ES2882601T3 - Válvula de fuelle y válvula de inyección - Google Patents

Abstract

Una válvula de fuelle que comprende: - un primer fuelle (10a) conectado a un primer elemento de tapa (9) en un extremo y a un primer lado (11a) de un elemento de soporte (11) en el otro extremo; y - un segundo fuelle (10b) conectado a un segundo elemento de tapa (12) en un extremo y a un segundo lado (11b) de dicho elemento de soporte (11) en el otro extremo; - formando de ese modo cavidades de fuelle primera y segunda (15a, b) respectivas en el interior de cada fuelle; y - un orificio (14) dispuesto para interconectar de manera fluida las cavidades de fuelle primera y segunda y formado en el elemento de soporte (11); y - un dispositivo de válvula de fuelle interno (16) dispuesto para abrir y cerrar de manera selectiva el orificio (14), en la que el dispositivo de válvula de fuelle interno (16) comprende elementos de sellado de válvula primero y segundo (19a, b) dispuestos para coincidir de manera selectiva con asientos de válvula primero y segundo (14a, b) respectivos para cerrar el orificio (14), y los elementos de sellado de válvula (19a, b) están interconectados a través de un elemento de conexión (17), que se extiende a través del orificio (14), y en la que el dispositivo de válvula de fuelle interno (16) comprende elementos resilientes primero y segundo (20a, b) dispuestos en los lados primero y segundo (11a, b) respectivos del elemento de soporte (11) y que tiene porciones respectivas que están acopladas a elementos de sujeción primero y segundo (18a, b) respectivos en el dispositivo de válvula (16).

Description

DESCRIPCIÓN

Válvula de fuelle y válvula de inyección

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de las válvulas, y más particularmente a válvulas de inyección. Más particularmente, la invención se refiere a una válvula de fuelle, tal como se expone en la reivindicación 1.

Antecedentes de la invención

El uso de fuelles se conoce bien en el campo de la ingeniería mecánica. En ese contexto, los fuelles son generalmente receptáculos elásticos que pueden comprimirse y expandirse cuando se someten a presiones positivas y negativas. Estos fuelles están realizados normalmente de un material de metal adecuado y están diseñados para adoptar su forma original cuando se alivian las presiones. Los fuelles de metal se realizan normalmente mediante conformado, electroconformado o mediante soldadura de diafragmas de metal individuales entre sí. Los fuelles de metal soldados se prefieren en general para aplicaciones que requieren alta resistencia mecánica, precisión, sensibilidad y durabilidad. Los materiales de los fuelles soldados pueden ser titanio, acero inoxidable u otro material de alta resistencia mecánica y resistente a la corrosión.

Los fuelles, y en particular los fuelles de metal soldados, tienen muchas aplicaciones, tales como válvulas y sellos mecánicos. Por ejemplo, los fuelles de metal soldados se usan ampliamente en las denominadas válvulas de bombeo neumático que se instalan en pozos de hidrocarburos subterráneos. Los hidrocarburos, tales como petróleo, gas y/o mezclas de los mismos, se encuentran normalmente en yacimientos subterráneos. Estos yacimientos de hidrocarburos naturales se explotan mediante la perforación de uno o más sondeos (pozos) en los yacimientos y la extracción (producción) de los hidrocarburos a través de equipos de proceso y tuberías adecuados. Sin embargo, existen yacimientos de hidrocarburos en los que el flujo natural de hidrocarburos a la superficie no es suficiente para permitir o mantener una producción rentable del pozo. Por ejemplo, esto puede deberse a la viscosidad y/o el peso de los hidrocarburos, o a que la presión en el pozo petrolífero es demasiado baja para contrarrestar la presión hidrostática del fluido en el pozo, así como la contrapresión que las instalaciones de procesamiento en la superficie ejercen sobre el fluido en el pozo petrolífero y/o de gas. El yacimiento de hidrocarburos también puede perder, después de estar en producción durante algún tiempo, la presión que es necesaria para extraer los hidrocarburos del yacimiento.

