BR112013001001B1

BR112013001001B1 - válvula para uso subterrâneo

Info

Publication number: BR112013001001B1
Application number: BR112013001001A
Authority: BR
Inventors: R Plunkett Kevin; J Dyer Robert
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2020-04-14
Also published as: NO20130014A1; US20120012327A1; US8534317B2; WO2012009400A3; WO2012009400A2; GB201223431D0; GB2496532B; BR112013001001A2; NO346151B1; GB2496532A

Abstract

sistema de equalização de válvula de barreira controlada hidraulicamente. uma válvula de barreira tem uma característica de equalização para a bola ou plugue quando na posição fechada antes de ser aberta. uma linha aberta e uma fechada antes de ser aberta. uma linha aberta e uma fechada hidráulica são conectadas a um alojamento de modo que podem mover um pistão em direções opostas. as extremidades de pistão são seladas e o exterior do pistão é afunilado para empurrar uma ou mais válvulas de desvio abertas para conectar pressão de tubulação através da bola quando elevada fora da sua sede. a pressão sobre a linha hidráulica principal para fechar a bola inverte o movimento de pistão e permite uma pressão de mola fechar a válvula ou válvulas de desvio. o sistema de equalização pode ser integrado no alojamento de válvula de barreira ou pode ser separado como um retroajuste.

Description

“VÁLVULA PARA USO SUBTERRÂNEO

CAMPO DA INVENÇÃO [001] O campo da invenção é válvulas de barreira e, mais particularmente, válvulas para utilização subterrânea que têm uma característica de equalização de pressão que é operada pelo sistema de controle para abrir e fechar a válvula.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Válvulas de isolamento são usadas em locais subterrâneos para a separação de um local de outro por impedir o fluxo. Alguns destes dispositivos são válvulas de segurança que têm a capacidade de controlar diferencial de pressão em uma direção de baixo para cima. Essas válvulas de segurança têm um dispositivo de fechamento conhecido como uma charneira que é operado por um tubo de fluxo que é por sua vez acionado por um pistão hidráulico operado por um sistema hidráulico controlado em um local da superfície. Nas válvulas tipo charneira, a necessidade de igualar a pressão através da charneira quando na posição fechada foi encontrada com uma válvula localizada na charneira que é primeiro encontrada pelo tubo de fluxo para abrir uma passagem através da charneira para equalização da pressão antes do tubo de fluxo empurrar a charneira em si para virar 90 graus para a posição aberta como o fluxo de tubo avança após a charneira deslocada. Exemplos de tais desenhos podem ser vistos em USP 4.478.286; 6.644.408; 6.848.509 e 6.877.564.

[003] Outros desenhos focaram na equalização de pressão através do pistão hidráulico que aciona o tubo de fluxo no caso de haver uma fuga de vedação ou falha de tubulação no

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2/8 sistema de controle. Nesses exemplos em sistemas com duas linhas de controle existe uma válvula de equalização no sistema hidráulico que pode ser aberta para colocar o pistão de operação em equilíbrio de pressão de modo que uma mola de fechamento atuando sobre o pistão hidráulico empurra para cima o pistão hidráulico e com ele o tubo de fluxo conectado de modo que a válvula de segurança pode fechar. Um exemplo de tal sistema é USP 6.109.351.

[004] A presente invenção também trata com o conceito de equalização de pressão através de um membro de fechamento fechado. A razão para equalizar a pressão através do membro de fechamento é tornar isso possível para o sistema de operação para o membro de fechamento fazer o seu trabalho. Os componentes de sistema de controle não têm de ser concebidos para resistir às altas pressões diferenciais, que, por exemplo, podem aumentar significativamente a fricção de vedação quando se tenta rodar, por exemplo, a bola ou plugue para a posição aberta. Existem basicamente três maneiras de se igualar através de um membro de válvula fechado antes de tentar abri-lo. O fluxo pode ser igualado ou através do membro, entre o membro e um dos seus assentos ou entre os locais em lados opostos do membro fechado, mas espaçado do membro. Na presente invenção, a última opção é utilizada e o sistema hidráulico normal para abrir e fechar o membro de válvula é utilizado de um modo que permite a equalização através de passagens que são discretas a partir das linhas hidráulicas que normalmente operam o membro de válvula. Em essência, na modalidade preferida, a equalização ocorre através do mesmo mecanismo que acabará por abrir a válvula. Estes e outros

