circunferenciales, el patrón de depresión puede estar comprendido de una sola ranura ininterrumpida (tal como una ranura semicircular, circular o espiral), o puede estar comprendida de una pluralidad de ranuras no conectadas que se extienden a lo largo de la superficie de acoplamiento de sello o la superficie de acoplamiento de alojamiento, según sea el caso. Preferiblemente, la ranura o ranuras se extienden en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la flecha giratoria, pero también se pueden extender en una dirección paralela al eje longitudinal de la flecha giratoria. En la modalidad preferida, el patrón de depresión está comprendido de una pluralidad de ranuras paralelas, sustancialmente no conectadas, que se extienden circunferencialmente alrededor de la superficie de acoplamiento del alojamiento, concéntricamente en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la flecha giratoria. También, el patrón de depresión puede estar comprendido de una pluralidad de hoyuelos en la superficie de acoplamiento del alojamiento. Los hoyuelos pueden ser de cualquier forma, tamaño o configuración, siempre que provean la depresión y así el hueco necesario en la superficie de acoplamiento de sello o la superficie de acoplamiento de alojamiento, según sea el caso. La depresión o el patrón de depresión forma un perfil de depresión en la superficie de acoplamiento de sello o en la superficie de acoplamiento de alojamiento, según sea el caso. El perfil de depresión puede comprender cualquier forma. Por ejemplo, el perfil de depresión puede ser una superficie biselada, una superficie redonda, o puede ser una superi?cie biselada o redonda truncada. El ensamble de sello incluye preferiblemente un mecanismo de precarga para aplicar una fuerza de precarga, para impulsar la superi?cie de acoplamiento de sello y la superi?cie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra. El propósito de esta fuerza de precarga es proveer una fuerza de acoplamiento inicial entre la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento, para impedir el paso de fluido entre las superficies de acoplamiento para permitir que la fuerza de acoplamiento se desarrolle en la depresión conforme aumenta la presión aplicada al elemento de sello, mientras el ensamble de sello está en servicio. El mecanismo de precarga puede estar comprendido de cualquier aparato o dispositivo que sea capaz de aplicar la fuerza de precarga.

