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BRPI1012889B1 - sealing device to seal a leak in a well pipe - Google Patents

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Abstract

dispositivo de vedação para vedar um vazamento em um tubo de poço dispositivo para vedar um vazamento em um tubo de poço (11), compreendendo um anel de vedação (14) e elementos (22 - 25) para forçar o anel de vedação para o engate de vedação com a parede (20) do tubo (11). um dispositivo de energia (35; 38) sendo operativamente conectado aos ditos elementos (22 - 25). o anel de vedação (14) tem extremidades chanfradas (18, 19) que são justapostas com um par de anéis cônicos conjugados (24, 25). um dispositivo de cilindro-pistão (36) está engatando os anéis cônicos (24, 25) para forçar os mesmos para dentro do engate de expansão com o anel de vedação (14).sealing device for sealing a leak in a well pipe a device for sealing a leak in a well pipe (11), comprising a sealing ring (14) and elements (22 - 25) to force the sealing ring into engagement with the wall (20) of the pipe (11). a power device (35; 38) being operatively connected to said elements (22 - 25). the sealing ring (14) has chamfered ends (18, 19) that are juxtaposed with a pair of conjugated tapered rings (24, 25). a cylinder-piston device (36) is engaging the tapered rings (24, 25) to force them into the expansion engagement with the sealing ring (14).

Description

DISPOSITIVO DE VEDAÇÃO PARA VEDAR UM VAZAMENTO EM UM TUBO DE POÇOSEALING DEVICE FOR SEALING A LEAK IN A WELL PIPE

[001] A invenção se refere a um dispositivo de vedação de tubo de poço, particularmente para vedar um vazamento em uma tubulação de furo de poço, e um elemento de vedação para vedar um tal vazamento.[001] The invention relates to a well pipe sealing device, particularly for sealing a leak in a well bore pipe, and a sealing element to seal such a leak.

Antecedentes da invenção [002] Quando uma abertura é formada nas paredes laterais de um revestimento de furo de poço existente, quer através do dano ao revestimento quer através de uma perfuração intencional do revestimento para facilitar a produção ou uma operação de fratura, pode ser necessário vedar a abertura no revestimento de furo de poço existente. Os métodos convencionais para vedar tais aberturas são caros e incertos.Background of the invention [002] When an opening is formed in the side walls of an existing well bore liner, either through damage to the liner or through an intentional perforation of the liner to facilitate production or a fracture operation, it may be necessary seal the opening in the existing well hole casing. Conventional methods for sealing such openings are expensive and uncertain.

[003] No pedido de patente US 7.048.067 (Cook et al., 2006) um reparo de revestimento de furo de poço é mostrado, onde um membro de vedação expansível é radialmente expandido por dois cones de expansão forçados conjuntamente na zona de vedação.[003] In US patent application 7,048,067 (Cook et al., 2006) a well hole lining repair is shown, where an expandable sealing member is radially expanded by two expansion cones forced together in the sealing zone .

[004] Com um membro de vedação de acordo com esta técnica anterior, feito de um polímero, não existirá nenhuma vedação satisfatória e duradoura.[004] With a sealing member according to this prior art, made of a polymer, there will be no satisfactory and lasting sealing.

Objetivos da invenção [005] O objetivo principal da invenção é o de prover um dispositivo e um elemento de vedação que podem prover uma vedação duradoura e segura para qualquer vazamento em uma tubulação de furo de poço e uma estrutura similar com altas temperaturas e altas pressões.Objectives of the invention [005] The main objective of the invention is to provide a device and a sealing element that can provide a durable and secure seal for any leak in a well bore pipe and a similar structure with high temperatures and high pressures .

[006] Um outro objetivo é o de prover um dispositivo e elemento de vedação que são fáceis de serem instalados e levados para uma posição duradoura.[006] Another objective is to provide a device and sealing element that are easy to be installed and taken to a lasting position.

[007] Ainda, é um objetivo prover um elemento de vedação que possa ser aplicado universalmente em tubulação de metal. A invenção [008] As características básicas da invenção são citadas na reivindicação 1.[007] Still, it is an objective to provide a sealing element that can be applied universally in metal piping. The invention [008] The basic features of the invention are cited in claim 1.