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3/8 aspectos da presente invenção irão tornar-se mais evidentes para os peritos na arte a partir de uma revisão da descrição da modalidade preferida e os desenhos associados, enquanto reconhecendo que o âmbito total da presente invenção deve ser determinado a partir das reivindicações anexas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [005] Uma válvula de barreira tem uma característica de equalização para a bola ou plugue quando na posição fechada antes de ser aberta. Uma linha aberta e uma fechada hidráulico são conectadas a um alojamento de modo que podem mover um pistão em direções opostas. As extremidades de

pistão são seladas	e o	exterior	do pistão é afunilado	para
empurrar	uma ou	mais	válvulas	de desvio abertas	para
conectar	pressão	de	tubulação	através da bola quando
elevada	fora de	seu	assento.	A pressão sobre a	linha

hidráulica principal para fechar a bola inverte o movimento de pistão e permite que uma pressão de mola fechar a válvula ou válvulas de desvio. O sistema de equalização pode ser integrado no alojamento de válvula de barreira ou pode ser separado como um retroajuste.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [006] A Figura 1 é uma vista geral que mostra o sistema de equalização de pressão associado com a válvula de barreira;

[007] A Figura 2 é o conjunto de válvula de equalização na posição fechada; e [008] A Figura 3 é o conjunto de válvula de equalização na posição aberta.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

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4/8 [009] A válvula 10 é mostrada na Figura 1. Ela tem um sub de top 12 e um sub de fundo 14 para conexão a uma cadeia de tubulação que não é mostrada. No meio existe um alojamento multicomponente que tem uma bola 18 que é mostrada na posição aberta e flanqueada por mangas 20 e 22. Mangas 20 e 22 têm nas suas respectivas extremidades de frente para a bola 18 vedações 24 e 26. A bola 18 roda sobre o eixo 2 8 suportado em um quadro 32. Um carro móvel 30 engata a bola 18 em um local deslocado a partir do eixo 28 de modo que a translação oposta do carro 30 resulta na rotação da bola 18 entre a posição aberta que é mostrada e a posição fechada. Pistões hidráulicos 34 e 36 estão em lados opostos do carro 30 para pressionar em direção oposta dependendo de onde a pressão hidráulica é aplicada. Aplicar pressão na linha 38 na conexão 40 empurra o conjunto de pistão 34, carro 30 e pistão 36 para a direita para mover a bola 18 para a posição aberta mostrada. Pressão hidráulica na linha 42 na conexão 44 move o carro 30 e os pistões 34 e 36 na direção oposta para fechar a bola 18. Linhas 38 e 42 continuam para a superfície onde estão localizados os controles para abrir ou fechar a bola 18 através da aplicação de pressão seletivamente em uma dessas linhas e retirando a pressão aplicada da outra. Deste modo, o funcionamento da bola 18 é controlado, mas sem qualquer recurso para equalização de pressão antes de operar a bola 18.

[0010] A equalização neste projeto ocorre quando as linhas 46 e 48 são conectadas à conjunto de válvula de equalização 50. Linha 46 ramifica a partir da linha 38 e linha 48 ramifica a partir da linha 42. Linha 46 conecta na

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5/8 conexão 52 e linha 48 conecta na conexão 54.

