BR112017012369B1

BR112017012369B1 - Válvula de fole, válvula de injeção, e método de usar a válvula de injeção

Info

Publication number: BR112017012369B1
Application number: BR112017012369-0A
Authority: BR
Inventors: Erling Kleppa
Original assignee: Petroleum Technology Company As
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2022-03-15
Also published as: WO2016093706A1; AU2015361300A1; US10294763B2; SA517381473B1; EP3230556B9; ES2882601T3; EP3230556B1; CA2971577A1; CA2971577C; SG11201703562RA; DK3230556T3; BR112017012369A2; EP3230556A1; AU2015361300B2; EP3230556A4; US20170356277A1; NO20141503A1; NO338232B1

Abstract

UMA VÁLVULA DE FOLE E UMA VÁLVULA DE INJEÇÃO. A presente invenção se refere a uma válvula de fole compreendendo um primeiro fole (10a) conectado para um primeiro membro de capa (9) em uma extremidade e para um membro de suporte (11) na outra extremidade, e um segundo fole (10b) conectado para um segundo membro de capa (12) em uma extremidade e para referido membro de suporte (11) na outra extremidade. As respectivas primeira cavidade de fole e segunda cavidade de fole (15a, 15b) são, por conseqüência, formadas no interior de cada fole. Um orifício (14) é disposto para fluidicamente interconectar a primeira cavidade de fole e a segunda cavidade de fole (15a, 15b), e um dispositivo de válvula de fole interno (16) é disposto para seletivamente abrir e fechar o orifício (14). O dispositivo de válvula de fole interno (16) compreende primeiro membro resiliente e segundo membro resiliente (20a, 20b) dispostos sobre as respectivas primeira lateral e segunda lateral (11a, 11b) do membro de suporte (11) e possuindo respectivas porções sendo acopladas para respectivos primeiro membro de suporte e segundo membro de suporte (18a, 18b) sobre o dispositivo de válvula (16). A válvula de fole da presente invenção é útil em válvulas de injeção, tais como válvulas de elevação (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere para o campo técnico de válvulas, e mais particularmente, para válvulas de injeção. Mais particularmente, a presente invenção diz respeito para uma válvula de fole e para uma válvula de injeção, como é estabelecido pelos preâmbulos da reivindicação de patente independente 1 e da reivindicação de patente independente 12 acompanhantes.

PANORAMA E ESTADO DA TÉCNICA

[002] A utilização de foles é bem conhecida dentro do campo técnico de engenharia mecânica. Nesse contexto, foles são genericamente vasos elásticos que são compressíveis e expansíveis quando submetidos para pressões positivas e negativas. Estes foles são tipicamente feitos de um material de metal adequado e são projetados para assumir sua configuração original quando as pressões são aliviadas. Foles de metal são tipicamente feitos por formação, por eletroformação ou por soldagem de diafragmas de metal individuais uns para os outros. Foles de metal soldado são geralmente preferidos para aplicações requerendo alta resistência, precisão, sensibilidade e durabilidade. Os materiais de foles soldados podem ser o titânio, o aço inoxidável ou outro material, de alta resistência, resistente à corrosão.

[003] Foles, e particularmente foles de metal soldado, podem encontrar aplicações, tais como vedações e válvulas mecânicas. Por exemplo, foles de metal soldado são amplamente utilizados nas assim chamadas válvulas de elevação de gás que são instaladas em poços de hidrocarboneto subterrâneos.

[004] Hidrocarbonetos, tal como petróleo, gás e/ou misturas dos mesmos, são normalmente encontrados em reservatórios subterrâneos. Estes reservatórios de hidrocarboneto naturais são explorados por perfuração de um ou mais furos (poços) para os reservatórios e extração (produção) dos hidrocarbonetos por intermédio de equipamento de tubulação e de processo adequado. Entretanto, existem reservatórios de hidrocarbonetos onde o fluxo natural de hidrocarbonetos para a superfície não é suficiente para possibilitar ou para manter a produção rentável do poço. Isto pode, por exemplo, ser devido para o fato da viscosidade e/ou do peso dos hidrocarbonetos, ou para o fato de que a pressão no poço de petróleo é excessivamente baixa para contrabalançar a pressão hidrostática do fluido no poço e bem como a contrapressão (pressão contrária) que as instalações de processamento sobre a superfície exercem sobre o fluido no poço de petróleo e/ou de gás. O reservatório de hidrocarboneto pode também, depois de ter estado em produção por algum tempo, perder a pressão que é necessária para tracionar os hidrocarbonetos para fora do reservatório.

[005] Consequentemente, ao longo dos anos, um número de sistemas e de princípios foi desenvolvido para aumentar a produção do poço com o auxílio de elevação artificial. Um método de elevação artificial comum envolve a utilização de gás injetado. Em um tal assim chamado método de elevação de gás, um gás é injetado em alta pressão para o espaço anular entre o invólucro (o revestimento) e a tubulação de produção. Válvulas controladas por pressão, as assim chamadas válvulas de injeção ou válvulas de elevação de gás, são utilizadas para suprir e para controlar a quantidade de gás que flui para a tubulação de produção. A técnica de elevação de gás a mais comum é aquela de fluxo contínuo, que é muito similar para o fluxo natural. Em sistemas de elevação de gás de fluxo contínuo, o gás emanando a partir da formação é suplementado com adicional alta pressão de gás, suprido a partir de uma fonte externa. O gás externo é injetado continuamente para o anel e para a tubulação de produção, e se mistura com o fluido de poço produzido. Este processo diminui a densidade de fluido e o gradiente de pressão fluindo da mistura, e promove fluido para fluir para o furo de poço. Válvulas de elevação de gás podem também ser utilizadas durante uma fase de partida de um poço, onde fluido de conclusão é encontrado tanto nos anéis de poço e quanto na tubulação de produção. Para iniciar a produção em um poço, o fluido de conclusão que está no anel tem que em primeiro lugar ser deslocado, através de uma ou mais das válvulas de elevação de gás, e até para a superfície através da tubulação de produção.