En la modalidad preferida, el mecanismo de precarga está comprendido de uno o más resortes que son retenidos por el alojamiento de sello y que aplican la fuerza de precarga al elemento de sello para impulsar la superi?cie de acoplamiento de sello contra la superi?cie de acoplamiento de alojamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ahora se describirán modalidades de la invención con referencia a los dibujos anexos en los cuales: La figura 1 es un dibujo de ensamble de sección transversal de un ensamble de sello que incluye una modalidad preferida del mejoramiento de la invención. La figura 2 es una vista en planta de una superficie de acoplamiento de alojamiento de acuerdo con el ensamble de sello mejorado de la figura 1 , en donde la depresión está comprendida de un patrón de depresión que consiste de cuatro ranuras circunferenciales, sustancialmente paralelas y concéntricas. La figura 3 es una vista en planta de una superficie de acoplamiento de alojamiento de acuerdo con el ensamble de sello mejorado de la figura 1 , en donde la depresión está comprendida de un patrón de depresión que consiste de una pluralidad de hoyuelos distribuidos en toda una porción sustancial de la superficie de acoplamiento de alojamiento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Haciendo referencia a la figura 1 , se representa un ensamble de sello (20). El ensamble de sello (20) incluye un elemento de sello (22) y un alojamiento de sello (24). En la modalidad preferida, el ensamble de sello (20) es un sello dinámico que sella entre una superficie de sellado (26) en el elemento de sello (22) y una flecha giratoria (28) que pasa a través del ensamble de sello (20). Sin embargo, el ensamble de sello (20) puede ser un sello dinámico que sella entre la superficie de sellado (26) y un componente que se mueve longitudinalmente con respecto al elemento de sello (22). El ensamble de sello (20) también puede ser un sello estático que sella entre la superficie de sellado (26) y un componente que no se mueve con respecto al elemento de sellado (22). El ensamble de sello (20), por lo tanto, se puede usar en una amplia extensión de aplicaciones que requieren sellos estáticos o dinámicos. En la modalidad preferida, el ensamble de sello (20) se incorpora en un aparato (no mostrado) que sostiene y contiene la flecha giratoria (28). La función del ensamble de sello (20) es aislar fluidos en un primer lado (30) del ensamble de sello (20), de fluidos en un segundo lado (32) del ensamble de sello (20). Por ejemplo, en la modalidad preferida, el ensamble de sello (20) puede aislar fluidos abrasivos en el primer lado (30) del ensamble de sello (20), de fluidos lubricantes en el segundo lado (32) del ensamble de sello (20). Una aplicación del ensamble de sello (20) de la modalidad preferida es en conjunto con un aparato de perforación para hacer perforaciones subterráneas. En particular, el ensamble de sello (20) se puede usar en un aparato de perforación rotativo direccional, en cuyo caso la flecha giratoria (28) puede ser una flecha perforadora giratoria y el alojamiento de sello (24) puede estar asociado con un alojamiento estacionario (no mostrado). Ejemplos de aparatos de perforación rotativos direccionales en los cuales se puede usar el ensamble de sello (20), incluyen el aparato descrito en la patente del Reino Unido No. 2,172,324 (Douglas y otros), en la cual un sello rotativo dinámico está designado con el número de referencia 34; el aparato descrito en la patente del Reino Unido No. 2,172,325 (Douglas y otros) en la cual un sello rotativo dinámico está designado con el número de referencia 156; y la patente de E.U.A. No. 5,875,859 (Ikeda y otros), en la cual sellos rotativos dinámicos están designados con los números de referencia 7 y 16. En cada uno de estos aparatos de perforación rotativos direccionales ejemplares, dentro del alojamiento estacionario está contenido un mecanismo de dirección, y la función de los sellos rotativos es aislar el mecanismo de dirección de los fluidos abrasivos de perforación. Los sellos dinámicos en estos aparatos ejemplares pueden ser expuestos a condiciones severas en servicio, incluyendo presiones absolutas relativamente altas y diferencias de presión estáticas y transitorias relativamente altas a través de los sellos dinámicos, con el resultado de que el ensamble de sello (20) puede ser particularmente útil en dichos aparatos. En la modalidad preferida, el elemento