MX2007015692A

MX2007015692A - Extremo para fluidos de tipo-y con modulo de succion reemplazable.

Info

Publication number: MX2007015692A
Application number: MX2007015692A
Authority: MX
Inventors: Ernest Jerome Jensen; Anthony Waylan Mclain
Original assignee: Gardner Denver Inc
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-02-20
Also published as: CA2613016A1; US8074679B2; CN101205903B; HK1121510A1; HK1159722A1; CA2613016C; US20080152523A1; CN101205903A; EA200702461A1; EA013576B1; CN102168672B; CN102168672A

Abstract

Un montaje de extremo para fluidos para una bomba de alta presión recibe un fluido que proviene de un distribuidor de suministro de fluido y proporciona el fluido a un distribuidor de salida. El montaje incluye un alojamiento con un módulo removible de succión. El alojamiento tiene un agujero de émbolo que recibe un émbolo reciprocante, un pasaje de succión intercepta el agujero de émbolo y un pasaje de descarga intercepta, tanto el agujero de émbolo como el pasaje de succión.

Description

EXTREMO PARA FLUIDOS DE TIPO-Y CON MODULO DE SUCCION REEMPLAZABLE Campo de la Invención La presente invención se refiere, de manera general, a bombas de desplazamiento positivo de alta presión, y en particular, a bombas que tienen un extremo motorizado que impulsa un émbolo reciprocante dentro de un extremo para fluidos .

Antecedentes de la Invención El petróleo, el gas natural y otros hidrocarburos son obtenidos mediante la perforación de pozos en la tierra y cuando son forzados a dirigirse a la superficie para su colección. A menudo, es difícil producir hidrocarburos en un modo económico a partir de las rocas productivas de baja permeabilidad. Las velocidades de producción a menudo son aumentadas recurriendo al fraccionamiento hidráulico, una técnica que incrementa la permeabilidad de la roca mediante la abertura de los canales a través de los cuales pueden desplazarse los hidrocarburos hacia los pozos de recuperación. Durante el fraccionamiento hidráulico, un fluido es bombeado hacia la tierra bajo una alta presión en donde entra en una roca productiva y se fisura o fractura. Los consolidados son llevados en una suspensión a través del REF. 188411 fluido bombeado hacia las fracturas. Cuando la presión es liberada, las fracturas se cierran, de manera parcial, en los consolidados, dejando canales para que fluya el petróleo y el gas. Las bombas especializadas son utilizadas para desarrollar las presiones necesarias a fin de completar un procedimiento de fraccionamiento hidráulico de "trabajo de fractura" . Las bombas especializadas también son utilizadas en otras aplicaciones de bombeo de perforación. Por ejemplo, durante la perforación del agujero de pozo en la tierra, son utilizadas bombas especializadas para inundar el agujero. La inundación es importante para remover los escombros, tales como las esquirlas de roca que salen a través de la barrena durante el proceso de perforación. Estas bombas especializadas son normalmente proporcionadas con extremos para fluidos que tienen émbolos o pistones reciprocantes que ponen los fluidos bajo presión y válvulas que controlan el flujo de fluido hacia y desde los émbolos. El cuerpo del extremo para fluidos puede ser un metal forjado de acero que tenga una configuración de "tipo-Y" . Los extremos para fluidos de tipo-Y han sido desarrollados en un esfuerzo por reducir el número de fallas de los extremos para fluidos. Es conocido que los extremos para fluidos de tipo-Y disminuyen los esfuerzos concentrados en el cuerpo del extremo para fluidos incrementando los ángulos en los cuales los agujeros dentro del cuerpo se interceptan entre si por encima de los 90 hasta los 120 grados . Los extremos para fluidos de tipo-Y requieren su reemplazo periódico debido a las cargas colocadas sobre las porciones del extremo, tales como una placa o plataforma de succión. Las válvulas también tienen que ser reemplazadas de manera frecuente .