[006] A configuração e a disposição destas válvulas controladas por pressão irão ser dependentes de um número de parâmetros. Por exemplo, dependendo do tamanho (diâmetro) da tubulação de produção e da pressão de injeção disponível, os assim chamados pontos de injeção de gás irão ser proporcionados em uma ou mais localizações na e ao longo da tubulação de produção, a configuração específica para cada poço individual, por conseqüência, sendo adaptada para injeção de gás otimizada. A válvula operada por pressão, por exemplo, uma válvula de elevação de gás irá, então, ser instalada nestes pontos de injeção de gás, nas mesmas localizações ou em diferentes localizações ao longo da direção longitudinal da tubulação de produção com o propósito de se ter capacidade para iniciar a injeção de gás, de maneira tal que através desta “elevação” artificial uma produção otimizada do poço é obtida.

[007] A/s válvula/s de elevação de gás pode/m, então, ser/em operada/s ou controlada/s em concordância com um número de diferentes princípios, por exemplo, por intermédio de pressão, onde existem diferenças de pressão em torno da e/ou através da válvula que afetam o controle da/s válvula/s, isto é, a abertura e o fechamento da/s válvula/s.

[008] O sítio da internet (website) www.prweb.com/releases/highpressure/bellowsseal/prweb11869363.htm descreve que Sensor Operations LLC Metal Bellows (Foles de Metal LLC de Operações de Sensor) desenvolveram uma vedação de fole de alta pressão para utilizar em aplicações de válvula de injeção.

[009] A patente norte americana número US 6.932.581 B1 (Messick) divulga uma válvula de elevação de gás utilizável com um poço subterrâneo, e descreve um alojamento, uma haste de válvula e pelo menos um fole. O alojamento possui uma abertura (porta) que está em comunicação com um primeiro fluido, e a haste de válvula é responsiva para o primeiro fluido para estabelecer um limiar pré-definido para abrir a válvula. O/s fole/s formam uma vedação entre a haste de válvula e o alojamento. O/s fole/s é/são submetido/s para uma força que é exercida pelo primeiro fluido; e um segundo fluido contido no/s fole/s se opõe para a força que é exercida pelo primeiro fluido. A haste de válvula é compreendida de uma haste de gás e de uma haste de fluido, e os diâmetros de seção transversal da haste de gás e da haste de fluido são diferentes. A haste de gás e a haste de fluido podem ser partes separadas que são acopladas juntamente por pressão durante a ativação, ou serem manufaturadas como uma parte única.

[0010] A patente norte americana número US 3.208.398 A (Douglas) descreve uma válvula de elevação de gás possuindo uma câmara de pressão, um diafragma de fole vedado superior suspenso abaixo da câmara de pressão e estando em comunicação de fluido com esta, e onde a câmara de pressão e o diafragma de fole são carregados em uma pressão pré-determinada acima da pressão atmosférica. Uma montagem de válvula é atada abaixo do diafragma de fole superior e inclui uma câmara vedada, e um diafragma de fole inferior é suspenso abaixo da câmara e está em comunicação entre com esta. Uma cabeça de válvula que é configurada para interagir com um assento de válvula é atada para a extremidade inferior do diafragma de fole inferior.

[0011] O pedido de patente internacional número WO 2008/150179 A1 (Tveiten, e outros) descreve um dispositivo de válvula compreendendo uma estrutura externa com um eixo geométrico longitudinal e um assento de válvula, e um corpo de válvula montado movivelmente no interior da estrutura externa. O dispositivo de válvula compreende um primeiro dispositivo fole permitido para ser movimentado em uma direção substancialmente radial, em comunicação de fluido com um primeiro fluido, e hidraulicamente conectado para um segundo dispositivo de fole permitido para ser movimentado em uma direção substancialmente axial. O segundo dispositivo de fole é conectado para uma primeira parte de pistão cooperando com uma segunda parte de pistão, por intermédio disso determinando para a segunda parte de pistão um movimento direcionado opostamente relativamente para a primeira parte de pistão, que por intermédio disso movimenta o corpo de válvula relativamente para o assento de válvula.

[0012] A patente norte americana número US 2.542.259 A (O’Leary) descreve uma válvula possuindo um fole elástico expansível, cooperando com um membro de válvula. A patente norte americana número US 2.797.700 A (McGowen), a patente norte americana número US 2.698.024 A (Canalizo), a patente norte americana número US 2.610.644 A (Carlisle, e outros) descrevem válvulas de fluxo utilizando foles.

[0013] O pedido de patente internacional número WO 2010/062187 A1 (Tveiten, e outros) descreve uma válvula para utilização em um poço de petróleo e/ou de gás offshore ou onshore para o propósito de aumento da produção do poço. A válvula compreende uma estrutura exterior na qual um primeiro dispositivo de fole e um segundo dispositivo de fole acionados por pressão são dispostos, o primeiro dispositivo de fole e o segundo dispositivo de fole acionados por pressão, por intermédio de um recurso de suporte, estando em comunicação de fluido um com o outro. O recurso de suporte é fixamente montado internamente na estrutura exterior, o recurso de suporte por intermédio disso delimitando uma abertura e um espaço fechado, respectivamente, para o primeiro dispositivo de fole e para o segundo dispositivo de fole acionados por pressão, em que o espaço fechado é preenchido com um fluido sob pressão, enquanto que o espaço aberto está em comunicação de fluido com um fluido circundante. Internamente, no recurso de suporte um pistão movível é proporcionado; o pistão sendo possibilitado para ser movimentado na direção axial do recurso de suporte. O pistão pode adicionalmente ser configurado de maneira tal que, juntamente com o orifício de lado a lado na face de topo e/ou na face de fundo do recurso de suporte, este pistão forma uma vedação de metal para metal, através da qual quando o pistão é colocado em contato com a face de topo e/ou com a face de fundo do recurso de suporte, o primeiro dispositivo de fole ou o segundo dispositivo de fole acionados por pressão não irão ser possibilitados para uma movimentação adicional em sua direção axial.