[0011] Com referência à Figura 2, o conjunto de válvula de equalização 50 é mostrado em maior detalhe. Uma passagem

109 estende	entre	as	conexões 52	e	54.	Um pistão 56 tem	uma
vedação	58	perto	de	conexão 52	e	uma	vedação 60 perto	de
conexão	54.	Pistão	56 é sólido	e	tem	rampas 62 e 64	que

estão espaçadas umas das outras. Na vista da Figura 2, a bola 18 está na posição fechada e as válvulas de gatilho 68 e 70 estão ambas na posição fechada, para bloquear as conexões 72 e 74. Gatilho 68 tem um flange 76 que está vedando contra um assento 78 e gatilho 70 tem um flange 80 que veda sobre o assento 82. Mola 84 suporta no flange 76 para segurá-lo contra assento 78. Mola 86 suporta no flange de 80 para segurá-la contra assento 82. Tanoas 88 e 90, respectivamente, mantêm as assembléias de gatilhos 68 e 70 nas portas 92 e 94. Portas 92 e 94 entram em uma dimensão reduzida quando os gatilhos 68 e 70 estendem. A dimensão reduzida define os assentos 78 e 82. Nas suas extremidades inferiores os gatilhos 68 e 70 têm uma passagem em forma de T, respectivamente, 96 e 98. Na Figura 2 a posição das extremidades anguladas opostas alinhadas das passagens em forma de T estão acima contra os orifícios reduzidos 100 e 102 formados no alojamento 50.

[0012] Linha 104 carrega pressão de tubulação acima de bola 18 e prolonga-se a partir do alojamento de válvula 16 para conexão 72 enquanto a linha 106 carrega pressão de tubulação e prolonga-se a partir do alojamento 110 e abaixo da bola 18 para conexão 74. Anel 108 prolonga-se em torno do pistão 56 e entre vedações 58 e 60. Quando gatilhos 68 e 70 sobem rampas 62 e 64 os flanges 76 e 80 elevam fora dos

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6/8 assentos 78 e 82, e fluxo é estabelecido para a pressão de tubulação entre conexões 72 e 74 e pressão nos lados opostos da bola fechada 18 é equalizada seguido por acúmulo de pressão no pistão 34 que gira a bola para abrir. A sequência de abertura é iniciada com pressão na linha 38 que entra em linha 46 para mover o pistão 56 para a direita para um batente de deslocamento. Esse movimento eleva os gatilhos 68 e 70 e imediatamente equaliza a pressão sobre a bola fechada 18 por abrir o fluxo de tubulação entre conexões 72 e 74. Acumulação de pressão adicional além do que levou a deslizar o pistão 56 contra fricção de vedação em vedações 58 e 60 desloca o pistão 34, o carro 30 e o pistão 36 para a direita na Figura 1 para abrir a bola 18 após a pressão ser equalizada através dela. Colocar pressão na linha 42 empurra pistão 56 para a posição de Figura 2 a partir da posição de Figura 3 e permite que ambos os gatilhos 68 e 70 reassentem depois de descer rampas 62 e 64.

[0013] Enquanto o alojamento 50 é mostrado na Figura 1 separado do corpo 16 da válvula de barreira 10, ele pode ser facilmente integrado no corpo 16 para ocupar menos espaço e para facilitar efetuar as conexões de tubulação e para fornecer uma maior proteção para as estruturas como uma unidade integrada. Enquanto as Figuras 2 e 3 mostram o uso de um pistão de deslocamento elevando gatilhos para causa equalização de pressão com bola 18 existem outras maneiras de causar esse resultado e eles estão dentro do âmbito da invenção. Os peritos na arte apreciarão que o desenho permite acionar normalmente a válvula fechada para abrir a partir da superfície com uma pressão aplicada a uma

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7/8 linha de controle e removida de outra enquanto automaticamente pegando o benefício de equalização de pressão sobre a bola fechada antes dos pistões que giram a bola serem acionados. Deve notar-se que em um sistema de linhas de dois controles como ilustrado o conjunto é insensível de profundidade como a pressão hidrostática em um da linha de controle é compensada com a pressão hidrostática na linha adjacente para a função oposta. Consequentemente pistão 56 está em equilíbrio de pressão hidrostaticamente tal como os pistões de operação 34 e 36. Os peritos na arte apreciarão que o sistema de linha simples pode ser usado em vez de um sistema de linha de dois controles onde a força de fechamento pode ser fornecida por um conjunto de mola tanto mecanicamente ou pneumaticamente tal como através da utilização de uma câmara de pressão carregada. O pistão 56 em tais sistemas pode ser também similarmente pressionado como os pistões de operação 34 e 36 para a posição de válvula fechada de bola 18.

