ES2689396T3

ES2689396T3 - Un dispositivo de control de flujo y método

Info

Publication number: ES2689396T3
Application number: ES13708401.8T
Authority: ES
Inventors: Vidar Mathiesen; Bjørnar WERSWICK; Haavard Aakre
Original assignee: InflowControl AS
Current assignee: InflowControl AS
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2018-11-13
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: US20190024478A1; AU2013234565A1; HK1202601A1; IL234723B; MX2014011174A; US20230243238A1; WO2013139601A2; CN104364464A; US10260312B2; NO336835B1; MY169913A; EP3255242A1; CA2866314A1; EP2828474B1; NO20120872A1; IN2014DN08192A; CO7160038A2; WO2013139601A3; EP3255242B1; CN104364464B

Abstract

Un dispositivo de control de flujo de fluido que comprende una carcasa (3a-1), y una trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario localizado dentro de la carcasa (3a-1) que comprende una entrada (7) de fluido que tiene una primera presión P1 de fluido y al menos una salida (8) de fluido que tiene una tercera presión P3 de fluido, en donde al menos una trayectoria de flujo (19b-l) secundario está dispuesta en comunicación fluida con la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario, la trayectoria (19b-l) de flujo secundario que comprende un primer limitador (1) de flujo de fluido y un segundo limitador (2) de flujo de fluido que sirve como un puerto de entrada a una cámara (B) y un puerto de salida de la cámara (B), respectivamente, el primer limitador (1) de flujo de fluido y el segundo limitador (2) de flujo de fluido están configurados para generar diferentes características de flujo de fluido basadas en diferentes propiedades del fluido; la cámara (B), que tiene una segunda presión P2 de fluido, se define además por medios (5, 5b-j, 51) de accionamiento que responden a los cambios (ΔP2) de presión del fluido inducidos por el limitador en la cámara (B) que ocurre cuando cambia una propiedad del fluido, los medios (5, 5b-j, 51) de accionamiento están conectados operativamente a al menos un dispositivo (4b-l) de válvula en forma de un elemento móvil dispuesto dentro de la carcasa (3a-l) entre la entrada (7) de fluido y la al menos una salida (8) de fluido, qué dispositivo (4b-l) de válvula se puede mover entre una posición abierta en la que la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j- 181) de flujo primario está abierta y una posición cerrada en la que la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario está cerrada, en donde el dispositivo (4b-I) de válvula está desviado hacia la posición abierta debido a la primera presión de fluido P1 y hacia la posición cerrada debido a dichos cambios (ΔP2) de presión de fluido inducidos, y en donde el primer limitador (1) de flujo de fluido y/o el segundo limitador (2) de flujo de fluido es una parte de dicho dispositivo (4b-I) de válvula.

Description

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DESCRIPCION

Un dispositivo de control de flujo y método Campo de la invención

La invención se refiere al control de flujos de fluido en un conducto. Más específicamente, la invención se refiere a un dispositivo y a un método para controlar el flujo de fluidos que tienen diferentes propiedades. La invención es útil para controlar el flujo de fluidos desde un depósito subterráneo de hidrocarburos hasta una cadena de producción. El dispositivo y el método inventados son útiles para fluidos de producción y en el contexto de inyección de fluidos.

Antecedentes de la invención

Un pozo para producir hidrocarburos desde un depósito subterráneo puede extenderse a través del yacimiento en una serie de orientaciones. Tradicionalmente, se accedía a los depósitos perforando pozos verticales. Esta es una técnica simple y directa, pero que proporcionó un contacto limitado con el yacimiento por pozo. Por lo tanto, para acceder a más de un depósito por pozo, se desarrollaron técnicas y dispositivos para perforar pozos horizontales, es decir, girar el pozo de vertical a horizontal a una profundidad predeterminada por debajo de la superficie. Los llamados pozos multilaterales proporcionan un acceso aún mayor a, y en contacto con, el yacimiento.

Un desafío importante en la producción de hidrocarburos de yacimientos subterráneos es aumentar la capacidad de recuperar el petróleo que de hecho está presente en el embalse. En la actualidad, solo una parte del petróleo en un yacimiento dado se recupera y produce realmente antes de que se cierre el campo. Por lo tanto, existen fuertes incentivos para desarrollar nuevas tecnologías con el fin de aumentar la producción y la recuperación de petróleo.

Dos factores son de particular importancia para aumentar la producción y la tasa de recuperación de un yacimiento:

obtener el máximo contacto con el yacimiento, y

prevenir los efectos negativos de la penetración/penetración de gas y/o agua (comúnmente denominada "formación cónica").

El contacto con el yacimiento se logra comúnmente mediante la perforación de varios pozos horizontales y/o multilaterales. Los efectos negativos de la formación cónica son comúnmente mitigados por los llamados Dispositivos de control de entrada (ICD) colocados en el muro de cadena de producción. Típicamente, una cadena de producción en un pozo horizontal comprende una gran cantidad de ICDs dispuestos a intervalos regulares a lo largo de toda su longitud. Los ICD sirven como puertos de entrada para el petróleo que fluye desde el depósito (normalmente a través del anillo entre la cadena de producción y la formación del pozo) y en la cadena de producción, y son puertos que tienen un área de flujo fijo. Los llamados ICD autónomos (AICD) comprenden uno o más elementos de válvula y normalmente están abiertos cuando el petróleo fluye a través del dispositivo, pero ahoga el flujo cuando y donde el agua y/o el gas ingresan al flujo. El anillo entre la cadena de producción y la carcasa se divide típicamente en zonas por empaquetadores de anillos, que es conocido en la técnica, y uno o más ICD o AICD se colocan en cada zona.

En la técnica se conocen varios ICD, uno de los cuales se describe en el documento US 5 435 393 (Brekke, et al.), que describe una tubería de producción que tiene una tubería de producción con una tubería de drenaje inferior. La tubería de drenaje está dividida en secciones con uno o más dispositivos limitadores de entrada que controlan el flujo de petróleo o gas desde el depósito hacia la tubería de drenaje sobre la base de la pérdida calculada de presión de fricción a lo largo de la tubería de drenaje, el perfil de productividad calculado del depósito, y la entrada calculada de gas o agua.

El estado de la técnica también incluye el documento US 7 857 050 B2 (Zazovsky, et al.) que describe un aparato para usar en la prevención de agua o gas no deseado y que tiene un conducto de flujo y una estructura que define una trayectoria tortuosa de fluido próxima al conducto de flujo, donde la ruta tortuosa del fluido recibe un flujo de fluido. La trayectoria de fluido tortuosa está definida por al menos primer y segundo miembros de la estructura, y los miembros primero y segundo son móviles entre sí para ajustar un área de flujo de sección transversal de la trayectoria de fluido tortuosa. El área de la sección transversal y, por lo tanto, la caída de presión se puede ajustar mediante una fuerza externa. Sin embargo, el control externo y la fuerza son costosos y el número de secciones es limitado.

El documento US 7 823 645 B2 (Henriksen, et al.) describe un dispositivo de control de flujo de entrada con una característica de cierre de gas o agua que se puede accionar mecánica o hidráulicamente desde la superficie del pozo. El dispositivo puede incluir una función de derivación que permite que el dispositivo de control de entrada se cierre o se desvíe mediante el desplazamiento de un manguito. El dispositivo de control de flujo puede adaptarse a los cambios en las condiciones del pozo, como la composición química, la densidad del fluido y la temperatura. El dispositivo puede configurarse para controlar el flujo en respuesta a cambios en la relación gas/petróleo, relación agua/petróleo, densidad del fluido y/o la temperatura de funcionamiento del dispositivo de control de entrada. Sin embargo, el control externo y la fuerza son costosos y el número de zonas es limitado.

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Los ICD autónomos (AICD) representan una mejora de los ICD tradicionales mencionados anteriormente en cuanto a que son autocontrolados, es decir, sin suministro de energía o control externos.