Este dispositivo pode ser usado para vedar várias estruturas tubulares com correspondentes exigências em adição a tubos de poço. Outros detalhes da invenção são listados nas reivindicações subordinadas 2 a 6 para a reivindicação 1 e nas reivindicações subordinadas 8 e 9 para a reivindicação 7. Outros detalhes com relação à invenção aparecem nas reivindicações subordinadas para as reivindicações 6 e 7.This device can be used to seal various tubular structures with corresponding requirements in addition to well tubes. Further details of the invention are listed in subordinate claims 2 to 6 for claim 1 and in subordinate claims 8 and 9 for claim 7. Other details with respect to the invention appear in the subordinate claims for claims 6 and 7.

Exemplo [009] A invenção é ilustrada nos desenhos, nos quais: - as figuras 1 e 2 mostram uma seção longitudinal de um tubo com um conjunto de anel de vedação em uma posição de inserção e uma posição de vedação, respectivamente; - a figuras 3 e 4 são uma seção transversal longitudinal mostrando um conjunto de ajuste de anel de vedação portando o conjunto de anel de vedação das figuras 1 e 2, respectivamente; enquanto - a figura 5 mostra um detalhe da figura 2.Example [009] The invention is illustrated in the drawings, in which: - figures 1 and 2 show a longitudinal section of a tube with a sealing ring assembly in an insertion position and a sealing position, respectively; figures 3 and 4 are a longitudinal cross section showing an o-ring adjustment set carrying the o-ring set of figures 1 and 2, respectively; while - figure 5 shows a detail of figure 2.

[0010] Os elementos das figuras são mostrados com um eixo vertical. A invenção é, todavia, apropriada para qualquer posição do tubo ou furo a ser vedado.[0010] The elements of the figures are shown with a vertical axis. The invention is, however, suitable for any position of the pipe or hole to be sealed.

[0011] Nas figuras 1 e 2, um exemplo de uma modalidade da invenção é mostrada em um tubo de poço de petróleo 11, o qual pode ter uma fissura de vazamento 12. Um conjunto de anel de vedação 13 é mostrado sem um conjunto de ajuste, que é mostrado nas figuras 3 e 4. "Conjunto de anel de vedação" está compreendendo um anel de vedação e seus elementos de expansão integrados, como será descrito.[0011] In figures 1 and 2, an example of an embodiment of the invention is shown in an oil well tube 11, which may have a leakage crack 12. A set of seal ring 13 is shown without a set of adjustment, which is shown in figures 3 and 4. "O-ring assembly" is comprising an o-ring and its integrated expansion elements, as will be described.

[0012] O conjunto de anel de vedação 13 é mostrado em sua posição inicial na figura 1, desprovido do conjunto de ajuste, que é provido como uma parte do arranjo total antes da imersão no tubo de poço de petróleo 11. Na figura 2, o conjunto de ajuste foi removido depois do ajuste finalizado do conjunto de anel de vedação. Este é o estado de operação para o conjunto de anel de vedação.[0012] The seal ring set 13 is shown in its initial position in figure 1, devoid of the adjustment set, which is provided as a part of the total arrangement before immersion in the oil well tube 11. In figure 2, the adjustment set was removed after the final seal ring set adjustment. This is the operating state for the seal ring assembly.

[0013] O conjunto de anel de vedação 13 consiste de um anel de vedação 14 com uma face de vedação externa 15 e extremidades chanfradas internas 16, 17, mostradas particularmente na figura 5. A face de vedação externa 15 é cilíndrica, com um rebordo baixo 18, 19 em cada extremidade, centralmente às extremidades chanfradas 16, 17. Os rebordos 18, 19 têm a função de prover uma área anular de confiança particular contra a parede 20 do tubo de poço de petróleo 11. A face externa 15 do anel de vedação 14 é coberta por uma camada 21 de um material com uma ductibilidade mais alta que o material de base do anel de vedação, que pode ser aço ou outra liga com correspondentes propriedades de resistência. A camada 21 pode ser de prata, ou de um material de resina.[0013] O-ring assembly 13 consists of a sealing ring 14 with an external sealing face 15 and internal beveled ends 16, 17, shown particularly in figure 5. The external sealing face 15 is cylindrical, with a bead down 18, 19 at each end, centrally to the chamfered ends 16, 17. The edges 18, 19 have the function of providing a particular annular area of confidence against the wall 20 of the oil well tube 11. The outer face 15 of the ring sealing ring 14 is covered by a layer 21 of a material with a higher ductility than the base material of the sealing ring, which can be steel or other alloy with corresponding strength properties. The layer 21 can be silver, or a resin material.