Sumario de la Invención Un aspecto de la invención proporciona un montaje de extremo para fluidos que tiene una configuración de tipo-Y con una válvula de succión y una válvula de descarga fácilmente accesibles, las cuales son capaces de ser reemplazadas sin desensamblar la tubería conectada con la bomba . Otro aspecto de la invención proporciona un montaje de extremo para fluidos con un módulo de succión que puede ser removido y sustituido. El módulo de succión es unido en forma removible con una primera sección del extremo para fluidos. La primera sección con la cual es unido el módulo de succión, tiene un pasaje de descarga, una cámara de bombeo, un agujero de émbolo y una porción del pasaje de succión. Otro aspecto de la invención proporciona un montaje de extremo para fluidos que se caracteriza por las válvulas de succión y de descarga que tienen asientos y pistones de válvula del mismo tamaño, de modo que puedan ser intercambiados . En pocas palabras, el montaje de extremo para fluidos de la presente descripción recibe un fluido que proviene de un distribuidor de suministro de fluido y proporciona el fluido a un distribuidor de salida. El montaje tiene una primera sección. Un agujero de émbolo se extiende hacia la primera sección. El agujero de émbolo es configurado para recibir un émbolo reciprocante. Un pasaje de descarga en la primera sección intercepta el agujero de émbolo. En la primera sección, un pasaje de succión intercepta el agujero de émbolo. El pasaje de succión, el pasaje de descarga y el agujero de émbolo se interceptan para formar una configuración WY" . Un módulo de succión forma una segunda sección del montaje. El módulo de succión tiene una entrada que abre hacia un puerto de succión. El puerto intercepta una porción del pasaje de succión en el módulo. El módulo de succión es unido en forma removible con la primera sección del montaje. Las anteriores y otras características y ventajas de la presente invención serán aparentes con rapidez con base en la revisión adicional de la siguiente descripción detallada de las modalidades descritas y las figuras que la acompañan.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista en sección transversal en despiece de un montaje de extremo para fluidos, exclusivo de los componentes internos de válvula, el montaje incluye un módulo de succión removible; La Figura 2 es una vista en corte transversal en despiece del montaje de extremo para fluidos que se muestra en la Figura 1, inclusive de los componentes internos de válvula; La Figura 3 es una vista en perspectiva lateral del bloque de fluido de la Figura 2; el bloque muestra el módulo de succión alineado aunque desacoplado con la primera sección de bloque; La Figura 4 es una vista en sección transversal del bloque que se muestra en la Figura 3 presentando el módulo de succión acoplado con la primera sección con tornillos; La Figura 5 es una vista en sección transversal de un bloque similar al que se muestra en la Figura 3, la Figura 5 muestra el módulo de succión acoplado con la primera sección por medio de espárragos y tuercas como una alternativa a los tornillos; La Figura 6 es una vista en sección transversal del bloque que se muestra en la Figura 3 que presenta un anillo de sellado que tapa el módulo de succión en la primera sección; Las Figuras 7A-7B son vistas en sección transversal del bloque mostrado en la Figura 3 que utiliza sellos de cara como una alternativa al sello de anillo.