Los ejemplos de ICD autónomos incluyen los documentos US 2008/0041580 A1 (Freyer, et al.) y WO 2008/004875 A1 (Aakre, et al.). Mientras que el primero describe un limitador de flujo autónomo con múltiples miembros de bloqueo de flujo que tienen una densidad menor que la del petróleo, este último describe un dispositivo de control de flujo autónomo que tiene un disco móvil que está diseñado para moverse con respecto a una abertura de entrada y de ese modo reducir o aumentar el área de flujo aprovechando el efecto Bernoulli y la presión de estancamiento creada a través del disco.

El documento US 2011/0067878 A1 (Aadnoy) describe un controlador de flujo que tiene un limitador de flujo y un accionador controlado por presión conectado a un cuerpo de válvula que a su vez coopera con una abertura de válvula. En un lado de cierre, el accionador se comunica con el fluido ubicado aguas arriba de la abertura de la válvula y el limitador de flujo. En el lado de la abertura, el accionador se comunica con un fluido ubicado aguas abajo del limitador de flujo y aguas arriba de la abertura de la válvula. El accionador está provisto de un pistón que está separado del fluido del pozo por al menos un sello que se parece a un diafragma, específicamente un diafragma que tiene una constante elástica.

El documento US 2008/0041582 A1 (Saetre, et al.) describe un aparato de control de flujo que tiene un limitador de flujo posicionado en la trayectoria de flujo entre un exterior de un tubo y su paso. El limitador de flujo tiene una cámara activa y una cámara de derivación, y un tubo de derivación está dispuesto dentro de la cámara de derivación. El tubo de derivación tiene un área de flujo constante para permitir que los fluidos de producción ingresen al paso desde la cámara de derivación. Los elementos de bloqueo de flujo están dispuestos dentro de la cámara activa y cooperan con las salidas del tubo para variar de forma autónoma un área de flujo efectiva para permitir que los fluidos de producción entren al paso desde la cámara activa con base en la composición constituyente de los fluidos de producción.

El documento US 2011/0198097 A1 (Moen) describe un conjunto de válvula para regular el flujo de fluido en un pozo horizontal. Una carcasa está acoplada a un tubular de producción, tiene una cámara que está en comunicación fluida a través de un canal de flujo con un anillo interior formado adyacente al pozo. Un pistón y un miembro de desviación están dispuestos dentro de la cámara, donde el miembro de desviación carga al pistón en una primera posición. Se define una trayectoria de flujo dentro de la carcasa y se puede comunicar tanto con el tubular de producción como con el anillo interno. La trayectoria de flujo puede incluir una o más boquillas dispuestas en él, y el pistón puede configurarse para moverse entre la primera posición permitiendo el flujo de fluido a través de la trayectoria de flujo al tubular de producción y una segunda posición evitando el flujo de fluido al tubular de producción. La posición está determinada por la caída de presión.

El documento US 2011/0308806 A9 (Dykstra, et al.) describe un aparato para controlar el flujo de fluido en un tubo colocado en un pozo que se extiende a través de una formación subterránea. Un sistema de control de flujo se coloca en comunicación fluida con un tubo principal. El sistema de control de flujo tiene un sistema de control de relación de flujo y un sistema de resistencia dependiente de la ruta. El sistema de control de la relación de flujo tiene un primer y un segundo paso, el fluido de producción fluye hacia los pasos con la relación de flujo de fluido a través de los conductos relacionados con la característica del flujo de fluido. El sistema de resistencia dependiente de la vía incluye una cámara de vórtice con una primera y segunda entrada y una salida, la primera entrada del sistema de resistencia dependiente de la ruta en comunicación de fluido con el primer paso del sistema de control de relación de fluido y la segunda entrada en comunicación de fluido con el segundo paso del sistema de control de relación de fluido. La primera entrada está posicionada para dirigir el fluido a la cámara de vórtice de manera que fluya principalmente tangencialmente a la cámara de vórtice, y la segunda entrada se posicione para dirigir el fluido de manera que fluya principalmente radialmente hacia la cámara de vórtice. Los fluidos no deseados, tales como gas natural o agua, en un pozo de petróleo, se dirigen, con base en su característica relativa, al vórtice principalmente de manera tangencial, restringiendo así el flujo de fluido cuando el fluido no deseado está presente como componente del fluido de producción.

Una ventaja común de todos los ejemplos de AICD mencionados anteriormente es que contribuyen a un flujo de entrada más uniforme a lo largo del camino del pozo en comparación con las boquillas en los tradicionales. El objetivo es retrasar el avance del gas y/o del agua tanto como sea posible. Sin embargo, todos ellos tienen la desventaja de que la producción también se ve afectada por el petróleo. El resultado es un aumento general en el grado de extracción (recuperación) alrededor de los pozos en comparación con los ICD tradicionales, pero con una pérdida significativa de producción (barril/día) durante la fase inicial de la vida útil de los pozos.

Además, las soluciones tales como las descritas en los documentos US 2011/0067878 y US 2011/0198097 A1 no se ahogarían ni se cerrarían para las fases no deseadas (gas/agua) en el momento de sus avances.

Los documentos US 2008/0041580 A1, WO 2008/004875 A1, US 2008/0041582 A1 y US 2011/0308806 A9 contribuyen a que un carácter ICD tenga una capacidad autónoma que en cierto grado estrangula las fases no deseadas, aunque no hasta el punto de llegar a un alto completo, o casi completo, en el flujo de entrada. Las publicaciones US 2008/0041580 A1 y US 2008/0041582 A1 tampoco presentarían ninguna propiedad reversible, es

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decir, la capacidad de reabrir autónomamente una válvula que se ha cerrado debido a la entrada de fases no deseadas en el momento en que el petróleo comienza a fluir de nuevo al pozo.

Los AICD que tienen la capacidad de cerrar de manera autónoma, o casi cerrar, tales fases indeseadas también son conocidos en la técnica.

Se encuentra un ejemplo en la publicación US 7 918 275 B2 que describe un aparato que tiene un miembro de control de flujo que alinea selectivamente un puerto con una abertura en comunicación con un orificio de flujo de un pozo tubular. El miembro de control de flujo puede tener una posición abierta y una posición cerrada en donde el puerto está alineado con la abertura y desalineado con la abertura, respectivamente. El miembro de control de flujo se mueve entre la posición abierta y la posición cerrada en respuesta a un cambio en la fuerza de arrastre aplicada por un fluido que fluye. Un elemento de polarización empuja al elemento de control de flujo a la posición abierta o cerrada. El aparato puede incluir una carcasa que recibe el miembro de control de flujo. El miembro de control de flujo y la carcasa pueden definir un espacio de flujo que genera un flujo de Couette que causa la fuerza de arrastre. El espacio de flujo puede incluir un material hidrofílico y/o hinchable en agua.

Sin embargo, un problema importante con la solución descrita en el documento US 7 918 275 B2 es que la válvula está en posición cerrada en el momento de la instalación, durante el cual la velocidad del fluido y la fricción son cero. Por lo tanto, no habrá fuerza para activar la apertura. Si se resuelve este problema, de todos modos, sería difícil controlar la apertura/cierre de la válvula en función de la fricción del flujo, ya que este último es normalmente pequeño en comparación con la fricción de los mecanismos de la válvula. Además, la funcionalidad de cualquier propiedad reversible basada en la fuerza de arrastre/fricción parece dudosa.

Otro ejemplo de un documento que describe una solución para un AICD que puede cerrarse autónomamente se encuentra en la publicación US 2009/0283275 A1 que describe un aparato para controlar un flujo de fluido en un tubo tubular de pozo. El aparato incluye una trayectoria de flujo principal asociada con un dispositivo de control de producción, un miembro de oclusión colocado a lo largo de la trayectoria de flujo principal que ocluye selectivamente la trayectoria de flujo principal, y un medio reactivo dispuesto a lo largo de la trayectoria de flujo principal que cambia un diferencial de presión a través de al menos una parte de la trayectoria de flujo principal interactuando con un fluido seleccionado. Los medios reactivos pueden ser un material hinchable en agua o un material hinchable en petróleo.