[0014] O conjunto de anel de vedação 13 ainda compreende um par de componentes de expansão 22, 23 que geralmente consistem de um par de anéis de pressão conicamente chanfrados 24, 25 voltados para as extremidades chanfradas 16, 17 do anel de vedação 14 e sendo integrados com um par de buchas de adelgaçamento 26, 27 que estão se sobrepondo com engate mútuo e uma zona de preensão 28. Na zona de preensão, ambas as buchas 26, 27 têm uma superfície serrilhada para travamento dos componentes de expansão 22, 23 na posição comprimida final mostrada na figura 2.[0014] The seal ring assembly 13 further comprises a pair of expansion components 22, 23 which generally consist of a pair of conically beveled snap rings 24, 25 facing the beveled ends 16, 17 of the seal ring 14 and being integrated with a pair of thinning bushings 26, 27 which are overlapping with mutual engagement and a gripping zone 28. In the gripping zone, both bushings 26, 27 have a serrated surface for locking the expansion components 22, 23 in the final compressed position shown in figure 2.

[0015] O componente de expansão 22 voltado para a extremidade acessível do tubo 11 tem um aro anular que se estende radialmente 29 para engatar o conjunto de ajuste mostrado nas figuras 3 e 4. O componente de expansão oposto 23 tem uma fenda radial 30 na extremidade externa para receber um anel de cisalhamento 31 de um material metálico macio, por exemplo, cobre. Para travar o anel de cisalhamento 31 na fenda 30, um anel de travamento 32 é inserido em uma segunda fenda interna 33. O anel de cisalhamento 31 tem uma fenda axial 34 para produzir uma área enfraquecida.[0015] Expansion component 22 facing the accessible end of tube 11 has an annular ring that extends radially 29 to engage the adjustment set shown in figures 3 and 4. Opposite expansion component 23 has a radial slot 30 in the outer end to receive a shear ring 31 of a soft metallic material, for example, copper. To lock the shear ring 31 in the slot 30, a locking ring 32 is inserted into a second inner slot 33. The shear ring 31 has an axial slot 34 to produce a weakened area.

[0016] As figuras 3 e 4 mostram um conjunto de ajuste 35 provido para engatar os componentes de expansão 22, 23 durante o estágio de ajuste, para expandir o anel de vedação 14 para o engate de vedação com o tubo de poço de petróleo. O conjunto de ajuste é mostrado conjuntamente com o conjunto de anel de vedação em uma posição inicial na figura 3, e em uma posição intermediária brevemente antes da ruptura do anel de cisalhamento 31 na figura 4.[0016] Figures 3 and 4 show an adjustment set 35 provided to engage the expansion components 22, 23 during the adjustment stage, to expand the sealing ring 14 for the sealing engagement with the oil well tube. The adjustment set is shown together with the seal ring assembly in an initial position in figure 3, and in an intermediate position shortly before the shear ring 31 ruptures in figure 4.

[0017] O conjunto de ajuste 35 compreende, como elemento principal, um dispositivo de cilindro-pistão 36. O dispositivo de cilindro-pistão 36 tem um elemento tubular 37, cujo exterior cilíndrico é também um membro anular ou pistão 38. O pistão anular 38 tem um colar 39 deslizando sobre um anel de travamento 40 atuando como uma porca de travamento sobre o elemento tubular 37 em sua extremidade livre.[0017] The adjustment set 35 comprises, as main element, a cylinder-piston device 36. The cylinder-piston device 36 has a tubular element 37, the cylindrical exterior of which is also an annular member or piston 38. The annular piston 38 has a collar 39 sliding over a locking ring 40 acting as a locking nut on the tubular element 37 at its free end.

[0018] O colar 39 do pistão 38 está portando o anel de cisalhamento 31, este sendo travado com uma luva de travamento 41 atuando como uma porca de travamento.[0018] The collar 39 of piston 38 is carrying the shear ring 31, this being locked with a locking sleeve 41 acting as a locking nut.