Descripción Detallada de la Invención A continuación, con referencia a las Figuras 1 y 2, se muestra un montaje de extremo para fluidos 10 de acuerdo con la presente invención. El montaje de extremo para fluidos 10 tiene un alojamiento, un cuerpo o bloque formado por las porciones 32, 40, 38a, 38b. Las porciones 32, 40 y 38a forman una sección integral 12 del cuerpo. La primera sección puede ser elaborada a partir de un acero forjado. La porción 38b forma una segunda porción unida en forma removible con la primera porción. La porción 32 del alojamiento forma una sección de émbolo 32. La sección de émbolo 32 tiene un agujero 14, dentro del cual se mueve en forma reciprocante el émbolo (no se muestra) . El agujero de émbolo 14 es proporcionado dentro de una porción de alojamiento de bomba 32. En un extremo, el agujero de émbolo 14 termina en una cámara de bombeo 18. La porción de alojamiento 40 forma una sección de descarga 40. Un pasaje de descarga 22 es formado en la sección de descarga 40. El pasaje de descarga 22 intercepta el agujero de émbolo 14. La porción de alojamiento 38a forma la sección 38a de la sección de succión formada por las secciones 38a, 38b. La porción 38a tiene la porción 20a del pasaje de succión. La porción de alojamiento 38b forma la sección 38b de la sección de succión. La sección de succión 38b también puede ser considerada un módulo de succión. La porción 38 tiene la porción 20b del pasaje de succión 20a, 20b. El pasaje de succión 20a, 20b intercepta el agujero de émbolo 14. La configuración resultante de forma-Y ofrecida por la intercepción del agujero de émbolo 14, el pasaje de succión 20a, 20b y el pasaje de descarga 22 disminuye los esfuerzos dentro del alojamiento de bomba 12, 38b durante el uso y minimiza la probabilidad de que el montaje de extremo para fluidos falle a través del tiempo. El pasaje de descarga 22 es formado en parte por un agujero escariado 22a que tiene un diámetro reducido. El agujero escariado 22a se extiende a partir de la cámara de émbolo 18 hasta una plataforma de descarga 52. La plataforma de descarga 52 se inclina en un ángulo aproximadamente de 30°. El puerto de descarga 30 en la sección de descarga 40 se encuentra en comunicación fluida con el pasaje de descarga 22 y en comunicación fluida con el distribuidor de descarga de fluido 284. El distribuidor de descarga de fluido 284 podría ser conectado con uno o más conductos (no se muestran) que lleva el fluido presurizado del puerto de descarga 30 para realizar el trabajo. La sección de émbolo 32 es de una longitud reducida. La longitud en el lado de descarga es una longitud 32a. La longitud en el lado de succión es una longitud 32b. La sección de émbolo 32 es adaptada para su acoplamiento con el extremo motorizado 34 de una bomba de alta presión a través de una pluralidad de varillas 36. El módulo de succión 38b contiene un puerto de succión 208 en comunicación fluida con un pasaje de succión 20b' . El puerto de succión 208 y el pasaje de succión 20b se interceptan para formar la cámara de válvula de succión 20b. La entrada 290 forma un orificio dentro del puerto de succión 208. El agujero escariado 290a forma una porción del puerto de succión 208 que tiene un diámetro reducido. El agujero escariado 290a se extiende a partir de la entrada 290 hasta la plataforma de succión 48. La plataforma de succión 48 forma un resalte de 90 grados. El resalte de 90 grados permite el intercambio con muchos asientos existentes de válvula. Aunque no se muestra, la plataforma de succión podría ser configurada para inclinarse hacia afuera en un ángulo