Por tanto, a lo largo de los años, se han desarrollado varios sistemas y principios para aumentar la producción del pozo con la ayuda de bombeo artificial. Un método de bombeo artificial habitual implica el uso de gas inyectado. En el denominado método de bombeo neumático, se inyecta un gas a alta presión en el espacio anular entre la tubería de revestimiento y la tubería de producción. Se usan válvulas controladas por presión, denominadas válvulas de inyección o válvulas de bombeo neumático, para suministrar y controlar la cantidad de gas que fluye hacia la tubería de producción. La técnica de bombeo neumático más habitual es la de flujo continuo, que es muy similar al flujo natural. En sistemas de bombeo neumático de flujo continuo, el gas que emana de la formación se complementa con alta presión de gas adicional, suministrado desde una fuente externa. El gas externo se inyecta de manera continua en el espacio anular y hacia la tubería de producción, y se mezcla con el flujo de pozo producido. Este procedimiento disminuye la densidad del fluido y el gradiente de presión de flujo de la mezcla, y promueve que el fluido fluya hacia el pozo. También pueden usarse válvulas de bombeo neumático durante una fase de puesta en marcha de un pozo, en la que se encuentra fluido de terminación tanto en el espacio anular del pozo como en la tubería de producción. Para comenzar la producción en un pozo, el fluido de terminación que está en el espacio anular debe desplazarse en primer lugar a través de una o más de las válvulas de bombeo neumático, y hasta la superficie a través de la tubería de producción.

La configuración y disposición de estas válvulas controladas por presión dependerán de varios parámetros. Por ejemplo, dependiendo del tamaño (diámetro) de la tubería de producción y la presión de inyección disponible, se proporcionarán los denominados puntos de inyección de gas en una o más ubicaciones en y a lo largo de la tubería de producción, estando adaptada, por tanto, la configuración específica para cada pozo individual para la inyección óptima de gas. La válvula de funcionamiento por presión, por ejemplo, una válvula de bombeo neumático, se instalará entonces en estos puntos de inyección de gas, en las mismas o en diferentes ubicaciones a lo largo de la dirección longitudinal de la tubería de producción con el objetivo de poder iniciar la inyección de gas, de manera que a través de este “bombeo” artificial se obtenga una producción óptima del pozo.

La(s) válvula(s) de bombeo neumático puede(n) hacerse funcionar o controlarse entonces según varios principios diferentes, por ejemplo, por medio de presión, donde existen diferencias de presión alrededor y/o a través de la válvula que afecta al control de la(s) válvula(s), es decir, la apertura y el cierre de la válvula.

El sitio web www.Drweb.com/releases/high pressure/bellows seal/prwebl 1869363.htm describe que Senior Operations LLC Metal Bellows ha desarrollado un sello de fuelle de alta presión para su uso en aplicaciones de válvula de inyección.

El documento US 6932581 B1 (Messick) da a conocer una válvula de bombeo neumático que puede usarse con un pozo subterráneo, y describe un alojamiento, un vástago de válvula y al menos un fuelle. El alojamiento tiene un puerto que está en comunicación con un primer fluido, y el vástago de válvula responde al primer fluido para establecer un umbral predefinido para abrir la válvula. El/los fuelle(s) forma(n) un sello entre el vástago de válvula y el alojamiento. El/los fuelle(s) se somete(n) a una fuerza que ejerce el primer fluido; y un segundo fluido contenido en el/los fuelle(s) se opone a la fuerza que ejerce el primer fluido. El vástago de válvula se compone de un vástago de gas y un vástago de fluido, y los diámetros de sección transversal de los vástagos de gas y fluido son diferentes. El vástago de gas y el vástago de fluido pueden ser piezas independientes que se acoplan entre sí mediante presión durante la activación, o fabricarse como una sola pieza.

El documento US 3208 398 A (Douglas) describe una válvula de bombeo neumático que tiene una cámara de presión, un diafragma de fuelle sellado superior suspendido debajo de la cámara de presión y que está en comunicación de fluido con la misma, y en la que la cámara de presión y el diafragma de fuelle se cargan a una presión predeterminada por encima de la presión atmosférica. Un conjunto de válvula está unido por debajo del diafragma de fuelle superior e incluye una cámara sellada, y un diafragma de fuelle inferior está suspendido debajo de la cámara y está en comunicación con la misma. Una cabeza de válvula que está configurada para interactuar con un asiento de válvula está unida al extremo inferior del diafragma de fuelle inferior.

El documento WO 2008/150179 A1 (Tveiten, et al.) describe un dispositivo de válvula que comprende una estructura externa con un eje longitudinal y un asiento de válvula, y un cuerpo de válvula montado de manera móvil en el interior de la estructura externa. El dispositivo de válvula comprende un primer dispositivo de fuelle que se permite que se mueva en una dirección sustancialmente radial, en conexión de fluido con un primer fluido, y conectado de manera hidráulica a un segundo dispositivo de fuelle que se permite que se mueva en una dirección sustancialmente axial. El segundo dispositivo de fuelle está conectado a un pistón de primera parte que actúa conjuntamente con un pistón de segunda parte, proporcionando de ese modo al pistón de segunda parte un movimiento dirigido de manera opuesta con respecto al pistón de primera parte, que de ese modo mueve el cuerpo de válvula con respecto al asiento de válvula.