[0019] O elemento tubular 37 centralmente no conjunto de ajuste 35 é suportado por um disco de extremidade 42 sobre o qual o rebordo ou aro 29 está engatando um degrau anular 43. O disco de extremidade 42 tem uma orelha 44 com uma abertura 45 para conexão a um braço para posicionamento do dispositivo de vedação completo no tubo de poço de petróleo 11.[0019] The tubular element 37 centrally in the adjustment set 35 is supported by an end disc 42 on which the rim or rim 29 is engaging an annular step 43. The end disc 42 has an ear 44 with an opening 45 for connection to an arm for positioning the complete sealing device in the oil well tube 11.

[0020] O elemento tubular 37 tem um inserto cilíndrico 46 na extremidade livre, com um par de anéis de vedação 47, 48 in ranhuras e roscas circunferenciais 40 na extremidade externa. O inserto cilíndrico 46 está provendo um coletor para conectar o arranjo de cilindro-pistão para um sistema hidráulico externo. Na extremidade interna do inserto cilíndrico 46 está um rebaixo cilíndrico 52 com um furo de fundo rosqueado 50 pode ter um acoplamento de mangueira (não mostrado). Uma abertura 51 no disco de extremidade 42 sendo provido para uma mangueira.[0020] The tubular element 37 has a cylindrical insert 46 at the free end, with a pair of sealing rings 47, 48 in grooves and circumferential threads 40 at the outer end. The cylindrical insert 46 is providing a collector to connect the cylinder-piston arrangement to an external hydraulic system. At the inner end of the cylindrical insert 46 is a cylindrical recess 52 with a threaded bottom hole 50 may have a hose coupling (not shown). An opening 51 in the end disk 42 being provided for a hose.

[0021] O inserto cilíndrico 45 tem um canal de conexão 53 para prover meio hidráulico para a câmara 54 do pistão 38.[0021] The cylindrical insert 45 has a connection channel 53 to provide hydraulic means for the chamber 54 of the piston 38.

Ajuste do anel de vedação.Seal ring adjustment.

[0022] O conjunto de anel de vedação 13 com o conjunto de ajuste 35 incorporado é abaixo dentro de um tubo de furo de poço 11 como mostrado na figura 1. No nível do vazamento 12, o conjunto de anel de vedação é posicionado para o ajuste. por suprir meio hidráulico a alta pressão para o conjunto de ajuste, os componentes de expansão 22, 23 são contraídos e estão pressionando o anel de vedação 14 contra a parede 20 do tubo de furo de poço 11, e deformando os rebordos ou nervuras anulares 18 e 19 para prover um ajuste apertado particular em ambos os lados do vazamento 12.[0022] The o-ring assembly 13 with the built-in adjustment set 35 is below into a well bore tube 11 as shown in figure 1. At leak level 12, the o-ring assembly is positioned for the adjustment. by supplying high pressure hydraulic medium to the adjustment set, the expansion components 22, 23 are contracted and are pressing the sealing ring 14 against the wall 20 of the well bore tube 11, and deforming the annular edges or ribs 18 and 19 to provide a particular tight fit on both sides of the leak 12.

[0023] Para ter uma definida força de ajuste, o anel de cobre 31 é projetada para ser arrancado a uma certa tensão. As propriedades de rasgamento de cobre são apropriadas para a presente finalidade, pois o anel de cisalhamento terá uma certa duração, não proporcionando choque no sistema. Alternativamente ao anel de cobre 31, um anel de um material diferente com propriedades de ruptura previsíveis pode ser usado.[0023] To have a definite adjusting force, the copper ring 31 is designed to be pulled at a certain tension. The tearing properties of copper are appropriate for the present purpose, as the shear ring will have a certain duration, not providing shock to the system. Alternatively to the copper ring 31, a ring of a different material with predictable breaking properties can be used.

[0024] Depois do rompimento do anel de cobre 31, a parte interna do conjunto de ajuste pode ser detraída a partir do tubo de poço de petróleo 11 e recoberta, enquanto o conjunto de anel de vedação 13 é deixado com uma abertura 54. Uma parte do anel permanecerá juntamente com o conjunto de anel de vedação 13, enquanto a outra parte permanecerá no conjunto de ajuste de anel de vedação 35.[0024] After the rupture of the copper ring 31, the inner part of the adjustment set can be retracted from the oil well tube 11 and covered, while the seal ring set 13 is left with an opening 54. One part of the ring will remain together with the o-ring assembly 13, while the other part will remain in the o-ring adjustment set 35.