Por lo tanto, el documento US 2009/0283275 A1 para un material reactivo con petróleo instalado en la trayectoria de flujo principal da como resultado una mayor resistencia al flujo durante el rendimiento de las fases deseadas, tales como el petróleo en relación con los medios no reactivos. Un material reactivo que detiene el agua/gas y no el petróleo es desconocido para los inventores. La publicación no hace uso de un segundo flujo piloto para superar la presente invención para evitar cualquier obstaculización del flujo principal.

La publicación US 7 819 196 B2 también describe un controlador de flujo que tiene un limitador de flujo y un accionador controlado por presión conectado a un cuerpo de válvula que a su vez coopera con una abertura de válvula. Se usa una celda osmótica para operar el accionador, qué celda se está colocando en el flujo de fluido, mediante lo cual se logra el movimiento necesario para que el accionador accione una válvula utilizando la diferencia de presión osmótica entre la solución en la celda y el flujo/depósito de fluido externo en relación con la celda. Se ha demostrado que este concepto funciona de acuerdo con sus principios, exhibiendo una alta producción inicial de petróleo mientras que al mismo tiempo se cierra para las fases no deseadas. Sin embargo, la solución depende de una membrana que maneje las condiciones duras del pozo (alta presión y temperatura, incrustaciones, etc.) de una manera satisfactoria. Tal membrana actualmente no se conoce en el campo.

La publicación US 5 816 286 A divulga un dispositivo regulador de flujo complejo para mantener la presión del sistema dentro de límites aceptables en sistemas de tuberías de gas y vapor. Se proporciona un regulador operado por piloto de descarga de presión en donde la presión diferencial a través del elemento/diafragma de estrangulamiento del regulador principal se mantiene dentro de un rango aceptable para evitar daños al diafragma mientras se mantiene la presión del sistema en límites aceptables. El dispositivo de control de flujo de fluido se activa por las diferencias de presión en el flujo de fluido principal.

El objetivo de la presente invención es superar las deficiencias de la técnica anterior y obtener ventajas adicionales. Resumen de la invención

La invención se expone y caracteriza en las reivindicaciones independientes 1 y 13, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la invención.

Se proporciona así un dispositivo de control de flujo de fluido, que comprende una carcasa que tiene una entrada de fluido y al menos una salida de fluido, caracterizado por un primer limitador de flujo de fluido que sirve como un puerto de entrada a una cámara en la carcasa, y un segundo limitador de flujo de fluido que sirve como un puerto de salida desde la cámara, y en donde el primer limitador de flujo de fluido y el segundo limitador de flujo de fluido están

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configurados para generar diferentes características de flujo de fluido; y la cámara comprende medios de accionamiento que responden a los cambios de presión de fluido en la cámara.

El dispositivo de control de flujo de fluido comprende un dispositivo de válvula dispuesto entre la entrada de fluido y la al menos una salida de fluido, y conectado operativamente a los medios de accionamiento.

El primer limitador de flujo de fluido y el segundo limitador de flujo de fluido están configurados para imponer sus respectivas características diferentes de flujo de fluido basadas en diferentes propiedades de fluido.

En una realización, el primer limitador de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo sustancialmente laminar sobre un fluido que fluye a través del limitador, y el segundo limitador de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo sustancialmente turbulentas en un fluido que fluye a través del limitador. En una realización, el primer limitador de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo basadas en la viscosidad del fluido, y el segundo limitador de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo basadas en la densidad del fluido.

El primer limitador de flujo de fluido puede ser un elemento poroso y el segundo limitador de flujo de fluido un orificio.

El primer limitador de flujo de fluido sirve ventajosamente como el único puerto de entrada a la cámara, y el segundo limitador de flujo de fluido sirve ventajosamente como el puerto de salida de la cámara. De acuerdo con la invención, la carcasa comprende una trayectoria de flujo primario y una trayectoria de flujo secundario, y los limitadores de flujo de fluido y la cámara están dispuestos en la trayectoria de flujo secundario. En una realización, el dispositivo de válvula está dispuesto para cerrar la trayectoria de flujo primario.

El primer limitador de flujo de fluido es una parte del dispositivo de válvula y/o el segundo limitador de flujo de fluido es una parte del dispositivo de válvula.

En una realización, el dispositivo de válvula comprende un cuerpo móvil conectado mediante un fuelle flexible a la carcasa. En otra realización, el dispositivo de válvula comprende un pistón móvil dispuesto para un movimiento deslizante dentro de la carcasa.

En una realización, el dispositivo de control de flujo de fluido comprende un elemento limitador de fluido configurado para estrangular progresivamente el flujo fuera del orificio a medida que el dispositivo de válvula se mueve hacia una posición de cierre.

También se proporciona un método para controlar el flujo de fluido a través de una carcasa en función de los cambios en las propiedades del fluido, caracterizado por:

- permitir que al menos una parte del fluido fluya a través de un primer limitador de flujo de fluido, dentro de una cámara y fuera de la cámara a través de un segundo limitador de flujo de fluido;

- utilizar el cambio de presión en la cámara que ocurre cuando una propiedad del fluido cambia para operar un dispositivo de válvula y de ese modo controlar el flujo de fluido a través de la carcasa.

En una realización del método, dicha propiedad del fluido comprende viscosidad. En otra realización del método, dicha propiedad del fluido comprende densidad. En una realización, el método comprende generar un flujo sustancialmente laminar por el primer limitador de flujo de fluido, y generar un flujo sustancialmente turbulento por el segundo limitador de flujo de fluido.

La invención utiliza el cambio de presión que se produce entre dos limitadores de fluido cuando cambian las propiedades del fluido (como la viscosidad). Este cambio de presión se usa para mover un cuerpo y/o accionar una válvula.

Aunque las realizaciones de la invención se han descrito con los limitadores de flujo como un elemento poroso y un orificio, la invención es igualmente aplicable a otros limitadores de flujo, tales como, por ejemplo, un conducto largo y/o un cambio abrupto de geometría en un conducto.

El dispositivo de control de flujo inventado evita que los fluidos no deseados (por ejemplo, agua, gas, vapor y CO2) entren en el flujo de producción de un fluido deseado (por ejemplo, petróleo) de una manera mejor que los ICD y AICD conocidos. El dispositivo de control de flujo inventado es robusto y completamente autónomo. Es reversible porque el dispositivo de válvula cambia de posición a medida que cambian las propiedades (por ejemplo, la viscosidad) del fluido. Es decir, cuando, por ejemplo, el dispositivo de control de flujo se cierra cuando la viscosidad disminuye (es decir, se expone a agua o gas), se abre de nuevo cuando la viscosidad aumenta (es decir, se expone al petróleo).

Hay una ganancia económica significativa para prevenir la obstrucción de la producción inicial de petróleo (valor presente) y aumentar el grado de producción debido al cierre eficiente de fases de fluido no deseadas, como agua y/o gas. El aumento estimado en la producción y recuperación de un pozo, que será una función de las propiedades

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del yacimiento y del fluido, será de al menos 10%. El costo de producción de la válvula de la invención es casi insignificante en comparación con la ganancia potencial debida al aumento de la producción de petróleo.

Breve descripción de los dibujos

Estas y otras características de la invención serán claras a partir de la siguiente descripción de las realizaciones, dadas como ejemplos no restrictivos, con referencia a los bocetos y dibujos seccionales adjuntos en donde:

La figura 1a ilustra un principio detrás de la invención y el dispositivo de control de flujo inventado en una forma básica;

La figura 1b ilustra la correlación entre el cambio en la presión dentro de la cámara (es decir, entre los limitadores de fluido) y el cambio en la viscosidad del fluido;

La figura 2 es un boceto de principio del dispositivo de control de flujo de la invención;

La figura 3 es un boceto de principio que ilustra una segunda realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 4 ilustra una tercera realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 5 ilustra una cuarta realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 6 ilustra una quinta realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 7 ilustra una sexta realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 8 ilustra una séptima realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 9 ilustra una octava realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 10 ilustra una novena realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

La figura 11 ilustra una décima realización del dispositivo de control de flujo de acuerdo con la invención;

Las figuras 12a y 12b son gráficos que ilustran las fuerzas de cierre y apertura para el petróleo y el agua,

respectivamente, en una realización del dispositivo de control de flujo inventado configurado para detener de manera

autónoma que el agua ingrese a un flujo de petróleo; y

La figura 13 es un gráfico que ilustra las fuerzas de cierre y apertura en función de la presión en una realización del dispositivo de control de flujo inventado configurado para detener autónomamente el flujo de fluido a una diferencia de presión predeterminada.