[0014] A patente norte americana número US 7.370.706 B2 (Becker, e outros) divulga uma montagem de fole de válvula de elevação de gás na qual um pistão interno incorporado dentro do fole proporciona prevenção de excesso de deslocamento e proteção de excesso de pressão durante operação de válvula, independente do ajuste ou pressões de operação de gás exercidas sobre a válvula de elevação de gás. O pistão separa um reservatório de amortecimento hidráulico nas convoluções interiores do fole a partir da câmara de volume de gás superior. O pistão se desloca por uma distância pré-ajustada entre duas paradas para proporcionar um balanço hidráulico amortecido de fluido através das convoluções de fole tanto na posição aberta e quanto na posição fechada da válvula.

[0015] A patente norte americana número US 6.827.146 B2 (Faustinelli) divulga uma válvula de elevação de gás de duplo fole para ser assentada em um mandril de bolsa de elevação de gás em um poço de petróleo. A válvula compreende um invólucro (revestimento) com um afogador (estrangulador) instalado em referido poço de petróleo; uma tubulação dentro de referido invólucro, em que uma lingüeta líquida pode se movimentar a partir de um reservatório de petróleo para uma superfície de referido poço de petróleo; um fole superior possuindo uma haste operativamente engatando um primeiro assento e o fole superior possuindo uma primeira pressão; e um fole inferior possuindo uma haste inferior perfurada operativamente engatando um segundo assento e o fole inferior possuindo uma segunda pressão que é diferente do que a da primeira pressão do fole superior.

[0016] A patente norte americana número US 8.701.779 B2 (Kleppa, e outros) divulga um dispositivo de válvula que é empregado em conexão com poços de petróleo e de gás com o objetivo de aumento da produção do poço. O dispositivo de válvula compreende um alojamento externo, onde pelo menos uma entrada no alojamento externo é conectada para uma saída através de um furo longitudinal na direção longitudinal de alojamento. Entre a entrada e a saída de dispositivo de válvula um assento de válvula é montado no furo, onde um corpo de válvula interrompe (fecha) a conexão entre a entrada e a saída. A posição de corpo de válvula é controlada por um suporte que é conectado com um dispositivo de fole sensível à pressão, compreendendo um elemento de fole superior e um elemento de fole inferior. Em uma determinada pressão externa, o elemento de fole inferior no dispositivo de fole irá ser comprimido na direção axial de dispositivo de válvula, através do que esta compressão provoca que os dois elementos de impacto dos elementos de fole venham a ser movimentados relativamente um para o outro, por intermédio disso provocando que o corpo de válvula venha a ser elevado fora do encosto (apoio) com a válvula.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0017] A presente invenção é estabelecida e caracterizada na reivindicação de patente independente principal acompanhante, enquanto as reivindicações de patente dependentes acompanhantes descrevem outras características da presente invenção.

[0018] É, por consequência, proporcionada uma válvula de fole, caracterizada pelo fato de que: - um primeiro fole conectado para um primeiro membro de capa em uma extremidade e para um membro de suporte na outra extremidade; e: - um segundo fole conectado para um segundo membro de capa em uma extremidade e para referido membro de suporte na outra extremidade; - por intermédio disso formando respectivas primeira cavidade de fole e segunda cavidade de fole no interior de cada fole; e: - um orifício disposto para fluidicamente interconectar a primeira cavidade de fole e a segunda cavidade de fole; e: - um dispositivo de válvula de fole interno disposto para seletivamente abrir e fechar o orifício.

[0019] Em uma concretização da presente invenção, o primeiro fole é conectado para uma primeira lateral do membro de suporte, e o segundo fole é conectado para uma segunda lateral do membro de suporte. O membro de suporte é preferivelmente configurado para conexão para uma porção interna de um alojamento de válvula. Em uma concretização da presente invenção, o orifício é formado no membro de suporte.

[0020] O dispositivo de válvula de fole interno compreende em uma concretização da presente invenção, primeiro elemento de vedação de válvula e segundo elemento de vedação de válvula dispostos para seletivamente se emparelhar com respectivos primeiro assento de válvula e segundo assento de válvula para fechar o orifício. Em uma concretização da presente invenção, os elementos de vedação de válvula são interconectados por intermédio de um membro de conexão. Em uma concretização da presente invenção, o membro de conexão se estende através do orifício.

[0021] O dispositivo de válvula de fole interno compreende, em uma concretização da presente invenção, primeiro membro resiliente e segundo membro resiliente dispostos sobre as respectivas primeira lateral e segunda lateral do membro de suporte e possuindo respectivas porções sendo acopladas para respectivos primeiro membro de suporte e segundo membro de suporte sobre o dispositivo de válvula. Os elementos resilientes podem ser molas helicoidais.

[0022] Em uma concretização da presente invenção, o primeiro membro de capa é configurado em disco e configurado para conexão para uma haste de válvula. O primeiro membro de capa e o segundo membro de capa cada um compreende um recurso de gaxeta circunferencial.