El documento US 2542259 A (O'Leary) describe una válvula que tiene un fuelle elástico que puede expandirse, que actúa conjuntamente con un elemento de válvula. Los documentos US 2797700 A (McGowen), US 2698024 A (Canalizo), US 2610644 A (Carlisle, et al.) describen válvulas de flujo que utilizan fuelles.

El documento WO 2010/062187 A1 (Tveiten, et al.) describe una válvula para su uso en un pozo de gas y/o petróleo en alta mar o en tierra para el objetivo de aumentar la producción del pozo. La válvula comprende una estructura exterior en la que se disponen un primer y un segundo dispositivos de fuelle accionados por presión, estando los dispositivos de fuelle accionados por presión primero y segundo, a través de unos medio de soporte, en comunicación de fluido entre sí. Los medios de soporte están montados de manera fija internamente en la estructura externa, delimitando de ese modo los medios de soporte un espacio abierto y un espacio cerrado para el primer y el segundo dispositivos de fuelle accionados por presión, respectivamente, en el que el espacio cerrado se llena con un fluido a presión, mientras que el espacio abierto está en comunicación de fluido con un fluido circundante. Internamente en los medios de soporte, se proporciona un pistón móvil, permitiéndose que el pistón se mueva en la dirección axial de los medios de soporte. El pistón puede estar configurado además de manera que, junto con el orificio pasante en la cara superior y/o inferior de los medios de soporte, forme un sello de metal con metal, mediante lo cual cuando el pistón se pone en contacto con la cara superior o inferior de los medios de soporte, al primer o al segundo dispositivo de fuelle accionado por presión no se le permitirá un movimiento adicional en su dirección axial. El documento US 7370706 B2 (Becker, et al.) da a conocer un conjunto de fuelles de válvula de bombeo neumático en el que un pistón interno incorporado dentro de los fuelles proporciona prevención contra una carrera excesiva y protección contra una presión excesiva durante el funcionamiento de la válvula, independientemente de las presiones de gas establecidas o de funcionamiento ejercidas sobre la válvula de bombeo neumático. El pistón separa un depósito de amortiguación hidráulica en las convoluciones interiores de los fuelles de la cámara de volumen de gas superior. El pistón recorre una distancia preseleccionada entre dos topes para proporcionar un equilibrio hidráulico amortiguado por fluido a través de las convoluciones del fuelle en las posiciones tanto abierta como cerrada de la válvula.

El documento US 6827 146 B2 (Faustinelli) da a conocer una válvula de bombeo neumático de doble fuelle para asentarse en un mandril de equipo de bombeo neumático en un pozo petrolífero. La válvula comprende una tubería de revestimiento con un estrangulador ajustable instalado en dicho pozo petrolífero; una tubería dentro de dicha tubería de revestimiento, en la que puede moverse un sobrepeso de líquido desde un yacimiento de petróleo hasta una superficie de dicho pozo petrolífero; un fuelle superior que tiene un vástago que se engancha de manera operativa a un primer asiento y teniendo el fuelle superior una primera presión; y un fuelle inferior que tiene un vástago inferior perforado que se engancha de manera operativa a un segundo asiento y teniendo el fuelle inferior una segunda presión que es diferente de la primera presión del fuelle superior.

El documento US 8701779 B2 (Kleppa, et al.) da a conocer un dispositivo de válvula que se emplea en la conexión con pozos de petróleo y gas con el objeto de aumentar la producción del pozo. El dispositivo de válvula comprende un alojamiento externo, en el que al menos una entrada en el alojamiento externo está conectada a una salida a través de una perforación longitudinal en la dirección longitudinal del alojamiento. Entre la entrada y la salida del dispositivo de válvula está montado un asiento de válvula en la perforación, donde un cuerpo de válvula corta la conexión entre la entrada y la salida. La posición del cuerpo de válvula se controla mediante un soporte que está conectado con un dispositivo de fuelle sensible a la presión, que comprende un elemento de fuelle superior y uno inferior. A una presión externa dada, el elemento de fuelle inferior en el dispositivo de fuelle se comprimirá en la dirección axial del dispositivo de válvula, mediante lo cual esta compresión hace que los dos elementos de impacto de los dos elementos de fuelle se muevan uno en relación con el otro, haciendo de ese modo que el cuerpo de válvula se salga del tope con la válvula.