de sello (22) está comprendido de un material compresible elástico, y el alojamiento de sello (24) está comprendido de un material rígido. Sin embargo, esta configuración puede estar invertida, de modo que un elemento de sello rígido (22) es retenido por un alojamiento de sello (24) compresible. El elemento de sello (22) incluye superficies de acoplamiento de sello (34, 36), y el alojamiento de sello (24) incluye superficies (38, 40) correspondientes de acoplamiento de alojamiento. Una o las dos superficies de acoplamiento de alejamiento (38, 40) pueden definir una depresión. Similarmente, una o las dos superficies de acoplamiento de sello (34, 36) pueden definir una depresión, ya sea como un complemento a las depresiones definidas por las superficies de acoplamiento de alojamiento (38, 40), o independientes de las mismas. En la modalidad preferida, la superficie de acoplamiento de alojamiento (38) define una depresión (42), pero la superficie de acoplamiento de alojamiento (40) y las superficies de acoplamiento de sello (34, 36) no definen depresiones. La depresión (42) puede estar comprendida de cualquier forma, tamaño, configuración o perfil, y puede incluir una o más depresiones discretas. Preferiblemente, la depresión (42) está comprendida de un patrón de depresión que puede incluir una o más depresiones discretas en la superficie de acoplamiento de alojamiento (38). Por ejemplo, el patrón de depresión puede incluir una sola ranura en la superficie de acoplamiento de alojamiento que puede estar orientada en cualquier dirección, tal como circunferencialmente o paralela a la flecha giratoria (28). Una sola ranura circunferencial se puede extender en una longitud más corta, igual o más grande que la circunferencia de la superficie de acoplamiento de alojamiento, en cuyo último caso puede ser una ranura continua espiral. Haciendo referencia ahora a las figuras 1 y 2, en la modalidad preferida, la depresión (42) está comprendida de un patrón de depresión que incluye cuatro ranuras concéntricas circunferenciales discretas (44), sustancialmente paralelas. Alternativamente, haciendo referencia a la figura 3, la depresión puede estar comprendida de un patrón de depresión que incluye una pluralidad de hoyuelos discretos (46). La depresión (42) provee un hueco aislado (48) entre la superficie de acoplamiento de alojamiento (38) y la superficie de acoplamiento de sello (34). En la modalidad preferida, el hueco aislado (48) está comprendido de cuatro huecos discretos que corresponden a las cuatro ranuras circunferenciales (44). La depresión (42) también define un perfil de depresión (50). El hueco (48) es aislado puesto que la superficie de acoplamiento de sello (34) sella efectivamente el hueco (48) en todos los lados para atrapar aire de presión baja (atmosférica) en el hueco, mientras el ensamble de sello (20) está siendo ensamblado, y para impedir que pase fluido hacia el hueco (48) mientras el sello está en servicio. La combinación del elemento de sello compresible (22) y el hueco (48) permite así que una presión diferencial entre una presión aplicada al elemento de sello (22) en servicio y la presión atmosférica dentro del hueco (48), sea transferida al perfil de depresión (50) conforme el elemento de sello se deforma y es oprimido en el hueco (48). Esta presión diferencial a su vez provee una fuerza de acoplamiento entre la superficie de acoplamiento de sellado (34) y la superficie de acoplamiento de alojamiento (38), en la vecindad del perfil de depresión (50), dicha fuerza de acoplamiento es aproximadamente igual a la presión diferencial multiplicada por el área del perfil de depresión (50). La fuerza de acoplamiento resulta en una fuerza friccional entre el elemento de sello (22) y el alojamiento de sello (24) que actúa para retener el elemento de sello (22) en posición con respecto al alojamiento de sello (24). La fuerza de acoplamiento en el perfil de depresión (50) aumenta conforme aumenta la presión aplicada al elemento de sello (22). Como resultado, una de las ventajas de la invención es que la fuerza de acoplamiento en el perfil de depresión (50) puede aumentar al mismo tiempo que aumentan otras fuerzas que actúan sobre el elemento de sello (22), conforme las condiciones de servicio se hacen más demandantes. La configuración de la depresión (42) se puede variar para lograr muchos objetivos. En primer lugar, la depresión (42) se puede distribuir en toda una porción sustancial