aproximadamente de 30 grados. Un distribuidor de suministro de fluido 28 es situado en la entrada 290. Como se muestra en la Figura 5, los sujetadores 204 (tuercas) embragan con las varillas o espárragos roscados 206 para unir el módulo de succión 38b con la sección de succión 38a. Debe ser aparente que otros tipos de sujetadores, tales como los tornillos 207, que se muestran en la Figura 4, pueden embragar la porción de alojamiento de bomba 38a con el módulo de succión 38b sin apartarse del espíritu de la presente invención. Cuando sean utilizados tornillos, los agujeros 213 en la sección de succión 38a son roscados para recibir un extremo roscado del tornillo 207. Los sujetadores 204, 206 ó 207 acoplan la cara 301 del módulo 308b con una cara 302 de la sección de succión 38a. Las caras 301, 302 son acopladas para alinear el pasaje de succión 20b con la sección de pasaje de succión 20a. Para sellar las caras 301, 302 y las secciones de pasaje de succión 20a, 20b entre sí, pueden utilizarse tipos alternativos de sellos. En la Figura 6, se utiliza un sello de anillo 400. El sello de anillo 400 evita el escape entre las caras y los pasajes. En las Figuras 7A-7B los sellos de cara, tales como los sellos de junta tórica, son mostrados. En la Figura 7A, un sello de superficie o cara 450 es situado en una ranura 451. La ranura limita el orificio 452 de la sección de pasaje de succión 20b. El sello es situado en la ranura. La Figura 7B muestra un arreglo alternativo de sello de cara. En la Figura 7B es situado un sello 460 en las ranuras de cooperación 461, 462. Cada una de las ranuras de cooperación 461, 462 recibe una porción del sello 460. El sello 460 y las porciones de ranura 461, 462 limitan el orificio 452 para evitar el escape de agua. La válvula de succión 24 se encuentra dentro del módulo de succión 38b y se interconecta con el distribuidor de suministro de fluido 28 con el pasaje de succión 20a, 20b. La válvula 24 incluye un asiento de válvula 50 y un pistón 56 configurado para interconectarse con el asiento de válvula 50. El pistón 56 tiene una cabeza 66 que embraga con el asiento de válvula 50 y un vástago 68 que se extiende a partir de la cabeza 66. Una guia de válvula 70 tiene un receptáculo 286 que recibe en forma deslizante el vástago 68. Al menos una apertura 288 atraviesa la guía de válvula de succión 70 e intercepta el receptáculo 286 a fin de proporcionar una liberación de presión al receptáculo 286. Un resorte comprimido 78 es situado y ejerce fuerzas opuestas sobre la guía de válvula 70 y la cabeza de válvula de succión 66 para así retener en forma perpendicular la cabeza 66 en un embrague a nivel con el asiento de válvula 50, de esta manera, se cierra la válvula de succión 24. Las fuerzas transmitidas por el asiento de válvula 50 al módulo de succión 38b serían distribuidas de manera más regular por el uso de una inclinación angular de 30 grados de la plataforma de succión 48. Esto reduciría la probabilidad de que fueran formadas grietas inducidas por la fatiga en el módulo de succión 38b. La guía de válvula 70 tiene una porción de cubierta de válvula de succión 70 integralmente formada a partir de la pestaña anular de la guia de válvula de succión 70. La porción de cubierta 70' ayuda a retener la guía 70 en el módulo 38b. La guía de válvula 70 es retenida en el módulo 38b por medio de tuercas y tornillos 209, un anillo de válvula 210 y un cierre de cubierta 211. La válvula de succión 24 podría ser removida separando el cierre de la válvula de succión 211. Una vez que sea removido el cierre 211, la válvula de succión 24 podría