[0025] A invenção pode ser utilizada para prover anéis de vedação em tubos ou aberturas tubulares diferentes daquelas de um tubo de poço de petróleo.[0025] The invention can be used to provide sealing rings in tubes or tubular openings other than those of an oil well tube.

REIVINDICAÇÕES

Claims (6)

1. Dispositivo para vedar um vazamento (12) em um tubo de poço (11), compreendendo um anel de vedação (14) e elementos (22 - 25) para forçar o anel de vedação para dentro do engate de vedação com a parede (20) do tubo (11), um dispositivo de energia (35, 38) sendo operativamente conectado aos elementos (22 - 25), caracterizado pelo fato de que o anel de vedação (14) tem extremidades internas chanfradas (18, 19) que são justapostas com um par de anéis cônicos conjugados (24, 25); e, um dispositivo de cilindro-pistão (36) está engatando os anéis cônicos (24, 25) para forçar os mesmos para o engate substancialmente não elástico com o anel de vedação (14), em que o anel de vedação (14) é baseado em uma liga metálica, a superfície externa da qual é coberta por uma camada (21) de um material com uma ductibilidade mais alta do que a liga metálica.1. Device for sealing a leak (12) in a well pipe (11), comprising a sealing ring (14) and elements (22 - 25) to force the sealing ring into the sealing engagement with the wall ( 20) of the tube (11), a power device (35, 38) being operatively connected to the elements (22 - 25), characterized by the fact that the sealing ring (14) has internal chamfered ends (18, 19) that they are juxtaposed with a pair of conjugated conical rings (24, 25); and, a cylinder-piston device (36) is engaging the tapered rings (24, 25) to force them to engage substantially inelastic with the sealing ring (14), wherein the sealing ring (14) is based on a metallic alloy, the outer surface of which is covered by a layer (21) of a material with a higher ductility than the metallic alloy. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os anéis cônicos (24, 25) engatando as extremidades (18, 19) do anel de vedação (14) são conectados por um par conjugado de luvas (41) que estão engatando em uma área chanfrada para prover um engrenamento por travamento.2. Device according to claim 1, characterized by the fact that the conical rings (24, 25) engaging the ends (18, 19) of the sealing ring (14) are connected by a conjugated pair of gloves (41) that are engaging in a chamfered area to provide a locking gear. 3. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os anéis cônicos (24, 25) são engatados por um arranjo de cilindro-pistão centralmente disposto (35), para ser pressionado axialmente para um engate de expansão com o anel de vedação (14).Device according to either of claims 1 or 2, characterized in that the tapered rings (24, 25) are engaged by a centrally arranged cylinder-piston arrangement (35), to be pressed axially for a coupling of expansion with the sealing ring (14). 4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende um pistão anular (38) deslizando sobre um núcleo tubular central (37), o pistão e o núcleo sendo conectados a um par de anéis cooperantes (39A, 43) providos para pressionar contra as extremidades dos anéis cônicos (24, 25) para expandir o anel de vedação (14).Device according to claim 3, characterized in that it comprises an annular piston (38) sliding over a central tubular core (37), the piston and the core being connected to a pair of cooperating rings (39A, 43) provided to press against the ends of the tapered rings (24, 25) to expand the seal ring (14). 5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o engate contra um dos anéis cônicos (24, 25) é provido por um anel rompível (31) de um material tendo uma definida resistência ao cisalhamento, preferivelmente cobre.Device according to claim 4, characterized by the fact that the engagement against one of the conical rings (24, 25) is provided by a breakable ring (31) of a material having a defined shear resistance, preferably copper. 6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o arranjo de cilindro-pistão (36) é incluído em um conjunto de ajuste de anel de vedação (35) com uma conexão central (50, 51, 52) para um sistema hidráulico externo.Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cylinder-piston arrangement (36) is included in a seal ring adjustment set (35) with a central connection (50, 51 , 52) for an external hydraulic system.
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