de la superficie de acoplamiento de alojamiento (38). Dicha configuración se puede usar para maximizar el área del perfil de depresión (50) y así la fuerza de acoplamiento provista por presurización del elemento de sello (22); y también se puede usar para distribuir la fuerza de acoplamiento en toda la superi?cie (38) de acoplamiento del alojamiento. En segundo lugar, la localización, forma y orientación de la depresión (42) y de depresiones discretas se pueden diseñar para lograr resultados particulares. Por ejemplo, aunque la localización de la depresión (42) en la superficie de acoplamiento de alojamiento (38) puede ser más efectiva para contrarrestar fuerzas que tienden a causar movimiento lateral del elemento de sello (22), la localización de la depresión (42) en la superi?cie de acoplamiento de alojamiento (40) puede ser más efectiva para contrarrestar fuerzas que tienden a hacer girar el elemento de sello (22) en el alojamiento de sello (24). Esta consideración puede resultar en una decisión de diseño para proveer depresiones en una u otra de las superficies de acoplamiento de alojamiento (38, 40) y las superficies de acoplamiento de sello (34, 36), o en ambas. Como un segundo ejemplo, la orientación de la depresión (42) se puede diseñar de tal manera que la fuerza de acoplamiento causada por presurización del elemento de sello (22), provee resistencia a esfuerzo cortante y también resistencia friccional al movimiento del elemento de sello (22). A este respecto, las ranuras (44) representadas en la figura 2, proveerán resistencia a esfuerzo cortante y friccional contra movimiento lateral del elemento de sello (22) en el ensamble de sello (20) de la figura 1 , pero solo resistencia friccional contra rotación del elemento de sello, mientras que los hoyuelos (46) representados en la figura 3 proveerán resistencia a esfuerzo cortante y a fricción contra movimiento lateral y contra rotación del elemento de sello (22) en el ensamble de sello (20) de la figura 1. Esta configuración puede resultar en una decisión de diseño para utilizar diferentes formas y configuraciones de depresión (42) para contrarrestar diferentes tipos de fuerzas que pueden actuar sobre el elemento de sello (22). Como un tercer ejemplo, las ranuras (44), como se representa en la figura 2, pueden contribuir concebiblemente a una función de sellado separada para el ensamble de sello (20), para impedir el paso de fluido a presión entre la superficie de acoplamiento de sello (34) y la superficie de acoplamiento de alojamiento. A este respecto, cada ranura (44) puede funcionar similarmente a un anillo O, dando así efectivamente un "sello dentro de un sello" para incrementar más la confiabilidad del ensamble de sello (20). En resumen, la depresión (42) puede ser localizada, orientada, moldeada y configurada de muchas formas para tomar ventaja de la invención. En la modalidad preferida, el ensamble de sello (20) incluye un mecanismo de precarga (52) para impulsar la superficie de acoplamiento de sello (34) y la superficie de acoplamiento de alojamiento (38) hacia acoplamiento una con otra. La necesidad y capacidad de proveer el mecanismo de precarga (52) en el ensamble de sello (20) depende de la configuración del elemento de sello (22) y el alojamiento de sello (24). Por ejemplo, puede ser difícil proveer un mecanismo de precarga (52) en el ensamble de sello (20) con el fin de impulsar la superi?cie de acoplamiento de sello (36) hacia acoplamiento con la superficie de acoplamiento de alojamiento (40). La función del mecanismo de precarga (52) es proveer una fuerza de acoplamiento inicial entre la superficie de acoplamiento de sello (34) y la superficie de acoplamiento de alojamiento (38), aparte de en la vecindad del perfil de depresión (50). Esta fuerza de acoplamiento inicial impide el paso de fluido entre las superficies de acoplamiento (34, 38) para aumentar el aislamiento de la depresión (42), y permite que la fuerza de acoplamiento en la vecindad del perfil de depresión (50) se desarrolle conforme aumenta la presión aplicada al elemento de sello (22) mientras el elemento de sello (20) está en servicio. En la modalidad preferida, el mecanismo de precarga está comprendido de un resorte o resortes (54) que están colocados adyacentemente al elemento de sello (22) y son retenidos por el alojamiento de sello (24) de una manera similar al elemento de sello (22). Estos resortes (22) actúan sobre el elemento de sello (22) para impulsar la superficie de acoplamiento de sello (22) contra la superficie de acoplamiento de alojamiento (38). La depresión (42) puede ser formada de cualquier manera. Por ejemplo, en la modalidad preferida, la depresión puede ser estampada, colada, fresada, cortada, esmerilada o taladrada en la superi?cie de acoplamiento de alojamiento (34). A este respecto, una consideración al seleccionar la forma, tamaño, perfil, configuración y orientación de la depresión (42), es la simplificación de los métodos de fabricación y minimización de costo del ensamble de sello (20). Por lo tanto, puede ser más efectivo en costo proveer una depresión (42) que consiste de ranuras, que una depresión (42) que consiste de hoyuelos. El ensamble de sello (20) se prepara para uso ensamblando el elemento de sello (22), el alojamiento de sello (24), y el mecanismo de precarga (52) dentro del aparato (no mostrado) en que se usa el ensamble de sello (20). La superficie de acoplamiento de sello (34) es así oprimida contra la superficie de acoplamiento de alojamiento (38) con una fuerza de acoplamiento inicial suficiente para sellar la depresión (42) y atrapar aire de presión baja (atmosférica) en el hueco (48). En la modalidad preferida en donde el aparato es un aparato de perforación rotativo dirigible, el aparato puede entonces ser bajado a una perforación (no mostrada) para el comienzo de operaciones de perforación. Conforme las operaciones de perforación avanzan mediante rotación de la flecha giratoria (28), el primer lado (30) del ensamble de sello (20) es expuesto para incrementar la presión de perforación conforme la perforación se hace más profunda y se llena con fluido de perforación. La presión de perforación también puede fluctuar en respuesta a condiciones de perforación que resultan en presión de bomba creciente o decreciente y caídas de presión variables a través del aparato de perforación. La presión de perforación y sus fluctuaciones también pueden ser transmitidas al segundo lado (32) del ensamble de sello (20) si el aparato provee balance de presión. La presión de perforación creciente y en fluctuación resulta en diferencias de presión constantes y transitorias más grandes entre el primer lado (30) y el segundo lado (32) del ensamble de sello (20). A su vez, los efectos combinados del aumento de presión de perforación, la diferencia de presión a través del ensamble de sello (20), y la rotación de la flecha giratoria (28), resultan en fuerzas aplicadas al elemento de sello (22) que tienden a mover o distorsionar el elemento de sello (22). Al mismo tiempo, el aumento de presión aplicada al elemento de sello (22) ocasiona que el elemento de sello (22) sea empujado hacia el perfil de depresión (50) como un resultado de la diferencia de presión entre la presión de perforación y la presión atmosférica en el hueco (48). El elemento de sello (22), por lo tanto, ejerce una fuerza de acoplamiento contra el perfil de depresión (50), dicha fuerza de acoplamiento resulta en una fuerza friccional y quizás una resistencia a esfuerzo cortante que contrarresta las fuerzas que tienden a mover o distorsionar el elemento de sello (22) para mantener el elemento de sello (22) en posición con respecto al alojamiento de sello (24). La opresión del elemento de sello (22) hacia el hueco (48) también puede resultar en que el elemento de sello suministre un sello secundario entre la superficie de acoplamiento de sello (34) y la superficie de acoplamiento de alojamiento (38), que impide el paso de fluidos de perforación entre la superficie de acoplamiento de sello (34) y la superficie de acoplamiento de alojamiento (38). Cuando terminan las operaciones de perforación, el aparato de perforación se puede retirar de la perforación y preparar para operaciones de perforación futuras. Si el elemento de sello (22) está comprendido de un material compresible elástico, entonces posiblemente puede ser reutilizado puesto que el elemento de sello (22) debe retornar a su forma original tras retirar la presión del ensamble de sello (20). Si el elemento de sello (22) está comprendido de un material compresible no elástico, puede permanecer oprimido en el hueco (48) a pesar de la remoción de presión del ensamble de sello (20), y por lo tanto puede requerir reemplazo antes de usar nuevamente el aparato de perforación. Las modalidades de la invención en las cuales se reclama propiedad o privilegio exclusivo se definen como sigue.