ser jalada del módulo de succión 38b. Esta configuración permite la remoción de la válvula de succión 24 de la cámara 20b' a través de un orificio único 203, sin la remoción del módulo de succión 38b o el distribuidor de suministro de fluido 28. La válvula de descarga 26, situada en la sección de descarga 40, incluye un asiento de válvula 54 y un pistón 80 que embraga con el asiento de válvula 54. El pistón 80 tiene un vástago 82 que se extiende a partir de la cabeza 84 fuera del asiento de válvula 54 y dentro del receptáculo 86 en la guía de válvula de descarga 88. Al menos una apertura 92 atraviesa la guía 88 e intercepta el receptáculo 86 a fin de proporcionar una liberación de presión a la guía de válvula 88. Un resorte comprimido 94 es situado entre la guía de válvula 88 y la cabeza 84 para la retención perpendicular de la cabeza 84 en un embrague a nivel con la parte superior del asiento de válvula 54 y manteniendo cerrada la válvula de descarga 26. El asiento de válvula 54 se apoya sobre la plataforma de descarga 52. La plataforma de descarga 52 forma un resalte de 90 grados para permitir el intercambio con muchos asientos existentes de válvula. Una persona podría configurar la plataforma para inclinarla en un ángulo aproximadamente de 30°. Esta inclinación permitiría que la plataforma 52 transfiera las fuerzas de impacto a través del asiento de válvula 54 de una manera regular hacia la sección de descarga 40, de esta manera, se reduce la probabilidad de fisuras inducidas por la fatiga que se forman en el alojamiento 12. La guía de válvula 88 tiene una cubierta o porción de cierre formada, de manera integral, a partir de la pestaña anular 88' de la guía de válvula 88. La porción de cubierta 88' soporta la guía 88 y además llena y sella el orificio 300 que conduce hacia la cámara hueca 30a en la cual es situada la válvula de descarga 26. La porción de cubierta 88' es retenida en la sección 40 por medio de tuercas y tornillos 214, el anillo de válvula 215 y el cierre de cubierta 216. La válvula de descarga 26 podría ser removida separando el cierre 216. Una vez que sea removido el cierre de cubierta 216, la válvula de descarga 26 podría ser jalada de la cámara 30a a través del orificio 300. Esta configuración permite la remoción de la válvula de descarga 26 a través de un orificio único. Las válvulas 24 y 26, aún requiriendo servicio, son fáciles de reparar o remplazar con herramientas normales y sin el desensamble mayor del montaje de extremo para fluidos 10. Los pistones y asientos son del mismo tamaño, tanto en el lado de succión como en el lado de descarga y por lo tanto, pueden ser intercambiados . Las válvulas 24 y 26 permiten que el fluido presurizado por el émbolo (no se muestra) se mueva sólo en una dirección del distribuidor 28 al pasaje de salida 30. El fluido se desplaza por medio de un movimiento reciprocante del émbolo en el agujero de émbolo 14, durante la carrera de succión del émbolo, el fluido es atraído hacia la cámara de émbolo 18 a partir del pasaje de succión 20a, 20b. Durante la carrera de presión del émbolo, el fluido es empujado de la cámara 18 a través del pasaje de descarga 22 y el puerto de sal ida 30. Mientras que la invención ha sido descrita con un alto grado de particularidad, será apreciado por aquellas personas expertas en la técnica que podrían ser realizadas modificaciones a la misma. Por lo tanto, se entenderá que la presente invención no es limitada a las modalidades descritas con anterioridad sino que incluye cualquiera y todas las modalidades dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