[0014] O desenho ilustrado tem vantagens sobre um método de equalização que envolve a separação de vedações 24 ou 26 a partir da bola 18. O problema é a separação na bola 18 pode causar uma situação de alto fluxo momentânea passado as vedações 24 ou 26, o que pode corroê-las até ao ponto de ser inutilizadas após um número predeterminado de ciclos. O método de equalização ilustrado orienta as passagens a partir das conexões 72 e 74 em um ângulo raso para os assentos 78 e 82, de modo que os efeitos de erosão são minimizados. Na posição de Figura 3 quando o fluxo começa nas passagens em forma de T 96 ou 98 os fluxos entrando

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8/8 encostam um no outro para reduzir sua velocidade e, também minimizam a erosão. Opcionalmente, o conjunto de gatilho inteiro e seu assento de acasalamento podem ser uma unidade que pode ser facilmente removida do alojamento 50 após a sua utilização para por o conjunto rapidamente de volta ao serviço.

[0015] Enquanto há preocupações em relação a falhas de vedação como haveria em qualquer aparelho, a partir de uma perspectiva de uma operação à prova de falhas válvulas de barreira são, invariavelmente, instaladas em um poço com outras válvulas de segurança que têm sistemas projetados para permitir fechamento de poço devem os sistemas ilustrados desenvolver um problema de vedação até ao ponto de serem inoperáveis.

[0016] O pessoal de operação não precisa se preocupar com a equalização de pressão antes de tentar abrir a válvula 10 sob pressões diferenciais tão altas quanto a pressão de trabalho completa pois o recurso funciona automaticamente para equalizar e redefinir o sistema quando a bola está novamente fechada.

[0017] A descrição acima é ilustrativa da modalidade preferida e várias modificações podem ser feitas por aqueles peritos na arte sem se afastar da invenção, cujo escopo deve ser determinado a partir do âmbito literal e equivalentes das reivindicações a seguir.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Válvula para uso subterrâneo (10), caracteri zada pelo fato de que compreende:

um alojamento (110) tendo uma passagem através do mesmo e um membro de válvula rotativo sobre um eixo central (28) entre uma posição aberta e uma fechada para referida passagem; referido membro de válvula dividindo referida passagem em uma primeira e segunda zona;

um sistema de controle para operação hidráulica remota do referido membro de válvula entre uma posição aberta e fechada através da pressão em um primeiro conduíte que move um atuador operativamente conectado ao referido membro de válvula para rotação do referido membro de válvula para abrir após primeira equalização de pressão na referida passagem através do referido membro de válvula por aplicar pressão em um segundo conduíte que ramifica do referido primeiro conduíte e se estende a uma válvula de equalização no referido conduíte que seletivamente abre um conduíte de equalização tubular que se estende entre referida primeira e segunda zonas sem comunicação à pressão fora da caixa.
2. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que:

uma primeira fonte de pressão hidráulica no referido sistema de controle causa referida equalização de pressão

seguida por operação do referido membro de válvula para abrir. 3. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que: referida primeira fonte de pressão hidráulica está

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2/6 conectada a um primeiro pistão de operação para o referido membro de válvula e a um conjunto de válvula de equalização (50) .

4. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que:

referido conjunto de válvula de equalização (50) tem uma primeira e uma segunda conexão (74) para a referida passagem em lados opostos do referido membro de válvula.

5. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que compreende ainda:

pelo menos uma válvula de equalização no referido conjunto de válvula de equalização (50) para seletivamente permitir o fluxo entre a referida primeira e segunda conexões (52, 54) para equalização de pressão de passagem sobre o referido elemento de válvula.

6. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que:

referida válvula de equalização (50) seletivamente operada pela referida primeira fonte de pressão hidráulica, que opera no referido primeiro pistão de operação.