[0023] A válvula de fole da presente invenção é robusta e confiável, devido para o fato de seu novo dispositivo de válvula de fole interno, e é convenientemente utilizável em combinação com uma válvula de injeção possuindo: - um alojamento com uma abertura (porta) de entrada e uma abertura de saída para fluxo de fluido; - um membro de base disposto no alojamento entre a abertura de entrada e a abertura de saída, e possuindo um conduíte indo de lado a lado; - um membro de válvula configurado para se movimentar no alojamento e compreendendo um elemento de vedação configurado para liberavelmente se emparelhar com um assento de válvula, para prevenir fluxo de fluido através do conduíte; em que o primeiro membro de capa é configurado para conexão para uma porção do membro de válvula.

[0024] Em concordância com a presente invenção, é também proporcionada uma válvula de injeção, compreendendo: - um alojamento possuindo uma abertura de entrada e uma abertura de saída para fluxo de fluido; - um membro de base disposto no alojamento entre a abertura de entrada e a abertura de saída, e possuindo um conduíte indo de lado a lado; - um membro de válvula configurado para se movimentar no alojamento e compreendendo um elemento de vedação configurado para liberavelmente se emparelhar com um assento de válvula, para prevenir fluxo de fluido através do conduíte; caracterizada pelo fato de que: - um primeiro fole conectado para o membro de válvula e para o alojamento e um segundo fole conectado para o alojamento e para um membro de capa movível e, por conseqüência, formando respectivas primeira cavidade de fole e segunda cavidade de fole; - um orifício disposto para fluidicamente interconectar a primeira cavidade de fole e a segunda cavidade de fole; e: - um dispositivo de válvula de fole interno disposto para seletivamente abrir e fechar o orifício.

[0025] Em uma concretização da presente invenção, o primeiro fole e o segundo fole são conectados para respectivas primeira lateral e segunda lateral de um membro de suporte que é conectado para o alojamento. O orifício pode ser formado no membro de suporte.

[0026] Em uma concretização da presente invenção, em que o membro de capa movível e pelo menos uma porção do alojamento formam uma câmara vedável.

[0027] Em uma concretização da presente invenção, o dispositivo de válvula de fole interno compreende primeiro elemento de vedação de válvula e segundo elemento de vedação de válvula dispostos para seletivamente se emparelhar com respectivos primeiro assento de válvula e segundo assento de válvula para fechar o orifício. O dispositivo de válvula de fole interno compreende em uma concretização da presente invenção, primeiro membro resiliente e segundo membro resiliente, tais como molas helicoidais, dispostos sobre respectivas primeira lateral e segunda lateral do membro de suporte e possuindo respectivas porções sendo acopladas para respectivos primeiro membro de suporte e segundo membro de suporte sobre o dispositivo de válvula.

[0028] O primeiro fole pode ser conectado para um disco de válvula que é acoplado para a haste do membro de válvula.

[0029] O disco de válvula e o membro de capa são movivelmente dispostos no alojamento e cada um compreende um recurso de gaxeta para contato vedavelmente e movível com a parede interna de alojamento.

[0030] A válvula de injeção da presente invenção é útil como uma válvula de elevação de gás em operações de produção de hidrocarboneto em formações subterrâneas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0031] Estas e outras características da invenção irão se tornar claras a partir da descrição a seguir em maiores detalhes de uma forma preferencial de concretização, que é determinada por intermédio de uma exemplificação não restritiva, com referência para os desenhos esquemáticos acompanhantes que não estão em escala, nos quais: A Figura 1 é um desenho de seção transversal longitudinal de uma válvula de elevação de gás com uma concretização dos foles duplos em concordância com a presente invenção, instalada em um mandril de bolsa lateral em uma tubulação de produção; A Figura 2 é um desenho de seção transversal longitudinal da válvula de elevação de gás ilustrada na Figura 1; A Figura 3 é uma ampliação da seção identificada como “A” na Figura 2; e A Figura 4 é um desenho de seção transversal longitudinal da válvula de elevação de gás ilustrada na Figura 1 e na Figura 2, em uma posição aberta.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA CONCRETIZAÇÃO PREFERENCIAL

[0032] A descrição a seguir pode utilizar termos tais como “horizontal”, “vertical”, “lateral”, “para trás e para frente”, “para cima e para baixo”, “superior”, “inferior”, “interior”, “exterior”, “para frente”, “para trás”, etc. Estes termos genericamente se referem para as visões e para as orientações nos Desenhos das Figuras acompanhantes e que são associados com uma utilização normal da presente invenção. Os termos são utilizados para a conveniência do leitor somente e não deverão ser limitantes.

[0033] A Figura 1 ilustra uma válvula de elevação de gás possuindo um alojamento principal (1), instalado em um mandril de bolsa lateral (70). O mandril de bolsa lateral (70) é conectado para o (ou para uma parte do) exterior de uma tubulação de produção (71) possuindo uma parede (72). A tubulação de produção (71) é posicionada no interior de um invólucro possuindo uma parede (73) em direção de uma formação subterrânea (74), através da qual um anel (75) é formado entre a parede de invólucro (73) e a parede (72) de tubulação de produção (71). Estes componentes, sua configuração e utilização, são bem conhecido/as pela pessoa especializada no estado da técnica e amplamente ilustrado/as no estado da técnica, e não necessitam, conseqüentemente, serem aqui descritos adicionalmente. Deveria ser observado que embora as Figuras acompanhantes venham a mostrar o mandril de bolsa lateral e a válvula de elevação de gás instalado/as em uma orientação vertical, este pode nem sempre ser o caso. Outras orientações são possíveis e de fato muito comuns.