Descripción detallada de las realizaciones

La Figura 1a ilustra cómo fluye un fluido F a través de una entrada 7 a un conducto 3a a una primera presión pi, a

través de un primer limitador 1 de flujo y a una cámara B donde alcanza una segunda presión p2, y luego fluye a

través de un segundo limitador de flujo de fluido 2 antes de salir del conducto 3a a una tercera presión p3 y a través de una salida 8. Cuando la velocidad de flujo del fluido y las propiedades del fluido (por ejemplo, viscosidad, densidad) son constantes, las presiones (pi, p2, p3) son constantes, y pi,> p2,> p3.

En la figura 1a, el primer limitador 1 de flujo es un elemento poroso y el segundo limitador 2 de flujo es un orificio.

En general, las características de flujo a través de un medio poroso se pueden describir usando la ley de Darcy (es decir, flujo laminar), expresada como:

p Kpera ^ AP .. ,

\¿ -----------------------(Ecuación 1 )

/.( AL

donde: Q = caudal de fluido (unidades de volumen por unidad de tiempo)

Kperm = permeabilidad relativa del medio poroso (unidad típica: Darcy)

A = área de sección transversal del medio poroso

|j = viscosidad del fluido (unidad típica: centipoise, unidad SI: Pa * s)

AP = presión de fluido diferencial a través del medio permeable (unidad típica: Pa), y

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AL = la longitud del medio poroso que corre paralela al flujo de fluido.

Por lo tanto, cuando fluye a través del elemento poroso 1, el fluido sufrirá una caída de presión AP (de pi a p2 en la figura 1a) de acuerdo con la ley de Darcy (Ecuación 1), de lo que se deduce que el cambio en la presión (AP) a través del elemento poroso es proporcional a la viscosidad p del fluido) y al caudal del fluido (Q).

Las características de flujo en un fluido que fluye a través de un orificio u otro limitador (es decir, flujo turbulento) pueden expresarse como:

n ■ V

AP = Konncioi-^- (Ecuación 2)

donde: AP = presión de fluido diferencial a través del orificio (unidad típica: Pa)

Korificio = coeficiente específico del orificio (sin dimensiones) p = densidad del fluido (unidad de masa por unidad de volumen) v = velocidad del fluido (unidades de longitud por unidad de tiempo)

Así, cuando fluye a través del orificio 2, el fluido experimenta una caída de presión (AP) (de p2 a p3) que puede describirse mediante la ecuación 2. El cambio en la presión del fluido a través del orificio es casi independiente de la viscosidad, pero es proporcional a la densidad y el coeficiente del orificio, y a la velocidad del fluido al cuadrado.

Por lo tanto, refiriéndose a la figura 1a, la presión p2 de fluido en la cámara B - entre el elemento poroso 1 y el orificio 2 - cambiará si cambian las propiedades (viscosidad o densidad) del fluido. Esto se ilustra gráficamente en la figura 1b, que muestra un primer valor (bajo) para p2 a una mayor viscosidad (palto) del fluido y un segundo (más alto) valor para p2 a una viscosidad (pbajo) del fluido más baja. Esta diferencia entre los valores para p2 (AP2) que se producen cuando la viscosidad cambia (por ejemplo, disminuye) puede utilizarse para realizar un trabajo, por ejemplo, accionar un accionador 5, que a su vez puede mover un pistón/cuerpo y/o una válvula (no se muestra en la figura 1a).

Aunque la invención se explica aquí con referencia a los fluidos que fluyen a través de un elemento poroso y un orificio, y utilizando el cambio en la viscosidad, debe entenderse que la invención se aplica a cualquier combinación de limitadores de flujo de fluido cuando uno proporciona flujo turbulento (completa o sustancialmente) y el otro proporciona flujo laminar (completa o sustancialmente), o viceversa.

En general, la invención utiliza el cambio en la presión (AP2) que se produce entre dos limitadores de flujo diferentes cuando se somete a fluidos de diferentes propiedades, por ejemplo, petróleo y agua. Estas propiedades pueden ser la viscosidad, como se describió anteriormente, pero también la densidad, como es evidente a partir de la ecuación 2. Los dos limitadores de flujo están configurados para imponer diferentes características de flujo en los fluidos. En el ejemplo discutido anteriormente, el primer limitador 1 de flujo genera un flujo sustancialmente laminar y el segundo limitador 2 de flujo genera un flujo sustancialmente turbulento.

La figura 2 es una ilustración esquemática de una aplicación del principio descrito anteriormente, e ilustra una realización del dispositivo de control de flujo inventado en una forma básica (es decir, no se muestran juntas, juntas y otras partes auxiliares requeridas conocidas en la técnica). Un flujo de fluido F fluye a través de una entrada 7 a una carcasa 3b que tiene una trayectoria de flujo primario (conducto) 18b y una trayectoria de flujo secundario (conducto) 19b. La porción principal (Fo) del fluido (F) fluye a través del conducto primario 18b y una válvula 4b (que inicialmente está abierta), mientras que una porción más pequeña (f) del fluido (F) fluye a través del conducto secundario 19b a través de un primer limitador de fluido 1 en forma de un elemento poroso (que genera flujo laminar) y a través de un segundo limitador de fluido 2 en forma de orificio, antes de que vuelva a entrar en el conducto 18b primario y salga del conducto 18b. Cuando la viscosidad (p) del fluido (F) fluye, la presión p2 en la cámara B en el conducto 19b secundario, definida por los dos limitadores de fluido, también cambia como se describió anteriormente. Por ejemplo, si un flujo F de petróleo se reemplaza por agua, la viscosidad disminuye y la presión p2 aumenta (como se explicó anteriormente con referencia a las figuras 1a y 1b).

La figura 2 muestra además (esquemáticamente) que un accionador 5b está dispuesto en la cámara B. El accionador 5b está conectado a través de medios de transmisión 6 (por ejemplo, enlace hidráulico, enlace mecánico o cable de señal) a la válvula 4b. Cuando la viscosidad (p) del fluido cambia como se describió anteriormente, la diferencia en los valores para p2 (AP2, ver figura 1b) imparte una fuerza de actuación en el accionador 5b, que a su vez opera (por ejemplo, cierra) la válvula 4b. Por lo tanto, los conductos y los limitadores de fluido pueden configurarse y dimensionarse de modo que (cuando se debe evitar el avance) la válvula 4b se cierra automáticamente cuando la viscosidad (p) del fluido (F) cae por debajo de un nivel predeterminado. Por lo tanto, en una aplicación petrolera, este dispositivo evita el ingreso de agua y/o gas no deseado a una cadena de producción.

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Otra realización del dispositivo de control de flujo inventado se ilustra esquemáticamente en la figura 3. Una carcasa 3c está dispuesta en una trayectoria de flujo entre un depósito de fluido R y el interior de una tubería S de producción. La carcasa comprende una entrada 7 en comunicación fluida con el depósito R y una salida 8 en comunicación fluida con la tubería S de producción. Dentro de la carcasa 3c hay un miembro de válvula 4c en forma de un cuerpo o pistón móvil (en lo sucesivo también denominado generalmente cuerpo). El cuerpo 4c está soportado en la carcasa 3c por un fuelle 9c, que comprende un elemento estructural y elástico tal como un muelle helicoidal (no mostrado). El cuerpo 4c comprende un primer limitador de fluido 1 en forma de un miembro poroso. El cuerpo 4c y el fuelle 9c definen una cámara B dentro de la carcasa 3c, y un segundo limitador de fluido 2 en forma de un orificio proporciona una salida de fluido desde la cámara B.