7. Válvula para uso subterrâneo (10), caracteri zada pelo fato de que compreende:

um alojamento (110) tendo uma passagem através do mesmo e um membro de válvula rotativo sobre um eixo central (28) entre uma posição aberta e uma fechada para referida passagem;

um sistema de controle para operação hidráulica remota do referido membro de válvula entre uma posição aberta e fechada que inicialmente e automaticamente em resposta à pressão hidráulica aplicada que irá

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3/6 subsequentemente girar referido membro de válvula para abrir, primeiro equalizar pressão na referida passagem através referido membro de válvula fechado;

uma primeira fonte de pressão hidráulica no referido sistema de controle causa referida equalização de pressão seguida por operação do referido membro de válvula para abrir;

referida primeira fonte de pressão hidráulica está conectada a um primeiro pistão de operação para o referido membro de válvula e a um conjunto de válvula de equalização (50);

referido conjunto de válvula de equalização (50) tem uma primeira e uma segunda conexão (74) para a referida passagem em lados opostos do referido membro de válvula;

pelo menos uma válvula de equalização no referido conjunto de válvula de equalização (50) para seletivamente permitir o fluxo entre a referida primeira e segunda conexões (52, 54) para equalização de pressão de passagem sobre o referido elemento de válvula;

referida válvula de equalização (50) seletivamente operada pela referida primeira fonte de pressão hidráulica, que opera no referido primeiro pistão de operação;

um pistão de válvula de equalização (56) no referido conjunto de válvula de equalização (50) para operação seletiva da referida válvula de equalização.

8. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que: referido pistão de válvula de equalização (56) é montado em um orifício no referido conjunto de válvula de

equalização (50) de modo que a translação do referido

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4/6 pistão de válvula de equalização (56) opera referida válvula de equalização entre a posição aberta e fechada.

9. Válvula (10), caracterizada pelo fato de de acordo com a que: reivindicação 8, referido pistão de válvula de equalização (56)

compreende vedações espaçadas (24, 26) definindo uma passagem anular estendendo pelo menos em parte entre a referida primeira e segunda conexões (52, 54).

10. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que:

referido pistão de válvula de equalização (56) compreende uma rampa (62, 64) para mover seletivamente referida válvula de equalização em uma direção radial para o referido orifício no referido conjunto de válvula de equalização (50).

11. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que:

referida válvula de equalização é pressionada em direção a uma posição fechada e referida pressão é seletivamente superada com referida rampa (62, 64) para abrir a referida válvula de equalização.

12. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que:

referida válvula de equalização compreende um gatilho (68, 70) com pelo menos uma passagem através dele através da qual passa o fluxo quando o referido gatilho (68, 70) é separado a partir de um assento (78, 82) por translação da referida rampa (62, 64).

13. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que:

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5/6 pelo menos uma da referida primeira e segunda conexões (52, 54) apresentam uma passagem inclinada aproximando referido assento (78, 82) em um ângulo de menos de 20 graus a partir do referido orifício de pistão de válvula de equalização (56).

14. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que:

referida pelo menos uma válvula de equalização compreende uma pluralidade de válvulas de equalização espaçadas e referido pistão de válvula de equalização (56) compreende uma rampa (62, 64) discreta para cada referida válvula de equalização.

15. Válvula, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que compreende ainda:

uma segunda fonte de pressão hidráulica para deslocar pressão hidrostática na referida primeira fonte de pressão hidráulica e conectada a um segundo pistão de operação para o referido membro de válvula para fechar referido membro de válvula e a uma extremidade oposta do referido pistão de válvula de equalização a partir da referida primeira fonte de pressão hidráulica para o fechamento de referidas válvulas de equalização.

16. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que compreende ainda:

referida segunda fonte de pressão hidráulica fecha referidas válvulas de equalização antes de mover o referido segundo pistão de operação.

17. Válvula, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que:

referido primeiro e segundo pistões de operação estão

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em lados opostos no referido alojamento a partir do referido membro de válvula. 18 . Válvula (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que:

referido conjunto de válvula de equalização (50) é montado integralmente ou separadamente a partir do referido alojamento.

19. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que:

referida primeira e segunda fontes de pressão hidráulica comunicam com extremidades opostas do referido

pistão de válvula de equalização (56) e referidas rampas

(62, 64) são dispostas entre referidas vedações (24, 26) para criar passagens de fluido discretas no referido conjunto de válvula de equalização (50).