[0034] O mandril de bolsa lateral (70) compreende uma abertura de entrada de mandril (76) voltando-se para o anel (75), e uma abertura de saída de mandril (77) é proporcionada na parede (72) de tubulação de produção (71). As aberturas de entrada de válvula de elevação de gás (2) estão em comunicação de fluido com a abertura de entrada de mandril (76) e a abertura de saída de válvula de elevação de gás (3) está em comunicação de fluido com a abertura de saída de mandril (77). Vedações de embalagem (78) isolam as aberturas de entrada (2, 76) a partir das aberturas de saída (3, 77) de uma maneira que é bem conhecida no estado da técnica, definindo um conduíte de fluxo de entrada (79) e um conduíte de fluxo de saída (80). Em operação, fluidos fluem para o mandril de bolsa lateral (70) através da abertura de entrada de mandril (76), através das aberturas de entrada de válvula de elevação de gás (2) e para uma câmara de válvula (22), onde as mesmas exercem uma pressão sobre a válvula, notavelmente o disco de válvula (9). Se a pressão nos fluidos excede uma pressão de abertura pré- determinada para a válvula de elevação de gás, o membro de válvula [isto é, o disco de válvula (9), a haste de válvula (4) e o membro de vedação de válvula (5)] irá se movimentar axialmente (ascendentemente na Figura 1), por intermédio do que o membro de vedação de válvula (5) é elevado para fora de seu assento de válvula (6) (ver também a Figura 2) no membro de base de válvula (23) e os fluidos podem fluir através do orifício de membro de base (24), para fora através da abertura de saída de válvula (3) e para o conduíte de fluxo de saída (80), através da abertura de saída de mandril (77) e para a tubulação de produção (71). A Figura 1 mostra a válvula de elevação de gás na posição fechada.

[0035] A pressão de abertura pré-determinada anteriormente mencionada para a válvula de elevação de gás, isto é, a pressão na qual o membro de vedação de válvula (5) se movimenta para fora de e para seu assento de válvula, é determinada, inter alia, pelas propriedades e pelas características do fole para o qual o disco de válvula (9) é conectado. Isto irá ser descrito em maiores detalhes a seguir, com referência para a Figura 2 e para a Figura 3.

[0036] Como foi descrito anteriormente, a válvula de elevação de gás ilustrada compreende um alojamento (1) possuindo um número de aberturas de entrada (1) e uma abertura de saída (3). Deveria ser compreendido que o alojamento (1) na concretização ilustrada da presente invenção possui uma configuração cilíndrica, que é uma configuração convencional para válvulas de elevação de gás, mas a presente invenção não deverá ser limitada para tais configurações. Um membro de válvula [compreendendo um disco de válvula (9), uma haste de válvula (4) e um membro de vedação (5)] é disposto para se movimentar axialmente [isto é, para cima e para baixo na Figura 2, como é indicado pela dupla flecha (Ma)] no interior do alojamento (1). O disco de válvula movível (9) é fornecido com uma gaxeta contra a parede de alojamento (ver a Figura 3) de um tipo que é conhecido de per se no estado da técnica. A Figura 2 mostra a válvula na posição fechada, com o membro de vedação (5) assentado no assento de válvula (6) no membro de base (23). Esta disposição de vedação é bem conhecida no estado da técnica e não necessita, conseqüentemente, ser aqui descrita em adicionais detalhes. Um guia de haste de válvula (8) - que é somente esquematicamente indicado na Figura 2 - é também conectado para o alojamento (1) e disposto entre o disco de válvula (9) e o membro de base (23). A fenda entre o guia de haste de válvula (8) e a haste de válvula (4) foi exagerada para os propósitos de ilustração.

[0037] O membro de base (23), que é fixamente conectado para o alojamento (1), separa a câmara de válvula (22) a partir da câmara de saída (7). As aberturas de entrada de válvula (2) estão em comunicação de fluido com a câmara de válvula (22) e a abertura de saída de válvula (3) está em comunicação de fluido com a câmara de saída (7). Como explanado anteriormente, quando o membro de vedação de válvula (5) é elevado para fora de seu assento de válvula (6) no membro de base (23), fluidos podem fluir através do orifício de membro de base (24) que proporciona comunicação de fluido entre a câmara de válvula (22) e a câmara de saída (7).

[0038] Um membro de suporte (11) é fixamente conectado para o alojamento (1), acima do disco de válvula (9), como é mostrado na Figura 2 e na Figura 3. O membro de suporte (11) pode vantajosamente ser configurado em disco ou configurado em cilindro, mas outras configurações podem também ser aplicáveis. O membro de suporte (11) pode ser fixado para a parede interna de alojamento de uma maneira que é conhecida no estado da técnica. O membro de suporte (11) compreende um orifício indo de lado a lado (14), por intermédio disso proporcionando comunicação de fluido entre a primeira lateral e a segunda lateral (11a, 11b) de membro de suporte (11). As aberturas de orifício sobre ambas as laterais são preferivelmente chanfradas ou arredondadas, como é mostrado nas Figuras, por intermédio disso proporcionando respectivos primeiro assento de válvula e segundo assento de válvula (14a, 14b).

[0039] Disposta no orifício (14) está uma haste de dispositivo de válvula (17) que é fornecida com primeiro elemento de vedação de válvula e segundo elemento de vedação de válvula (19a, 19b), um sobre cada lateral do membro de suporte (11). Na concretização ilustrada da presente invenção, os elementos de vedação de válvula são membros configurados em cone, mas deveria ser compreendido que outras configurações são possíveis.