En uso, un flujo de fluido F (por ejemplo, petróleo de un depósito subterráneo) entra en la carcasa 3c a través de la entrada 7. Dentro de la carcasa 3c, el mayor flujo de porción Fo del fluido F sigue un conducto 18c primario antes de salir de la carcasa 3c a través de la salida 8 y fluye hacia la tubería S de producción. La porción restante f del fluido F fluye a través del miembro poroso 1 en el cuerpo 4c y en un conducto 19c secundario definido por la cámara B antes de que salga de la cámara B a través del orificio 2, y fluya hacia la tubería S de producción. Si el agua y/o el gas entran en el flujo F causando que la viscosidad p global baja, la diferencia resultante en los valores para p2 (AP2, ver figura 1b) sirve para ejercer una presión contra una superficie corporal 5c. Este cambio de presión, que actúa sobre la superficie del cuerpo 5c, genera una fuerza motriz que sirve para cerrar el cuerpo 4c contra la entrada 7, impidiendo así que el fluido entre en la carcasa 3c.

La figura 4 ilustra aún otra realización del dispositivo de control de flujo inventado. La carcasa 3d comprende una parte superior 11d y una parte inferior 12d, unidas entre sí mediante una conexión roscada 20 y que tiene juntas (por ejemplo, juntas tóricas) 16b. La carcasa 3d tiene una entrada 7 y salidas 8 dispuestas radialmente. Un miembro 4d está dispuesto para el movimiento (en la figura: arriba y abajo) dentro de la carcasa. Las juntas tóricas 16a sellan entre el elemento móvil y la pared interior de la carcasa. De este modo, una cámara B está definida por el miembro móvil 4d. El miembro movible 4d (en esta realización: un pistón) comprende un primer limitador de fluido 1 en forma de un miembro poroso y un segundo limitador de fluido 2 en forma de un orificio.

Esta realización del dispositivo de control de flujo también comprende un elemento 32 limitador de fluido, aquí en forma de una cara que sirve para estrangular progresivamente el flujo fuera del orificio 2 cuando el pistón 4d móvil se mueve hacia la superficie de sellado 14.

En uso, un flujo de fluido F (por ejemplo, petróleo de un depósito subterráneo) entra en la carcasa 3d a través de la entrada 7. Dentro de la carcasa 3d, la porción principal Fo del fluido F sigue un conducto primario 18d antes de que salga de la carcasa 3d a través de las salidas 8. Una porción f del fluido F fluye a través del miembro 1 poroso en el pistón 4d y en una conducción secundaria 19d definida por la cámara B antes de que salga de la cámara a través del orificio 2, y se mezcle con el flujo del conducto primario. En esta realización del dispositivo de control, la diferencia en los valores para p2 (AP2) a medida que cambia la viscosidad p del fluido, sirve para ejercer una presión contra la superficie del pistón 5d. Este cambio de presión, que actúa sobre la superficie del pistón 5d, genera una fuerza motriz que sirve para cerrar el pistón 4d contra la entrada 7. Las superficies de sellado 14 y 15 se unen y así evitan sustancialmente que el fluido entre en la carcasa 3d.

La figura 5 ilustra una realización adicional del dispositivo de control de flujo inventado. La carcasa 3e comprende una parte 11e superior y una parte 12e inferior, unidas entre sí por una conexión 20 roscada y que tiene juntas (por ejemplo, junta tórica) 16a. La carcasa 3e tiene una entrada 7 y salidas 8 dispuestas radialmente. Un miembro 4e está dispuesto para el movimiento (en la figura: arriba y abajo) dentro de la carcasa 3e, guiado por una estructura 17 de soporte. El fuelle resiliente 9e se extiende entre el miembro móvil 4e y la carcasa 12e inferior, formando así una cámara B junto con el miembro 4e móvil. El miembro 4e móvil comprende un primer limitador de fluido 1 en forma de un elemento poroso, y la carcasa 12e inferior comprende un segundo limitador de fluido 2 en forma de un orificio.

En uso, un flujo de fluido F (por ejemplo, petróleo de un depósito subterráneo) entra en la carcasa 3e a través de la entrada 7. Dentro de la carcasa 3e, la porción principal Fo del fluido F sigue un conducto 18d primario antes de que salga de la carcasa 3e a través de las salidas 8. Una porción f del fluido F fluye a través del miembro 1 poroso en el miembro móvil 4e y en un conducto 19e secundaria definida por la cámara B antes de que salga de la cámara B a través del orificio 2. En esta realización del dispositivo de control, la diferencia en valores para p2 (AP2, ver figura 1b) a medida que cambia la viscosidad p del fluido, está sirviendo para ejercer una presión contra una superficie 5e en el miembro móvil y para cerrar el miembro 4e móvil contra la entrada 7. Las superficies de sellado 14, 15 se juntan y así evitan sustancialmente que el fluido F ingrese a la carcasa 3e.

La figura 6 ilustra una realización adicional del dispositivo de control de flujo inventado. La carcasa 3f comprende una parte superior 11f y una parte 12f inferior que están unidas entre sí para formar un conducto 18f primario que corre a lo largo de las paredes interiores de la carcasa 3f desde la entrada 7 a salidas 8 dispuestas radialmente. La unión de las dos partes 11f, 12f puede obtenerse, por ejemplo, mediante conexión por tornillo o soldadura (no mostrada). Un miembro 4f en forma de pistón está dispuesto para el movimiento de traslación (en la figura: arriba y abajo) dentro de la carcasa 3f, guiado por una estructura de soporte adecuada formando así una cámara B situada entre una superficie inferior 5f del miembro 4f y las paredes internas de la parte 12f inferior. El miembro 4f movible comprende un primer limitador de fluido 1 en forma de un miembro poroso y un segundo limitador 2b de fluido en

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forma de un orificio, formando así un segundo conducto 19f definido por la cámara B. Tanto el primero 1 como el segundo limitador 2b se extienden axialmente a través del miembro 4f. El tamaño de la abertura del orificio 2b puede ser ventajosamente de anchura radial variable. Asimismo, la carcasa 12f inferior puede comprender otro segundo limitador de fluido 2c en forma de un orificio. En otra realización más, se puede disponer un filtro 22 apropiado en una o más de las salidas 8 para evitar que entren impurezas tales como partículas y así bloquear o limitar el flujo. El miembro 4f móvil y la carcasa inferior 12f están configurados para formar un elemento limitador de fluido o área 32a, aquí en forma de una abertura de esquina, que sirve para estrangular progresivamente el flujo del orificio 2b, 2c a medida que la presión se acumula en la cámara B y en el área 32a del limitador de fluido. El propósito de las protuberancias 23 ilustradas es evitar el cierre completo de los orificios 2 durante el flujo de las fases fluidas que tienen viscosidades menores que las fases deseadas, tales como el petróleo.

En uso, un flujo de fluido F (por ejemplo, petróleo de un depósito subterráneo) entra en la carcasa 3f a través de la entrada 7. Dentro de la carcasa 3f, la porción principal Fo del fluido F sigue un conducto 18f primario antes de que salga de la carcasa 3f a través de las salidas 8. Una porción menor f del fluido F fluye a través del miembro 1 poroso en el miembro 4f móvil y en la cámara B antes de que salga de la cámara B a través del orificio 2b ubicado en el miembro 4f móvil y/o el orificio 2c ubicado en la parte 12f inferior. También en la realización del dispositivo de control que se muestra en la figura 6, la diferencia de valores para p2 (AP2, ver figura 1b) a medida que cambia la viscosidad |j del fluido, está sirviendo para ejercer una presión contra la superficie 5f inferior en el miembro móvil 4f y para cerrar el miembro móvil 4f contra la entrada 7. Las superficies de sellado 14, 15 en las paredes interiores de la parte 11f superior y la superficie superior del miembro 4f móvil, respectivamente, se unen de manera sustancial impidiendo que el fluido F entre en la carcasa 3f. Debido a su efecto de estancamiento de refuerzo, el área del limitador 32a de fluido contribuye a un cierre más eficiente del conducto primario 18f durante la entrada de fases fluidas que tienen bajas viscosidades.