Claims (37)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- En un ensamble de sello que comprende un elemento de sello retenido por un alojamiento de sello, en donde uno de: el elemento de sello y el alojamiento de sello, está comprendido de un material compresible, en donde el elemento de sello está comprendido de una superficie de acoplamiento de sello, y en donde el alojamiento de sello está comprendido de una superficie de acoplamiento de alojamiento para acoplar la superficie de acoplamiento de sello, el mejoramiento que comprende: una de las superficies, la de acoplamiento de sello y la de acoplamiento de alojamiento, está comprendida del material compresible, y la otra de las superficies, la de acoplamiento de sello y la de acoplamiento de alojamiento, define un patrón de depresión comprendido de una pluralidad de depresiones para proveer un hueco aislado entre la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento, para recibir el material compresible para restringir el movimiento del elemento de sello con respecto al alojamiento de sello.

2.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el patrón de depresión está distribuido en toda una porción sustancial de la superficie de acoplamiento de sello o la superficie de acoplamiento de alojamiento.

3.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende un mecanismo de precarga para impulsar la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra.

4.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

5.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el patrón de depresión está comprendido de una pluralidad de ranuras.

6.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible, y en donde el patrón de depresión está definido por la superficie de acoplamiento de alojamiento.

7.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible elástico.

8.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende un mecanismo de precarga para impulsar la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra.

9.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

10.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el patrón de depresión está comprendido de una pluralidad de ranuras sustancialmente paralelas.

11.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende un mecanismo de precarga para impulsar la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra.

12.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

13.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el patrón de depresión está comprendido de una pluralidad de hoyuelos.

14.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque los hoyuelos están distribuidos en toda una porción sustancial de la superficie de acoplamiento de sello o la superficie de acoplamiento de alojamiento.

15.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible, y en donde el patrón de depresión está definido por la superficie de acoplamiento de alojamiento.

16.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible elástico.

17.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende un mecanismo de precarga para 5 impulsar la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra.

18.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 17, 4 ^ caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de < por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello. 10

19.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible, y en donde el patrón de depresión está definido por la superficie de acoplamiento de alojamiento.

20.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 19, 15 caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible elástico.

21.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el patrón de depresión está distribuido en toda una porción sustancial de la superficie de acoplamiento de alojamiento. 20

22.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el patrón de depresión está comprendido de una pluralidad de ranuras.

23.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el patrón de depresión está comprendido de una pluralidad de ranuras sustancialmente paralelas.

24.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque comprende un mecanismo de precarga para impulsar la superi?cie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra.

25.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

26.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el patrón de depresión está comprendido de una pluralidad de hoyuelos.

27.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque los hoyuelos están distribuidos en toda una porción sustancial de la superi?cie de acoplamiento de alojamiento.

28.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque comprende un mecanismo de precarga para impulsar la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra.

29.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

30.- En un ensamble de sello que comprende un elemento de sello retenido por un alojamiento de sello, en donde uno de: el elemento de sello y el alojamiento de sello, está comprendido de un material compresible, en donde el elemento de sello está comprendido de una superficie de acoplamiento de sello, y en donde el alojamiento de sello está comprendido de una superficie de acoplamiento de alojamiento para acoplar la superficie de acoplamiento de sello, el mejoramiento que comprende: (a) una de las superficies, la de acoplamiento de sello y la de acoplamiento de alojamiento, está comprendida del material compresible, y la otra de las superficies, la de acoplamiento de sello y la de acoplamiento de alojamiento, define una depresión para proveer un hueco aislado entre la superficie de acoplamiento de sello y la superficie de acoplamiento de alojamiento, para recibir el material compresible para restringir el movimiento del elemento de sello con respecto al alojamiento de sello; y (b) un mecanismo de precarga para impulsar la superficie de acoplamiento de sello y la superi?cie de acoplamiento de alojamiento hacia acoplamiento una con otra.

31.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

32.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado además porque la depresión está comprendida de una ranura.

33.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

34.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible, y en donde la depresión está definida por la superficie de acoplamiento de alojamiento.

35.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque el elemento de sello está comprendido de un material compresible elástico. 4 -+

36.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 35, i caracterizado además porque el mecanismo de precarga está comprendido de 10 por lo menos un resorte que es retenido por el alojamiento de sello.

37.- El mejoramiento de conformidad con la reivindicación 36, * caracterizado además porque la depresión está comprendida de una ranura.