[0040] Os elementos de vedação de válvula (19a, 19b) são posicionados em uma distância adequada separada; de maneira tal que a distância (d) (isto é, entre as regiões nas quais os elementos de vedação encostam-se contra seus respectivos assentos) é maior do que a dimensão axial de alojamento (isto é, espessura) (t) do membro de suporte (11) (ver a Figura 3). A diferença entre esta distância e a espessura [isto é, (d - t)] define a quantidade de desempenho para a haste de dispositivo de válvula (17). Na Figura 2 e na Figura 3, a haste de dispositivo de válvula (17) está em sua posição de equilíbrio, de maneira tal que o orifício (14) é aberto.

[0041] Dispostos em cada extremidade da haste de dispositivo de válvula (17) estão primeiro elemento de suporte e segundo elemento de suporte (18a, 18b), na concretização ilustrada da presente invenção configurados como membros de placa. Os elementos de suporte (18a, 18b) são fixamente conectados para a haste de dispositivo de válvula (17) por intermédio de recursos conhecidos, por exemplo, por intermédio de uma conexão rosqueada (não mostrada).

[0042] Dispostas entre o membro de suporte (11) e cada elemento de suporte (18a, 18b) estão respectivas primeira mola helicoidal e segunda mola helicoidal (20a, 20b). As molas helicoidais (20a, 20b) servem como elementos de polarização compressíveis e são montados entre o cada respectivo elemento de suporte e o membro de suporte com uma compressão adequada. Deveria ser compreendido que este pré-ajuste de compressão, e bem como a rigidez de mola, é determinado para se adequar para o critério de projeto para a válvula de elevação de gás como tal. Também, outros recursos de polarização podem ser utilizados ao invés de molas helicoidais.

[0043] A movimentação da haste de dispositivo de válvula (17) irá comprimir uma das molas helicoidais e irá relaxar a outra. Por exemplo, quando o primeiro elemento de vedação (19a) está na posição assentada como é mostrado na Figura 3, a primeira mola helicoidal (20a) é geralmente comprimida enquanto a segunda mola helicoidal é geralmente relaxada. As propriedades elásticas das molas helicoidais (20a, 20b) podem ser similares ou podem diferir umas a partir das outras, dependendo das características de projeto desejadas.

[0044] Um primeiro fole (10a) circunda a primeira mola helicoidal (20a) e seu elemento de suporte (18a), e é seladamente atado em uma extremidade do disco de válvula movível (9) e na outra extremidade para a primeira lateral (11a) do membro de suporte (11). Uma primeira cavidade de fole (15a) é, por conseqüência, formada entre o primeiro fole (10a), entre o disco de válvula movível (9) e entre a primeira lateral de membro de suporte (11a).

[0045] Um segundo fole (10b) circunda a segunda mola helicoidal (20b) e seu elemento de suporte (18b), e é seladamente atado em uma extremidade para um disco de capa movível (12) e na outra extremidade para a segunda lateral (11b) do membro de suporte (11). Uma segunda cavidade de fole (15b) é, por conseqüência, formada entre o segundo fole (10b), entre o disco de capa movível (12) e entre a segunda lateral de membro de suporte (11b). O disco de capa movível (12) é fornecido com uma gaxeta (25) de um tipo que é conhecido de per se no estado da técnica e é disposto para se movimentar axialmente [isto é, para cima e para baixo na Figura 2 e na Figura 3, como é indicado pela dupla flecha (Mb)].

[0046] O primeiro fole e o segundo fole (10a, 10b), são no pedido de patente descritos na concretização ilustrada da presente invenção, foles de metal; feitos por soldagem de diafragmas de metal individuais um para o outro de uma maneira que é conhecida no estado da técnica. Materiais preferidos são o titânio, o aço inoxidável ou outro material de alta resistência, resistente à corrosão, mas a presente invenção não deverá ser limitada para tais materiais.

[0047] Em utilização, a primeira cavidade de fole e a segunda cavidade de fole (15a, 15b) são preenchidas com um fluido, preferivelmente um fluido incompressível (tipicamente óleo fundamentado em silicone), e são interconectadas fluidicamente por intermédio do orifício (14). Fluxo de fluido entre as duas cavidades de fole é, por conseqüência, controlado pela posição da haste de dispositivo de válvula (17) e de seus elementos de vedação de válvula (19a, 19b).

[0048] Dispostas sobre cada elemento de suporte (18a, 18b) estão molas acionadoras (21a, 21b), que servem como membros de encosto (apoio) resilientes entre cada elemento de suporte e o disco de válvula (9) e o disco de capa movível (12), respectivamente. A rigidez das molas acionadoras (21a, 21b) pode ser dimensionada para se adequar para a aplicação requerida, individualmente ou em conjunto com as respectivas molas helicoidais (20a, 20b). Por exemplo, pode ser desejável dimensionar as molas acionadoras (21a, 21b) com uma determinada resiliência (flexibilidade) de maneira tal que as mesmas proporcionam uma transferência suave de movimento entre o disco de válvula e seu correspondente elemento de suporte e vice versa. Entretanto, as molas acionadoras (21a, 21b) são opcionais, na medida em que as mesmas podem ser substituídas por um objeto sólido (por exemplo, uma mola com rigidez muito alta). Também, as molas acionadoras (21a, 21b) podem ser omitidas completamente, caso no qual o disco de válvula e a capa de disco irão experimentar uma distância de curso de êmbolo mais longa antes que os mesmos venham a encostar-se contra seu respectivo elemento de suporte. As molas acionadoras (21a, 21b), com uma rigidez apropriada, são preferidas, entretanto, na medida em que as mesmas proporcionam uma suave transferência de movimento, como foi descrito anteriormente. Deveria também ser observado que a mola acionadora pode também ser montada sobre o disco de válvula e sobre o disco de capa, ao invés de sobre o elemento de suporte como é ilustrado.