Sumario de la invención

En el presente documento se describen algunas realizaciones y otros ejemplos, mientras que la invención se expone y caracteriza en la reivindicación principal. Las reivindicaciones dependientes describen otras características de la invención.

Por tanto, se proporciona una válvula de fuelle, que comprende:

- un primer fuelle conectado a un primer elemento de tapa en un extremo y a un primer lado de un elemento de soporte en el otro extremo; y

- un segundo fuelle conectado a un segundo elemento de tapa en un extremo y a un segundo lado de dicho elemento de soporte en el otro extremo;

- formando de ese modo cavidades de fuelle primera y segunda respectivas en el interior de cada fuelle; y

- un orificio dispuesto para interconectar de manera fluida las cavidades de fuelle primera y segunda y formado en el elemento de soporte; y

- un dispositivo de válvula de fuelle interno dispuesto para abrir y cerrar de manera selectiva el orificio, en la que el dispositivo de válvula de fuelle interno comprende elementos de sellado de válvula primero y segundo dispuestos para coincidir de manera selectiva con asientos de válvula primero y segundo respectivos para cerrar el orificio, y los elementos de sellado de válvula están interconectados a través de un elemento de conexión, que se extiende a través del orificio, y en la que el dispositivo de válvula de fuelle interno comprende elementos resilientes primero y segundo dispuestos en los lados primero y segundo respectivos del elemento de soporte y que tiene porciones respectivas que están acopladas a elementos de sujeción primero y segundo respectivos en el dispositivo de válvula.

En una realización, el elemento de soporte está configurado preferiblemente para su conexión a una porción interna de un alojamiento de válvula.

En una realización, el primer elemento de tapa tiene forma de disco y está configurado para su conexión a un vástago de válvula. Los elementos de tapa primero y segundo pueden comprender cada uno un medio de junta de estanqueidad circunferencial.

Breve descripción de los dibujos

Estas y otras características de la invención resultarán claras a partir de la siguiente descripción de una forma de realización preferente, proporcionada como ejemplo no restrictivo, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, que no están a escala, en los que:

la figura 1 es un dibujo en sección transversal longitudinal de una válvula de bombeo neumático con una realización del fuelle doble según la presente invención, instalada en un mandril de equipo de bombeo neumático en una tubería de producción;

la figura 2 es un dibujo en sección transversal longitudinal de la válvula de bombeo neumático ilustrada en la figura 1;

la figura 3 es una ampliación de la sección identificada como “A” en la figura 2; y

la figura 4 es un dibujo en sección transversal longitudinal de la válvula de bombeo neumático ilustrada en las figuras 1 y 2, en una posición abierta.

Descripción detallada de una realización preferente

La siguiente descripción puede usar términos tales como “horizontal”, “vertical”, “lateral”, “hacia delante y hacia atrás”, “arriba y abajo”, “superior”, “inferior”, “interior”, “exterior”, “delantero”, “trasero”, etc. Estos términos se refieren en general a las vistas y orientaciones tal como se muestran en los dibujos y que están asociados con un uso normal de la invención. Los términos se usan sólo para la conveniencia del lector y no deben ser limitativos. En el presente documento se describen algunos ejemplos y realizaciones, siendo la invención tal como se describe en las reivindicaciones adjuntas.

La figura 1 ilustra una válvula de bombeo neumático que tiene un alojamiento principal 1, instalada en un mandril de equipo de bombeo neumático 70. El mandril de equipo de bombeo neumático está conectado a (o una parte de) el exterior de una tubería de producción 71 que tiene una pared 72. La tubería de producción está situada en el interior de una tubería de revestimiento que tiene una pared 73 hacia una formación subterránea 74, mediante lo cual se forma un espacio anular 75 entre la pared de tubería de revestimiento 73 y la pared de tubería de producción 72. Estos componentes, su configuración y uso, los conoce bien el experto en la técnica y se ilustran ampliamente en la técnica anterior y, por tanto, no es necesario que se describan adicionalmente en el presente documento. Debe observarse que, aunque las figuras muestran el mandril de equipo de bombeo neumático y la válvula de bombeo neumático instalados en orientación vertical, esto no siempre tiene que ser el caso. Otras orientaciones son posibles y, de hecho, son habituales.