La Figura 7 ilustra una realización adicional del dispositivo de control de flujo inventado. La carcasa 3g constituye una parte integral donde su interior está construido para formar un conducto 18g primario que discurre a lo largo de las paredes interiores de la carcasa 3g desde la entrada 7 a una o más salidas 8 dispuestas radialmente. Un miembro desplazable por traslación 4g dispuesto dentro de la carcasa 3g está compuesto de una parte 4gu superior y una parte 4gl inferior, por ejemplo, unidas entre sí mediante una conexión roscada (no mostrada) y obturaciones (por ejemplo, juntas tóricas) 16g. Las partes superiores 4gu e inferiores 4gl del miembro 4g pueden guiarse por una estructura de soporte apropiada (no mostrada) y configurarse para movimientos relativos dirigidos opuestos (en la figura: arriba y abajo) dentro de la carcasa 3g. De este modo, una cámara B está definida por las paredes interiores del miembro 4g. El miembro 4g (en esta realización: un pistón) comprende además un primer limitador de fluido 1 en forma de un elemento poroso y dos segundos limitadores 2b, 2c de fluido, por ejemplo, en forma de una variable y un orificio fijo, respectivamente, formando así un segundo conducto 19g definido por la cámara B. Alternativamente, el dispositivo de control puede tener solo un orificio 2 de tipo variable 2b o tipo fijo 2c, o dos limitadores 2 de fluido del mismo tipo. En cuanto a la realización mostrada en la figura 6, puede disponerse un filtro 22 en una o más de las salidas 8 para evitar que entren impurezas tales como partículas y así bloquear o limitar el flujo. El propósito de los salientes 23 ilustrados es evitar el cierre completo del orificio 2c durante el flujo de las fases fluidas con viscosidades menores que las fases deseadas, tales como el petróleo.

En uso, un flujo de fluido F (por ejemplo, petróleo de un depósito subterráneo) entra en la carcasa 3g a través de la entrada 7. Dentro de la carcasa 3g, la porción principal Fo del fluido F sigue un conducto 18g primario antes de que salga de la carcasa 3g a través de la(s) salida(s) 8. Una porción f del fluido F fluye a través del miembro 1 poroso dispuesto en el miembro 4g móvil y en la cámara B antes de que salga de la cámara B a través del orificio 2b ubicado en la parte superior 4gu del miembro móvil 4g y/o el orificio 2c ubicado en la parte inferior 4gl del miembro 4g móvil. También en esta realización del dispositivo de control, la diferencia en los valores para p2 (AP2, ver figura 1b) a medida que cambia la viscosidad j del fluido, está sirviendo para ejercer una presión contra las superficies 5g en las paredes interiores del miembro 4g móvil y por lo tanto para cerrar la parte superior 4gu contra la entrada 7. Las superficies 14,15 de sellado se unen de esta manera, impidiendo sustancialmente que el fluido F ingrese la carcasa 3g.

La figura 8 ilustra una realización adicional del dispositivo de control de flujo inventado. La carcasa 3h constituye una parte donde su interior está construido para formar un conducto primario 18h que corre a lo largo de las paredes interiores de la carcasa 3h desde una entrada 7 tangencial a una salida 8. Un miembro 4h, en este ejemplo formado como un pistón, se dispone mediante juntas 16h apropiadas en el interior de la carcasa 3h, formando así una cámara B entre una superficie 5h superior del miembro 4h y las paredes interiores superiores en la carcasa 3h. El miembro 4h puede ser móvil (en esta realización: un pistón que sube y baja) o que comprende fuelles (o cualquier otro medio estirable) que se extiende al menos parcialmente sobre la sección transversal radial establecida por las paredes interiores del miembro 4h. Alternativamente, el miembro 4h puede ser una combinación de fuelles/medios extensibles y materiales más rígidos. El miembro 4h puede comprender, además, opcionalmente, uno o más segundos limitadores 2 de fluido en forma de orificio(s) localizado(s), por ejemplo, en el centro del miembro 4h. Además, uno o más conductos 24 se extienden dentro de la carcasa 3h desde la salida 8 a la cámara B que tiene elementos 1 opcionalmente porosos dispuestos en el o los conductos 24. Los remolinos inducidos en la salida 8 crean un área de alta presión que da como resultado una presión más alta en la cámara B, y por lo tanto un cierre

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más eficiente. Si uno o más segundos limitadores 2 de fluido están presentes junto con dicho(s) conducto(s) 24, el dispositivo constituye un conducto 19h secundario para el flujo de una porción menor f del fluido F.

En uso, un flujo de fluido F (por ejemplo, petróleo de un depósito subterráneo) entra en la carcasa 3h a través de la entrada tangencial 7. Dentro de la carcasa 3h, el fluido F sigue un conducto primario 18 h antes de que salga por la salida 8, induciendo un área de alta presión con remolinos. Una parte menor f del fluido F puede fluir en el(los) conducto(s) 24, opcionalmente a través de cualquier miembro(s) 1 poroso, más dentro de la cámara B y hacia afuera a través del orificio(s) 2 en el miembro 4h. También en esta realización de la invención, la diferencia en los valores de p2 (AP2, ver figura 1b) a medida que la viscosidad p del fluido cambia, sirve para ejercer una presión contra la superficie 5h superior sobre el miembro 4h. Las superficies 14, 15 de sellado se unen y así evitan sustancialmente que el fluido F ingrese la carcasa 3h. Alternativamente, si no hay segundos limitadores 2 de fluido en el miembro 4h, la presión de estancamiento creada en un área 33 de estancamiento y en la cámara B todavía forzaría efectivamente al miembro 4h hacia abajo y así evitaría sustancialmente que el fluido F ingrese la carcasa 3h, ya sea por un movimiento rígido o por expansión del fuelle hacia abajo, o una combinación de los mismos.

La figura 9 ilustra otra realización de un dispositivo de control de entrada en donde la carcasa 3i está construida como una cámara B que tiene una entrada 7 y una salida 8 que constituye un primer limitador 1 de fluido en forma de un orificio y un segundo limitador 2 de fluido en forma de una abertura que tiene un material poroso insertado, respectivamente, formando así un segundo conducto 19i definido por la cámara B. Excepto por la introducción de un material poroso en la salida 8 que crea un flujo principalmente laminar en su lado aguas abajo durante el uso, y la construcción del orificio en la entrada 7 crea un flujo principalmente turbulento en su lado aguas abajo durante el uso, la construcción estructural del dispositivo es similar o idéntica al dispositivo divulgado en la publicación US 2011/0067878 A1.

En uso, un flujo F de fluido entra en la carcasa 3i a través de la entrada/orificio 7,1. Si la viscosidad del fluido que fluye es suficientemente alta, tal como petróleo, un elemento/accionador 4i de desplazamiento traslacional que comprende un pistón 24 y un resorte 25 unidos por juntas 16i apropiadas dentro de una segunda cámara 26, está en una posición abierta, es decir, un elemento de válvula 27 que bloquea la salida 8 ha sido levantado por el accionador 4i. Esto es una consecuencia de la alta presión correspondiente p) formada dentro de la cámara B debido a la alta resistencia establecida por el segundo limitador de fluido en la salida 8, que nuevamente causa el movimiento hacia arriba del pistón 24. Asimismo, los fluidos con una viscosidad suficientemente baja tales como agua o gas no crearían suficiente presión en la cámara B para mantener el pistón 24 en una posición elevada, provocando así un cierre de la salida 8. Una cámara superior 28 se muestra encima del pistón que se establece en comunicación fluida con el exterior de la carcasa 3i a través de un conducto superior 29, asegurando así una fuerza descendente constante del accionador 4i correspondiente a la presión exterior predominante (pi).