Reivindicaciones Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un montaje de extremo para fluidos para una bomba de alta presión para la recepción de un fluido que proviene de un distribuidor de suministro de fluido y el suministro del fluido a un distribuidor de salida, caracterizado porque comprende : una primera sección; un agujero de émbolo que se extiende dentro de la primera sección, el agujero de émbolo es configurado para la recepción de un émbolo reciprocante, una sección de descarga formada en la primera sección, la sección de descarga tiene un pasaje de descarga y una cámara de válvula, el pasaje de descarga intercepta el agujero de émbolo, un pasaje de succión, el pasaje de succión intercepta el agujero de émbolo, una segunda sección; un orificio de entrada a través de la superficie de la segunda sección; un puerto de succión en la segunda sección y una cámara de válvula en la segunda sección, la cámara de válvula se sitúa corriente abajo de la entrada de succión, el pasaje de succión se sitúa corriente abajo del puerto de succión y la entrada; en donde la segunda sección es acoplada en forma removible con la primera sección.
2. El montaje de extremo para fluidos de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera sección es acoplada en forma removible con el distribuidor de salida .
3. El montaje de extremo para fluidos de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de la cámara de válvula de primera sección y la cámara de válvula de segunda sección tiene una plataforma.
4. El montaje de extremo para fluidos de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende una válvula de succión en la cámara de válvula de segunda sección, la válvula de succión incluye un asiento de válvula soportado por la plataforma de la segunda sección.
5. El montaje de extremo para fluidos de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la válvula de succión comprende: un pistón que tiene una cabeza que embraga en forma liberable con el asiento de válvula; un vástago que se extiende fuera de la cabeza de válvula; una guía de válvula en el puerto de succión, la guía de válvula tiene un receptáculo configurado para recibir el vástago y una pluralidad de aperturas que se extiende a partir del receptáculo, en donde las aperturas proporcionan una liberación de presión al receptáculo; y un resorte comprimido situado entre la cabeza y la guía de válvula, el resorte comprimido es configurado para mantener la cabeza en contacto con el asiento de válvula.
6. El montaje de extremo para fluidos de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque comprende una válvula de descarga en la cámara de válvula de succión de descarga, la válvula de descarga incluye un asiento de válvula soportado por la plataforma del pasaje de descarga .
7. El montaje de extremo para fluidos de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la válvula de descarga comprende: un pistón que tiene una cabeza que embraga en forma liberable con el asiento de válvula; un vástago que se extiende fuera de la cabeza de válvula; una guía de válvula en el pasaje de descarga adyacente al asiento de válvula, la guía de válvula tiene un receptáculo configurado para admitir el vástago y una pluralidad de aperturas que se extiende a partir del receptáculo, en donde las aperturas proporcionan una liberación de presión al receptáculo; y un resorte comprimido situado entre la cabeza y la guía de válvula, el resorte comprimido es configurado para mantener la cabeza en contacto con el asiento de válvula; y en donde los asientos de válvula y los pistones pueden ser intercambiados .
8. Una sección de succión de un montaje de extremo para fluidos, caracterizada porque comprende: un orificio de entrada de fluido a través de una primera superficie de la sección de succión; un puerto de succión en comunicación fluida con la entrada; un pasaje de succión en comunicación fluida con el puerto de succión; una cámara de válvula de succión en comunicación fluida con el puerto de succión y el pasaje de succión; una segunda superficie, el orificio de paso de succión a través de la segunda superficie en un orificio de paso de succión, la primera y segunda superficies se sitúan a lo largo de distintos planos; una plataforma de succión a lo largo de una trayectoria del fluido entre la entrada de fluido y el orificio de paso de succión.
9. La sección de succión de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque comprende: una tercera superficie; un pasaje a través de la tercera superficie, el pasaje es dimensionado para permitir la remoción de una válvula, en donde la válvula es dimensionada para interconectarse con la plataforma de succión, y en donde el pasaje tiene una porción de acoplamiento .
10. La sección de succión de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque comprende: una porción de un acoplamiento, la porción consiste de un hueco, una ranura, un canal, una varilla, un saliente, un retén o un enganche, la porción del acoplamiento forma parte del acoplamiento que proporciona la unión removible de la sección de succión con otra sección del montaje de extremo para fluidos, en donde la otra sección incluye al menos una cámara de válvula de descarga .
11. Una sección de succión del montaje de extremo para fluidos, caracterizada porque comprende: un orificio de entrada de fluido a través de la primera superficie de la sección de succión; una cámara de válvula de succión en comunicación fluida con la entrada de fluido; una segunda superficie que tiene un orificio a través de la misma, el orificio se encuentra en comunicación fluida con la cámara de válvula, la primera y la segunda superficies se sitúan a lo largo de distintos planos; y en donde la sección de succión es configurada sin una cámara de válvula de descarga.
12. Una sección del montaje de extremo para fluidos, caracterizada porque comprende: una salida de descarga a través de una primera superficie de la sección; un puerto de descarga en comunicación fluida con la salida; un pasaje de descarga en comunicación fluida con el puerto de descarga; una cámara de válvula de descarga en comunicación fluida con el puerto de descarga y el pasaje de descarga; una segunda superficie, una porción de un orificio de paso de succión a través de la segunda superficie en un orificio de paso de succión; una plataforma de descarga dentro de la sección a lo largo de una trayectoria del fluido entre la salida de fluido y el orificio de paso de succión.
13. La sección de succión de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque comprende : una tercera superficie; un pasaje que tiene un orificio a través de la tercera superficie, el pasaje es dimens ionado para permitir la remoción de una válvula, en donde la válvula es dimensionada para interconectarse con la plataforma de descarga, y en donde un orificio de paso a través de la tercera superficie tiene una porción de acoplamiento seleccionada a partir de un grupo que consiste de roscas, ranuras, canales y aperturas.
14. La sección de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque comprende : una porción de un acoplamiento, la porción es seleccionada a partir de un grupo que consiste de un hueco, una ranura, un canal, una varilla, un saliente, un retén y un enganche, la porción del acoplamiento forma parte de un acoplamiento que proporciona la unión removible de la sección con otra sección del montaje de extremo para fluidos, en donde la otra sección incluye al menos una cámara de válvula de descarga.
15. Una sección del montaje de extremo para fluidos, caracterizada porque comprende: un orificio de salida de fluido a través de la primera superficie de la sección; una cámara de válvula de descarga en comunicación fluida con la salida de fluido; una segunda superficie que tiene un orificio través de la misma, el orificio se encuentra en comunicación fluida con la cámara de válvula; la sección es configurada sin una cámara de válvula de succión.