El mandril de equipo de bombeo neumático 70 comprende un puerto de entrada de mandril 76 orientado hacia el espacio anular 75, y se proporciona un puerto de salida de mandril 77 en la pared de tubería de producción 72. Los puertos de entrada de válvula de bombeo neumático 2 están en comunicación de fluido con el puerto de entrada de mandril 76 y el puerto de salida de válvula de bombeo neumático 3 está en comunicación de fluido con el puerto de salida de mandril 77. Los sellos de empaquetadura 78 aíslan los puertos de entrada 2, 76 de los puertos de salida 3, 77 de una manera que se conoce bien en la técnica, definiendo un conducto de flujo de entrada 79 y un conducto de flujo de salida 80. En funcionamiento, los fluidos fluyen hacia el mandril de equipo de bombeo neumático a través del puerto de entrada de mandril 76, a través de los puertos de entrada de válvula de bombeo neumático 2 y hacia una cámara de válvula 22, donde ejercen una presión sobre la válvula, en especial, el disco de válvula 9. Si la presión en los fluidos supera una presión de apertura predeterminada para la válvula de bombeo neumático, el elemento de válvula (es decir, el disco de válvula 9, el vástago de válvula 4 y el elemento de sellado de válvula 5) se moverá axialmente (hacia arriba en la figura 1), mediante lo cual el elemento de sellado de válvula 5 se sale de su asiento de válvula 6 (véase también la figura 2) en el elemento de base de válvula 23 y los fluidos pueden fluir a través del orificio de elemento de base 24, hacia fuera a través del puerto de salida de válvula 3 y hacia el conducto de flujo de salida 80, a través del puerto de salida de mandril 77 y hacia la tubería de producción 71. La figura 1 muestra la válvula de bombeo neumático en la posición cerrada.

La presión de apertura predeterminada mencionada anteriormente para la válvula de bombeo neumático, es decir, la presión a la que el elemento de sellado de válvula 5 se mueve hacia afuera y hacia adentro su asiento de válvula, se determina, entre otras cosas, por las propiedades y características del fuelle al que está conectado el disco de válvula 9. Esto se describirá con más detalle a continuación, con referencia a las figuras 2 y 3.

Tal como se describió anteriormente, la válvula de bombeo neumático ilustrada comprende un alojamiento 1 que tiene varios puertos de entrada 2 y un puerto de salida 3. Debe entenderse que el alojamiento 1 en la realización ilustrada tiene una forma cilíndrica, que es una forma convencional para válvulas de bombeo neumático, pero la invención no se limitará a tales formas. Un elemento de válvula (que comprende, un disco de válvula 9, un vástago de válvula 4 y un elemento de sellado 5), está dispuesto para moverse axialmente (es decir, hacia arriba y hacia abajo en la figura 2, tal como se indica mediante la flecha doble Ma) en el interior del alojamiento 1. El disco de válvula móvil 9 está equipado con una junta de estanqueidad contra la pared de alojamiento 25 (véase la figura 3) de un tipo conocido en sí mismo en la técnica. La figura 2 muestra la válvula en la posición cerrada, con el elemento de sellado 5 asentado en el asiento de válvula 6 en el elemento de base 23. Esta disposición de sellado se conoce bien en la técnica y, por tanto, no es necesario que se describa con detalle adicional en el presente documento. Una guía de vástago de válvula 8, que sólo se indica de manera esquemática en la figura 2, también está conectada al alojamiento 1 y dispuesta entre el disco de válvula 9 y el elemento de base 23. El hueco entre la guía de vástago de válvula 8 y el vástago de válvula 4 se ha exagerado por motivos de ilustración.

El elemento de base 23, que está conectado de manera fija al alojamiento 1, separa la cámara de válvula 22 de la cámara de salida 7. Los puertos de entrada de válvula 2 están en comunicación de fluido con la cámara de válvula 22 y el puerto de salida de válvula 3 está en comunicación de fluido con la cámara de salida 7. Tal como se explicó anteriormente, cuando el elemento de sellado de válvula 5 se sale de su asiento de válvula 6 en el elemento de base 23, pueden fluir fluidos a través del orificio de elemento de base 24 que proporciona comunicación de fluido entre la cámara de válvula 22 y la cámara de salida 7.

Un elemento de soporte 11 está conectado de manera fija al alojamiento 1, por encima del disco de válvula 9, tal como se muestra en las figuras 2 y 3. El elemento de soporte 11 puede tener ventajosamente forma de disco o forma de cilindro, pero también pueden aplicarse otras formas. El elemento de soporte 11 puede fijarse a la pared interior de alojamiento de una manera que es conocida en la técnica. El elemento de soporte 11 comprende un orificio pasante 14, proporcionando de ese modo comunicación de fluido entre los lados de elemento de soporte primero y segundo 11a, b. Las aberturas de orificio en ambos lados están preferiblemente achaflanadas o redondeadas, tal como se muestra en las figuras, proporcionando de ese modo asientos de válvula primero y segundo 14a, b respectivos.