[0049] A haste de dispositivo de válvula (17), os elementos de suporte (18a, 18b), os elementos de vedação (19a, 19b) e as molas acionadoras (21a, 21b) (opcionais) são geralmente denominada/os de um dispositivo de válvula (16).

[0050] O disco de capa (12) define, juntamente com uma porção superior (ver a Figura 2) do alojamento, uma câmara vedada (13). Em operação da válvula de elevação de gás, esta câmara vedada (13) é preenchida com um gás (tal como nitrogênio; a capa de preenchimento não é mostrada). Alternativamente, a câmara vedada (13) pode possuir um membro de mola (não mostrado) configurado para proporcionar uma força desejada contra o disco de capa (12). Tais câmaras de pré-carga são conhecidas no estado da técnica.

[0051] Em operação, quando fluidos adentram a câmara de válvula (22) [através das aberturas de entrada de válvula de elevação de gás (2)], os mesmos exercem uma pressão sobre a haste de válvula (4) e sobre o disco de válvula (9). Esta pressão irá tender a movimentar o disco de válvula (9) (ascendentemente, na Figura 2 e na Figura 3) e, portanto, exerce uma força compressiva sobre o primeiro fole (10a). Isto irá, por sua vez, reduzir o volume da primeira cavidade de fole (15a), por intermédio do que o fluido no interior desta cavidade irá ser forçado através do orifício (14) (se este não está fechado) e para a segunda cavidade de fole (15b). A segunda cavidade de fole (15b) irá, por conseqüência, se expandir, em que o segundo fole (10b) é estendido e o disco de capa (12) é forçado (ascendentemente, na Figura 2 e na Figura 3). A movimentação do disco de capa (12) é contrabalançada pela pressão de pré-carga na câmara vedada (13).

[0052] A movimentação do disco de válvula (9) irá também encostar-se contra o primeiro elemento de suporte (18a) [na concretização ilustrada da presente invenção, por intermédio da primeira mola acionadora (21a)] e, por conseqüência, força a haste de dispositivo de válvula (17) ascendentemente (nas Figuras) até que o primeiro elemento de vedação (19a) seja assentado na primeira vedação de válvula (14a), por conseqüência, obstruindo fluxo de fluido através do orifício (14). Esta posição é mostrada na Figura 4. Esta movimentação da haste de dispositivo de válvula (17) é contrabalançada pela rigidez da primeira mola (20a). Deveria também ser compreendido que o grau de compressão da primeira mola acionadora (21a) antes que o elemento de suporte venha a começar a se movimentar, depende da rigidez desta mola acionadora.

[0053] Se a pressão nos fluidos fluindo para a câmara de válvula (22) é suficiente para movimentar o disco de válvula (9), o membro de vedação de válvula (5) é elevado para fora do assento de válvula (6) e o fluido é possibilitado para fluir através do orifício de membro de base (24) e para fora da válvula de elevação de gás através da abertura de saída (3).

[0054] Na Figura 4, a haste de dispositivo de válvula (17) está em sua posição ascendente extrema, de maneira tal que o primeiro elemento de vedação de válvula (19a) é assentado no primeiro assento de válvula (14a). O primeiro fole (10a) e a primeira mola (20a) são comprimido/as, e o segundo fole (10) é estendido ascendentemente, em utilização parcialmente pelo fluido incompressível que fluiu através do orifício, e parcialmente pela segunda mola de acionamento (21b). Deveria ser compreendido que a contribuição pelo fluido e pelo segundo elemento de suporte/segunda mola de acionamento sobre a movimentação do disco de capa (12) [e, portanto, o segundo fole (10b)] é uma matéria de dimensionamento, por exemplo, de constantes de mola, comprimento de haste e pressão de pré-carga [na câmara (13)].

[0055] Embora não ilustrado, deveria ser compreendido que a haste de dispositivo de válvula (17) pode assumir qualquer posição dentro do orifício (14), na faixa entre a posição mostrada na Figura 4 e a posição onde o segundo elemento de vedação de válvula (19b) é assentado no segundo assento de válvula (14b) (isto é, a posição descendente extrema). Nestas posições extremas, o fluxo de fluido através do orifício (14) é bloqueado pelo primeiro elemento de vedação de válvula e pelo segundo elemento de vedação de válvula (19a, 19b), respectivamente. Em qualquer posição intermediária, o fluxo de fluido através do orifício (14) é possível.

[0056] A sensibilidade desta válvula de fole pode ser ajustada para a aplicação desejada por seleção de valores apropriados, por exemplo, para comprimento axial dos foles (10a, 10b), para espessura do membro de suporte (11) [isto é, comprimento do orifício (14)], para rigidez das molas (20a, 20b), para distância entre os elementos de vedação de válvula (19a, 19b) e/ou para pressão de pré- carga na câmara vedada (13).

[0057] Deveria ser compreendido que o alojamento de válvula (1), embora sendo mostrado como um corpo na Figura 1 e na Figura 2, de fato pode ser compreendido de diversas seções de alojamento que são conectadas (por exemplo, por intermédio de conexões rosqueadas) de maneiras bem conhecidas no estado da técnica. Tal configuração seccional facilita uma fácil montagem e desmontagem de componentes internos [por exemplo, do membro de suporte (11), do disco de válvula (9) e da haste de válvula (4) e dos componentes de fole individuais]. Deveria também ser compreendido que o membro de suporte (11), o guia de haste de válvula (8) e o membro de base de válvula (23) podem ser fixamente atados para o interior de alojamento por qualquer recurso de fixação conhecido no estado da técnica.