La figura 10 ilustra una realización alternativa como la descrita anteriormente para la figura 9 en la que el material 1 poroso que asegura el flujo laminar durante el uso está dispuesto en su lugar dentro del conducto superior 29, y se introduce un canal/boquilla 30 que se extiende desde la cámara 28 superior y al área de salida 31 situadas aguas abajo de la salida 8. En esta realización, el conducto 19j secundario corresponde al flujo a través del conducto 29 superior y el canal/boquilla 30

En uso, un flujo de fluido F entra en la carcasa 3j a través del conducto 29 superior y el material 1 poroso, y adicionalmente a través del canal/boquilla 30 en el área de salida 31. El material 1 poroso y el canal/boquilla 30 actúan, así como el primer limitador 1 de flujo y el segundo limitador 2 de flujo, respectivamente, mientras que la cámara 28 superior tiene la misma función que la cámara B en la figura 9. Si fluyen fluidos con una viscosidad suficientemente alta como petróleo al conducto 29, el elemento móvil/accionador 4j está en una posición abierta ya que la elevada resistencia al flujo del material 1 reactivo crea una presión correspondientemente baja en la cámara 28 superior, es decir, no suficiente para forzar al miembro de válvula 24 hacia abajo y de este modo causar un cierre de la salida 8. Por otro lado, si fluyen fluidos con una viscosidad suficientemente baja tal como agua o gas en el conducto 29 superior, la baja resistencia del material 1 poroso provoca una presión correspondientemente alta en la cámara 28 superior suficiente para crear una presión sobre la superficie 5j del accionador 4j para mover el elemento 24 de válvula hacia abajo, cerrando así la salida 8.

La figura 11 ilustra una realización adicional del dispositivo de control de flujo inventado en donde la carcasa 3k está construida con una cámara 28 de accionamiento en su interior. El dispositivo comprende además una entrada 7, un conjunto de entrada secundario 7', una salida 8 y un elemento móvil/accionador 4k situado dentro de la cámara 28 de accionamiento, cuyo accionador 4k comprende un pistón 24 y un resorte 25 conectados a las paredes interiores de la cámara 28 mediante los sellos 16k apropiados.

El conjunto de entrada 7' está dispuesto aguas arriba del accionador 4k y está construido con una cámara de presión B que tiene una abertura situada opuesta con un material 1 poroso. Además, se introducen uno o más canales/boquillas 30 que se extienden desde la cámara B y completamente a través o alrededor del accionador 4k, formando así un segundo conducto 19k definido por el conjunto de entrada secundario y el uno o más canales/boquilla 30. Excepto por la introducción de un material 1 poroso en el conjunto de entrada secundario 7', formando así un flujo principalmente laminar en la cámara de presión B durante el uso, y la introducción de canal(es)/boquilla(s) 30 a través o alrededor del elemento móvil/accionador 4k, formando así un flujo principalmente

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turbulento durante el uso, el diseño estructural del dispositivo es similar o idéntico al dispositivo descrito en la publicación US 2011/0198097 A1. En uso, un flujo de fluido principal Fo entra en un conducto primario 18k a través de una entrada primaria 7, y un flujo de fluido menor f entra en la cámara de presión B a través del material 1 poroso, más allá en la cámara de accionador 28, posteriormente a través de los canales/boquillas o boquillas 30 y finalmente a través de la salida 8 con el flujo de fluido principal Fo. El material 1 poroso y el(los) canal(es)/boquilla(s) 30 actúan, así como el primer limitador 1 de flujo y el segundo limitador 2 de flujo, respectivamente, y la cámara de presión B tiene la misma función que la cámara B en la figura 10. Si fluyen fluidos con una viscosidad suficientemente alta como el petróleo a la cámara de presión B el elemento móvil/accionador 4k está en una posición abierta ya que la alta resistencia al flujo inducida por el material 1 poroso ocasiona una presión correspondientemente baja p) en la cámara de presión B, es decir, no es suficiente para forzar el pistón 24 lateralmente y por lo tanto resulta en un cierre de la salida 8. Por otro lado, si fluyen fluidos con una viscosidad suficientemente baja, como agua o gas, a la cámara de presión B, la resistencia inferior establecida por el material 1 poroso se compara con el fluido de alta viscosidad, y la resistencia correspondientemente alta en el canal/boquilla 30, provoca una presión correspondientemente alta en la cámara de presión B suficiente para mover el pistón 24 lateralmente y cerrando así la salida 8.

La figura 12 ilustra una realización adicional del dispositivo de control de flujo inventado. La carcasa 31 comprende una parte superior 11l (líneas inclinadas a la izquierda) y una parte 121 inferior (líneas inclinadas a la derecha), unidas entre sí mediante una conexión 20 roscada. Diversas juntas 16a-c (por ejemplo, juntas tóricas) se ilustran en la figura para evitar la fuga de fluido entre las partes 11l, 12l superior e inferior. La carcasa 31 tiene una entrada 7 y salidas 8 dispuestas radialmente, configurando de este modo un conducto primario 181 para el fluido F. Un miembro 41 está dispuesto para el movimiento (en la figura: arriba y abajo) dentro de la carcasa 31, guiado por una estructura de soporte 17. Además, un conducto 191 secundario está dispuesto desde la entrada 7 y se extiende a lo largo de las paredes interiores de la carcasa 31, a través de una cámara B situada debajo del miembro 41, que está en el lado del miembro 41 opuesto al conducto 181 primario, y termina en comunicación de fluido con el exterior de la carcasa 31 en la parte 121 inferior. Un primer limitador de fluido 1 en forma de un elemento poroso y un segundo limitador de fluido 2 en forma de un orificio están situados cerca de la entrada 7 en la parte 11l superior.

En uso, un flujo de fluido F (por ejemplo, petróleo de un depósito subterráneo) entra en la carcasa 31 a través de la entrada 7. Dentro de la carcasa 31, la porción principal Fo del fluido F sigue al conducto 181 primario antes de que salga de la carcasa 31 a través de la(s) salida(s) 8. Una porción f del fluido F fluye a través del miembro 1 poroso al interior del conducto 191 secundario, luego entra en la cámara B situada debajo del miembro 41 y finalmente sale de la cámara B a través del orificio 2. En esta realización del dispositivo de control, la diferencia en los valores para p2 (AP2, ver figura 1b) a medida que cambia la viscosidad p del fluido, está sirviendo para ejercer una presión contra una superficie 51 en el miembro móvil y para cerrar el miembro 41 móvil contra la entrada 7. Las superficies 14, 15 de sellado se juntan y así evitan sustancialmente que el fluido F ingrese al conducto 181.

Obsérvese que, para todas las realizaciones anteriores, la invención no está limitada a un material específico tal como un miembro poroso para el primer o el segundo limitador de fluido o una geometría específica tal como un orificio para el otro limitador de fluido. De hecho, cualquier elección de material y/o geometría es posible siempre que uno de los limitadores cree un flujo principalmente laminar y el otro limitador crea un flujo principalmente turbulento durante el uso. Además, incluso si se usan palabras direccionales como arriba, abajo, abajo, arriba, de lado, etc. con referencia a los dibujos, Debe entenderse que estas palabras se usan solo por claridad y no deben interpretarse como que limitan la posición direccional del dispositivo de control de la invención.

Todas las realizaciones del dispositivo de control de flujo inventado descrito anteriormente son autónomas porque se mueven (para cerrar o abrir una entrada de fluido) con base en una propiedad cambiante (por ejemplo, viscosidad p) del fluido. El miembro 1 poroso, el orificio 2 y las dimensiones internas de la carcasa 3a-k pueden diseñarse para adaptarse a diversas aplicaciones.

Para un primer ejemplo, se hace referencia a las figuras 13a y 13b, mostrando fuerzas (E) que actúan sobre el pistón móvil 4b-k en un dispositivo de control de flujo autónomo configurado para detener el ingreso de agua a la fase de flujo de petróleo deseada en función de la caída de presión (pi - p3) a través del dispositivo de control de flujo. Eo denota la fuerza que abre el dispositivo de control, mientras que Ec denota la fuerza que cierra el dispositivo. Se observa que, mientras el dispositivo de control de fluido está abierto cuando se somete al petróleo (Eo> Ec) figura 13a), se cierra casi instantáneamente cuando se somete al agua (Eo <Ec) figura 13b).

Para un segundo ejemplo, se hace referencia a la figura 14, que muestra las fuerzas (E) que actúan sobre el pistón móvil en un dispositivo autónomo de control de flujo configurado para detener cualquier entrada de fluido cuando el diferencial de presión excede un límite dado. Eo denota la fuerza que abre el dispositivo de control, mientras que Ec denota la fuerza que cierra el dispositivo. Se observa que el dispositivo de control de fluido se cierra a una caída de presión (pi - p3) de aproximadamente 8 bar.