En el orificio 14 está dispuesto un vástago de dispositivo de válvula 17 que está equipado con elementos de sellado de válvula primero y segundo 19a, b, uno en cada lado del elemento de soporte 11. En la realización ilustrada, los elementos de sellado de válvula son elementos en forma de cono, pero debe entenderse que son posibles otras formas.

Los elementos de sellado de válvula 19a, b están situados separados una distancia adecuada; de manera que la distancia d (es decir, entre las regiones en las que los elementos de sellado hacen tope contra sus asientos respectivos) es mayor que la dimensión axial del alojamiento (es decir, el grosor) t del elemento de soporte 11 (véase la figura 3). La diferencia entre esta distancia y el grosor (es decir d - 1) define la cantidad de holgura para el vástago de dispositivo de válvula 17. En las figuras 2 y 3, el vástago de dispositivo de válvula 17 está en su posición de equilibrio, de manera que el orificio 14 está abierto.

En cada extremo del vástago de dispositivo de válvula 17 están dispuestos elementos de sujeción primero y segundo 18a, b, configurados en la realización ilustrada como elementos de placa. Los elementos de sujeción 18a, b están conectados de manera fija al vástago de dispositivo de válvula 17 por medios conocidos, por ejemplo, por medio de una conexión roscada (no mostrada).

Entre el elemento de soporte 11 y cada elemento de sujeción 18a, b están dispuestos resortes helicoidales primero y segundo 20a, b respectivos. Los resortes helicoidales 20a, b sirven como elementos de desplazamiento compresibles y se ensamblan entre cada elemento de sujeción respectivo y el elemento de soporte con una compresión adecuada. Debe entenderse que esta compresión prestablecida, así como la rigidez del resorte, se determina para adecuarse a los criterios de diseño para la válvula de bombeo neumático como tal. Además, pueden usarse otros medios de desplazamiento el lugar de resortes helicoidales.

El movimiento del vástago de dispositivo de válvula 17 comprimirá uno de los resortes helicoidales y relajará el otro. Por ejemplo, cuando el primer elemento de sellado 19a está en la posición de asentamiento tal como se muestra en la figura 3, el primer resorte helicoidal 20a está generalmente comprimido mientras que el segundo resorte helicoidal está generalmente relajado. Las propiedades elásticas de los resortes helicoidales 20a, b pueden ser similares o pueden diferir entre sí, dependiendo de las características de diseño deseadas.

Un primer fuelle 10a rodea el primer resorte helicoidal 20a y su elemento de sujeción 18a, y está unido de manera sellada en un extremo al disco de válvula móvil 9 y en el otro extremo al primer lado 11a del elemento de soporte 11. Por tanto, se forma una primera cavidad de fuelle 15a entre el primer fuelle 10a, el disco de válvula móvil 9 y el primer lado de elemento de soporte 11a.

Un segundo fuelle 10b rodea el segundo resorte helicoidal 20b y su elemento de sujeción 18b, y está unido de manera sellada en un extremo a un disco de tapa móvil 12 y en el otro extremo al segundo lado 11b del elemento de soporte 11. De este modo se forma una segunda cavidad de fuelle 15b entre el segundo fuelle 10b, el disco de tapa móvil 12 y el segundo lado de elemento de soporte 11b. El disco de tapa móvil 12 está equipado con una junta de estanqueidad 25 de un tipo conocido por sí mismo en la técnica y está dispuesto para moverse axialmente (es decir, hacia arriba y hacia abajo en las figuras 2 y 3, tal como se indica mediante la flecha doble Mb).

En la solicitud descrita en la realización ilustrada, los fuelles primero y segundo 10a, b, son fuelles de metal; realizados soldando diafragmas de metal individuales entre sí de una manera que se conoce en la técnica. Los materiales preferidos son titanio, acero inoxidable u otro material de alta resistencia mecánica y resistente a la corrosión, pero la invención no debe limitarse a tales materiales.

En uso, las cavidades de fuelle primera y segunda 15a, b se llenan con un fluido, preferiblemente un fluido incompresible (normalmente, aceite a base de silicona), y están interconectadas de manera fluida a través del orificio 14. El flujo de fluido entre las dos cavidades de fuelle se controla, por tanto, por la posición del vástago de dispositivo de válvula 17 y sus elementos de sellado de válvula 19a, b.