[0058] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência para uma válvula de elevação de gás para utilização em uma tubulação de produção em uma formação subterrânea, deveria ser compreendido que a presente invenção não é limitada para referida utilização. A válvula da presente invenção pode ser utilizada em aplicações onshore ou offshore, e em outras válvulas (por exemplo, válvulas de injeção) e em outros contextos do que aqueles de produção de hidrocarboneto. Da mesma forma, as válvulas de fole da presente invenção não deveriam ser limitadas para a utilização descrita anteriormente, isto é, em uma válvula de elevação de gás, mas pode ser utilizada em qualquer contexto e em combinação com qualquer equipamento como uma válvula de fole sensível à pressão.

Claims

1. Válvula de fole, caracterizada pelo fato de que: - um primeiro fole (10a) conectado a um primeiro membro de capa (9) em uma extremidade e a um membro de suporte (11) na outra extremidade; e - um segundo fole (10b) conectado a um segundo membro de capa (12) em uma extremidade e a referido membro de suporte (11) na outra extremidade; - por intermédio disso formando respectivas primeira cavidade de fole e segunda cavidade de fole (15a, 15b) no interior de cada fole; e - um orifício (14) disposto para fluidicamente interconectar a primeira cavidade de fole e a segunda cavidade de fole (15a, 15b); e - um dispositivo de válvula de fole interno (16) disposto para seletivamente abrir e fechar o orifício (14), em que, o dispositivo de válvula de fole interno (16) compreende primeiro elemento de vedação de válvula e segundo elemento de vedação de válvula (19a, 19b) dispostos para seletivamente se emparelhar com respectivos primeiro assento de válvula e segundo assento de válvula (14a, 14b) para fechar o orifício (14), elementos de vedação de válvula (19a, 19b) são interconectados por intermédio de um membro de conexão (17).

2. Válvula de fole, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro fole (1a) é conectado a uma primeira lateral (11a) do membro de suporte (11), e o segundo fole (10b) é conectado a uma segunda lateral (11b) do membro de suporte (11).

3. Válvula de fole, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro de suporte (11) é configurado para conexão a uma porção interna de um alojamento de válvula (1).

4. Válvula de fole, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o orifício (14) é formado no membro de suporte (11).

5. Válvula de fole, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro de conexão se estende através do orifício (14).

6. Válvula de fole, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de válvula de fole interno (16) compreende primeiro membro resiliente e segundo membro resiliente (20a, 20b) dispostos sobre as respectivas primeira lateral e segunda lateral (11a, 11b) do membro de suporte (11) e possuindo respectivas porções sendo acopladas para respectivos primeiro membro de suporte e segundo membro de suporte (18a, 18b) sobre o dispositivo de válvula (16).

7. Válvula de fole, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro membro de capa (9) possui formato de disco e é configurado para conectar em uma haste de válvula (4).

8. Válvula de fole, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro membro de capa e o segundo membro de capa (9, 12) cada um compreende um recurso de gaxeta circunferencial (25).

9. Válvula de injeção, compreendendo: - um alojamento (1) possuindo uma abertura de entrada (2) e uma abertura de saída (3) para fluxo de fluido; - um membro de base (23) disposto no alojamento entre a abertura de entrada (2) e a abertura de saída (3), e possuindo um conduíte indo de lado a lado (24); - um membro de válvula (4, 5, 9) configurado para se movimentar no alojamento e compreendendo um elemento de vedação (5) configurado para liberavelmente se emparelhar com um assento de válvula (6), para prevenir fluxo de fluido através do conduíte (24); caracterizada pelo fato de que: - um primeiro fole (10a) conectado ao membro de válvula e ao alojamento e um segundo fole (10b) conectado ao alojamento e a um membro de capa movível (12) e, por consequência, formando respectivas primeira cavidade de fole e segunda cavidade de fole (15a, 15b); - um orifício (14) disposto para fluidicamente interconectar a primeira cavidade de fole e a segunda cavidade de fole (15a, 15b); e - um dispositivo de válvula de fole interno (16) disposto para seletivamente abrir e fechar o orifício (14), em que, o primeiro fole (10a) é conectado a um disco de válvula (9) que é acoplado a haste de válvula (4) do membro de válvula, e em que, o disco de válvula (9) e o membro de capa (12) são dispostos de maneira móvel no alojamento (1) e cada um compreende um recurso de gaxeta (25) para contato de vedação e móvel com a parede interna de alojamento.

10. Válvula de injeção, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o primeiro fole (10a) e o segundo fole (10b) são conectados as respectivas primeira lateral e segunda lateral (11a, 11b) de um membro de suporte (11) que é conectado ao alojamento.

11. Válvula de injeção, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o orifício (14) é formado no membro de suporte (11).

12. Válvula de injeção, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de válvula de fole interno (16) compreende primeiro membro resiliente e segundo membro resiliente (20a, 20b) dispostos sobre as respectivas primeira lateral e segunda lateral (11a, 11b) do membro de suporte (11) e possuindo respectivas porções sendo acopladas para respectivos primeiro membro de suporte e segundo membro de suporte (18a, 18b) sobre o dispositivo de válvula (16).

13. Válvula de injeção, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o membro de capa movível (12) e pelo menos uma porção do alojamento formam uma câmara vedável (13).

14. Válvula de injeção, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de válvula de fole interno (16) compreende primeiro elemento de vedação de válvula e segundo elemento de vedação de válvula (19a, 19b) dispostos para seletivamente se emparelhar com respectivos primeiro assento de válvula e segundo assento de válvula (14a, 14b) para fechar o orifício (14).

15. Método, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: usar a válvula de injeção, conforme definida na reivindicação 9, como uma válvula de elevação de gás em operações de produção de hidrocarboneto em formações subterrâneas.