Estos ejemplos están destinados a ilustrar la función del dispositivo de control de flujo de entrada inventado. Debe entenderse que los limitadores 1,2 de flujo de fluido pueden estar dispuestos y configurados de manera diferente, por ejemplo, esencialmente invertido en la trayectoria del flujo, si el dispositivo está destinado a ser utilizado en un depósito de gas y es deseable evitar que el agua entre en la producción.

Debe entenderse que el dispositivo de control de flujo inventado también puede estar dispuesto y configurado para controlar y evitar el flujo de entrada de otros fluidos, tales como CO2 (que se ha inyectado en el depósito) y vapor (inyectado en conexión, por ejemplo, el llamado Drenaje por Gravedad Asistido por Vapor (SAGD) de petróleo pesado) y el agua en pozos productores de gas.

5 Aunque la invención se ha descrito con referencia al control de fluidos de pozo (tales como petróleo, gas, agua) de un depósito subterráneo, el experto comprenderá que el dispositivo y el método inventados son útiles en cualquier aplicación en la que el objetivo sea controlar el flujo de fluido en función de las propiedades (por ejemplo, viscosidad, densidad) de los diversos fluidos en el flujo para evitar que fluidos no deseados ingresen a un flujo de fluido. Ejemplos de tales aplicaciones son pozos de inyección, procesos de separación y trampas de vapor.

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REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de control de flujo de fluido que comprende una carcasa (3a-1), y

una trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario localizado dentro de la carcasa (3a-1) que comprende

una entrada (7) de fluido que tiene una primera presión P1 de fluido y al menos una salida (8) de fluido que tiene una tercera presión P3 de fluido, en donde al menos una trayectoria de flujo (19b-l) secundario está dispuesta en comunicación fluida con la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario,

la trayectoria (19b-l) de flujo secundario que comprende

un primer limitador (1) de flujo de fluido y un segundo limitador (2) de flujo de fluido que sirve como un puerto de entrada a una cámara (B) y un puerto de salida de la cámara (B), respectivamente, el primer limitador (1) de flujo de fluido y el segundo limitador (2) de flujo de fluido están configurados para generar diferentes características de flujo de fluido basadas en diferentes propiedades del fluido;

la cámara (B), que tiene una segunda presión P2 de fluido, se define además por medios (5, 5b-j, 51) de accionamiento que responden a los cambios (AP2) de presión del fluido inducidos por el limitador en la cámara (B) que ocurre cuando cambia una propiedad del fluido,

los medios (5, 5b-j, 51) de accionamiento están conectados operativamente a al menos un dispositivo (4b-l) de válvula en forma de un elemento móvil dispuesto dentro de la carcasa (3a-l) entre la entrada (7) de fluido y la al menos una salida (8) de fluido,

qué dispositivo (4b-l) de válvula se puede mover entre una posición abierta en la que la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j- 181) de flujo primario está abierta y una posición cerrada en la que la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario está cerrada,

en donde el dispositivo (4b-I) de válvula está desviado hacia la posición abierta debido a la primera presión de fluido P1 y hacia la posición cerrada debido a dichos cambios (AP2) de presión de fluido inducidos, y

en donde el primer limitador (1) de flujo de fluido y/o el segundo limitador (2) de flujo de fluido es una parte de dicho dispositivo (4b-I) de válvula.
2. Dispositivo de control de flujo de fluido según la reivindicación 1, en donde uno de los limitadores (1,2) de flujo de fluido provoca un aumento de presión en la cámara (B) cuando el flujo cambia a fluidos que tienen una viscosidad global que es menor que el fluido inicial durante el uso.
3. El dispositivo de control de flujo de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde la al menos una trayectoria (19b-l) de flujo secundaria está dispuesta al menos parcialmente paralela a la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario.
4. El dispositivo de control de flujo de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el primer limitador (1) de flujo de fluido y el segundo limitador (2) de flujo de fluido están configurados para imponer sus respectivas características de flujo de fluido diferentes con base en diferentes propiedades de fluido.
5. El dispositivo de control de flujo de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el primer limitador (1) de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo sustancialmente laminar sobre un fluido que fluye a través del limitador, y el segundo limitador (2) de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo sustancialmente turbulentas en un fluido que fluye a través del limitador.
6. El dispositivo de control de flujo de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el primer limitador (1) de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo basadas en la viscosidad del fluido, y el segundo limitador (2) de flujo de fluido está configurado para imponer características de flujo basadas en la densidad del fluido.
7. Dispositivo de control de flujo de fluido según una de las reivindicaciones anteriores, en donde uno de los limitadores (1, 2) de flujo está compuesto, al menos parcialmente, de un material que provoca un cambio de presión entre los lados aguas arriba y aguas abajo que es proporcional a la viscosidad global del fluido durante la producción de fluido.
8. Dispositivo de control de flujo de fluido según la reivindicación 7, en donde el otro de los dos limitadores (1, 2) de flujo está construido para asegurar que el cambio de presión entre los lados aguas arriba y aguas abajo sea proporcional a la densidad del fluido durante la producción de fluido.

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9. El dispositivo de control de flujo de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el dispositivo (4b-I) de válvula está dispuesto para cerrar la trayectoria (18bd, 18f-h, 18j-18l) de flujo primario.
10. Dispositivo de control de flujo de fluido según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (4d- l) de válvula comprende un pistón móvil dispuesto para el movimiento deslizante dentro de la carcasa (3d-l).
11. El dispositivo de control de flujo de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un elemento o área (32d, f) limitadora de fluido configurada para estrangular progresivamente el flujo del segundo limitador (2) de fluido a medida que el dispositivo (4d, f) de válvula se mueve hacia una posición de cierre.
12. Dispositivo de control de flujo de fluido según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (4c, e) de válvula comprende un cuerpo móvil conectado mediante un fuelle (9c, e) flexible a las paredes interiores de la carcasa (3c, e).
13. Un método para controlar el flujo (F) de fluido a través de una carcasa (3b-1) en función de los cambios en las propiedades del fluido, en donde el flujo (F0) de una porción principal del flujo (F) de fluido sigue una trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario que se extiende desde una entrada (7) de fluido que tiene una primera presión P1 de fluido a al menos una salida (8) de fluido que tiene una tercera presión P3 de fluido, caracterizada por:

- permitir que fluya un flujo (f) de porción menor del fluido (F) en una trayectoria (19b-l) de flujo secundario, a través de un primer limitador (1) de flujo de fluido en una cámara (B) que tiene una segunda presión P2 de fluido, y más lejos de la cámara (B) a través de un segundo limitador (2) de flujo de fluido;

- utilizar el cambio (AP2) de presión inducida por el limitador en la cámara (B), que ocurre cuando cambia una propiedad del fluido, para operar un dispositivo (4b-I) de válvula en forma de un elemento móvil que cierra el flujo dentro de la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-181) de flujo primario durante el uso, qué dispositivo (4b-I) de válvula se puede mover entre una posición abierta en la que la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-l) de flujo primario está abierta y una posición cerrada en la que la trayectoria (18b-d, 18f-h, 18j-l) de flujo primario está cerrada,

en donde el dispositivo (4b-I) de válvula está desviado hacia la posición abierta por la primera presión P1 de fluido y hacia la posición cerrada debido a dichos cambios (AP2) inducidos de presión de fluido, y

en donde el primer limitador (1) de flujo de fluido y/o el segundo limitador (2) de flujo de fluido es una parte de dicho dispositivo (4b-I) de válvula.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el primer limitador (1) de flujo de fluido causa una disminución en la diferencia de presión a través del limitador (1) cuando el flujo cambia de fluido compuesto de fases principalmente deseadas a fluido compuesto de fases principalmente no deseadas durante el uso.
15. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 13-14, que comprende además generar un flujo sustancialmente laminar por el primer limitador (1) de flujo de fluido y generar un flujo sustancialmente turbulento por el segundo limitador (2) de flujo de fluido.