En cada elemento de sujeción 18a, b están dispuestos resortes de accionamiento 21a, b, que sirven como elementos de tope resilientes entre cada elemento de sujeción y el disco de válvula 9 y el disco de tapa 12, respectivamente. La rigidez de los resortes de accionamiento 21a, b puede dimensionarse para adecuarse a la aplicación requerida, de manera individual o de acuerdo con los resortes helicoidales 20a, b respectivos. Por ejemplo, puede ser deseable dimensionar los resortes de accionamiento con una determinada resiliencia de manera que proporcionen una transferencia suave de movimiento entre el disco de válvula y su elemento de sujeción correspondiente, y viceversa. Sin embargo, los resortes de accionamiento 21a, b son opcionales, en tanto que pueden reemplazarse por un objeto macizo (por ejemplo, un resorte con una rigidez muy alta). Además, los resortes de accionamiento pueden omitirse por completo, en cuyo caso el disco de válvula y la tapa de disco experimentarán una distancia de carrera más larga antes de hacer tope contra su elemento de sujeción respectivo. Sin embargo, se prefieren los resortes de accionamiento, con una rigidez apropiada, ya que proporcionan una transferencia suave de movimiento, tal como se describió anteriormente. También debe observarse que el resorte de accionamiento también puede montarse en el disco de válvula y la tapa de disco, en lugar de en los elementos de sujeción tal como se ilustra.

El vástago de dispositivo de válvula 17, los elementos de sujeción 18a, b, los elementos de sellado 19a, b y los resortes de accionamiento 21a, b (opcionales) se denominan en general dispositivo de válvula 16.

El disco de tapa 12 define, junto con una porción superior (véase la figura 2) del alojamiento una cámara sellada 13. Durante el funcionamiento de la válvula de bombeo neumático, esta cámara sellada 13 se llena con un gas (tal como nitrógeno; no se muestra la tapa de llenado). Alternativamente, la cámara sellada 13 puede tener un elemento de resorte (no mostrado) configurado para proporcionar una fuerza deseada contra el disco de tapa 12. Tales cámaras de precarga se conocen en la técnica.

Durante el funcionamiento, cuando entran fluidos en la cámara de válvula 22 (a través de los puertos de entrada de válvula de bombeo neumático 2), ejercen una presión sobre el vástago de válvula 4 y el disco de válvula 9. Esta presión tenderá a mover el disco de válvula 9 (hacia arriba, en las figuras 2 y 3) y, por tanto, ejerce una fuerza de compresión sobre el primer fuelle 10a. Esto, a su vez, reducirá el volumen de la primera cavidad de fuelle 15a, mediante lo cual el fluido en el interior de esta cavidad se forzará a través del orificio 14 (si no está cerrado) y hacia la segunda cavidad de fuelle 15b. La segunda cavidad de fuelle 15b se expandirá, por tanto, porque el segundo fuelle 10b se extiende y el disco de tapa 12 se fuerza (hacia arriba, en las figuras 2 y 3). El movimiento del disco de tapa 12 se contrarresta por la presión de precarga en la cámara sellada 13.

El movimiento del disco de válvula 9 también hará tope contra el primer elemento de sujeción 18a (en la realización ilustrada, a través del primer resorte de accionamiento 21a) y por tanto forzará al vástago de dispositivo de válvula 17 hacia arriba (en las figuras) hasta que el primer elemento de sellado 19a esté asentado en el primer sello de válvula 14a, obstruyendo de ese modo el flujo de fluido a través del orificio 14. Esta posición se muestra en la figura 4. Este movimiento del vástago de dispositivo de válvula 17 se contrarresta por la rigidez del primer resorte 20a. También debe entenderse que el grado de compresión del primer resorte de accionamiento 21a antes de que el elemento de sujeción comience a moverse, depende de la rigidez de este resorte de accionamiento.

Si la presión en los fluidos que fluyen hacia la cámara de válvula 22 es suficiente para mover el disco de válvula 9, el elemento de sellado de válvula 5 se sale del asiento de válvula 6 y se permite que el fluido fluya a través del orificio de elemento de base 24 y fuera de la válvula de bombeo neumático a través del puerto de salida 3.

En la figura 4, el vástago de dispositivo de válvula 17 está en su posición extrema hacia arriba, de manera que el primer elemento de sellado de válvula 19a está asentado en el primer asiento de válvula 14a. El primer fuelle 10a y el primer resorte 20a están comprimidos, y el segundo fuelle 10 está extendido hacia arriba, en uso en parte por el fluido incompresible que ha fluido a través del orificio, y en parte por el segundo resorte de accionamiento 21b. Debe entenderse que la contribución por parte del fluido y por parte del segundo elemento de sujeción/segundo resorte de accionamiento en el movimiento del disco de tapa 12 (y por tanto del segundo fuelle 10b) es cuestión de dimensionamiento, de por ejemplo constantes de constantes de resorte, longitud de vástago y presión de precarga (en la cámara 13).

Aunque no se ilustra, debe entenderse que el vástago de dispositivo de válvula 17 puede adoptar cualquier posición dentro del orificio 14, oscilando entre la posición mostrada en la figura 4 y la posición en la que el segundo elemento de sellado de válvula 19b se asienta en el segundo asiento de válvula 14b (es decir, la posición extrema hacia abajo). En estas posiciones extremas, el flujo de fluido a través del orificio 14 se bloquea mediante los elementos de sellado de válvula primero y segundo 19a, b, respectivamente. En cualquier posición intermedia, es posible el flujo de fluido a través del orificio 14. La sensibilidad de esta válvula de fuelle puede establecerse para la aplicación deseada seleccionando valores apropiados para, por ejemplo, la longitud axial de fuelles 10a, b, el grosor del elemento de soporte 11 (es decir, la longitud del orificio 14), la rigidez de los resortes 20a, b, la distancia entre los elementos de sellado de válvula 19a, b y/o la presión de precarga en la cámara sellada 13.

Debe entenderse que el alojamiento de válvula 1, aunque se muestra como un cuerpo en las figuras 1 y 2, puede estar compuesto de hecho por varias secciones de alojamiento que están conectadas (por ejemplo, a través de conexiones roscadas) de maneras bien conocidas en la técnica. Tal configuración en sección facilita un montaje y desmontaje fáciles de los componentes internos (por ejemplo, el elemento de soporte 11, el disco y el vástago de válvula 9, 4 y los componentes de fuelle individuales). También debe entenderse que el elemento de soporte 11, la guía de vástago de válvula 8 y el elemento de base de válvula 23 pueden unirse de manera fija al alojamiento interior mediante cualquier medio de sujeción conocido en la técnica.

Aunque la invención se ha descrito con referencia a una válvula de bombeo neumático para su uso en una tubería de producción en una formación subterránea, debe entenderse que la invención no se limita a ese uso. La válvula inventada puede usarse en aplicaciones en tierra o en alta mar, y en otras válvulas (por ejemplo, válvulas de inyección) y en otros contextos distintos al de la producción de hidrocarburos. Asimismo, la válvula de fuelle inventada no debe limitarse al uso descrito anteriormente, es decir, en una válvula de bombeo neumático, sino que puede usarse en cualquier contexto y en combinación con cualquier equipo como una válvula de fuelle sensible a la presión.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   Una válvula de fuelle que comprende:

   - un primer fuelle (10a) conectado a un primer elemento de tapa (9) en un extremo ya un primer lado (11a) de un elemento de soporte (11) en el otro extremo; y

   - un segundo fuelle (10b) conectado a un segundo elemento de tapa (12) en un extremo y a un segundo lado (11b) de dicho elemento de soporte (11) en el otro extremo;

   - formando de ese modo cavidades de fuelle primera y segunda (15a, b) respectivas en el interior de cada fuelle; y

   - un orificio (14) dispuesto para interconectar de manera fluida las cavidades de fuelle primera y segunda y formado en el elemento de soporte (11); y

   - un dispositivo de válvula de fuelle interno (16) dispuesto para abrir y cerrar de manera selectiva el orificio (14), en la que el dispositivo de válvula de fuelle interno (16) comprende elementos de sellado de válvula primero y segundo (19a, b) dispuestos para coincidir de manera selectiva con asientos de válvula primero y segundo (14a, b) respectivos para cerrar el orificio (14), y los elementos de sellado de válvula (19a, b) están interconectados a través de un elemento de conexión (17), que se extiende a través del orificio (14), y en la que el dispositivo de válvula de fuelle interno (16) comprende elementos resilientes primero y segundo (20a, b) dispuestos en los lados primero y segundo (11a, b) respectivos del elemento de soporte (11) y que tiene porciones respectivas que están acopladas a elementos de sujeción primero y segundo (18a, b) respectivos en el dispositivo de válvula (16).

   La válvula de fuelle según la reivindicación 1, en la que el elemento de soporte (11) está configurado para su conexión a una porción interna de un alojamiento de válvula (1).

   La válvula de fuelle según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en la que el primer elemento de tapa (9) tiene forma de disco y está configurado para su conexión a un vástago de válvula (4).

   La válvula de fuelle según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que los elementos de tapa primero y segundo (9, 12) comprenden cada uno un medio de junta de estanqueidad circunferencial (25).