MX2008013598A - Valvulas y metodos de control de flujo de cadenas de perforadoras. - Google Patents
Valvulas y metodos de control de flujo de cadenas de perforadoras.Info
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- E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
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Abstract
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Description
VÁLVULAS Y MÉTODOS DE CONTROL DE FLUJO DE CADENAS DE PERFORADORAS
Solicitud de Patente Relacionada
Esta solicitud de patente reivindica prioridad de la solicitud de patente provisoria acta N° 60/793.883, titulada "Válvula de control de flujo de cadena de perforadora" presentad el 21 de abril de 2006, cuya invención se incorpora por la presente en su totalidad como referencia.
Antecedentes de la invención
La presente invención se relaciona en general con válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras y más específicamente, con válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras para la prevención de la tubería en U del flujo de fluidos en cadenas de perforadoras y en sistemas de perforación de pozos.
La Perforación de Presión Administrada (MPD) y la Perforación de Gradiente Doble son técnicas de perforación de campos petrolíferos que se están haciendo cada vez más comunes y están creando una necesidad de equipos y tecnología para hacerlas prácticas. Estas técnicas de perforación suelen utilizar una
densidad más alta del lodo de perforación dentro de la cadena de perforadora y un camino de lodo de vuelta de más baja densidad en el exterior de la cadena de perforadora. Se revelan ejemplos de tales técnicas de perforación de gradiente doble en la Patente Estadounidense N° 7.093.662.
En la perforación de gradiente doble, puede surgir una condición indeseable denominada "tubería en U" cuando se detienen las bombas de lodo para un sistema de perforación. Las bombas de perforación comúnmente se usan para proveer lodo de perforación en la cadena de perforadora y para extraer el lodo de vuelta del alma del pozo y un elevador (o elevadores) de vuelta. En una situación de tubería en U típica, el flujo de fluido dentro de una cadena de perforadora puede continuar fluyendo, aún después de que se han apagado las bombas de lodo, hasta que la presión dentro de la cadena de perforadora se equilibra con la presión del exterior de la cadena de perforadora, por ejemplo en el alma del pozo y/o en un elevador (o elevadores de vuelta) . Este problema se exacerba en aquellas situaciones en las cuales un fluido de densidad más pesada precede a un fluido de densidad más liviana en una cadena de perforadora. En dicha situación, el fluido de densidad más pesada, por su propio peso, puede provocar el flujo continuo en la cadena de perforadora aún después de que se han cerrado las bombas de lodo. Este fenómeno de tubería en U,
puede derivar en retrocesos indeseables del pozo, que pueden provocar daños al sistema de perforación. Por este motivo, es deseable que cuando las bombas de lodo de un sistema de perforación se apagan, el flujo de fluido de ida se interrumpa rápidamente .
Extracto de la invención
La presente invención se relaciona en general con válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras y más específicamente con válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras para la prevención de las tuberías en U de flujo de fluido en cadenas de perforadoras y sistemas de perforación de pozos.
Las válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras de la presente invención utilizan la diferencia de presión entre ciertas lumbreras de presión posicionadas para aplicar presión a una camisa de válvula dentro de un gabinete de válvula para provocar el accionamiento de la camisa de válvula, de manera tal de controlar la evaporación de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora. Más específicamente, las válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras comprenden un gabinete de válvula, una camisa de válvula que puede moverse dentro un gabinete de válvula desde una posición cerrada a una
posición abierta, un mecanismo de desvío para desviar la camisa de válvula hacia la posición cerrada, y una pluralidad de lumbreras de presión para permitir que se ejerza una presión diferencial sobre la camisa de válvula. La presión diferencial ejercida sobre la camisa de válvula puede ser el resultado de una presión corriente arriba y una presión corriente abajo. Permitiendo que surja una presión diferencial de un flujo de fluido que actúe sobre la camisa de válvula, se puede impedir o reducir sustancialmente la tubería en U en una cadena de perforadora.
Un ejemplo de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora comprende un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde una entrada de flujo de gabinete hacia una lumbrera de flujo de salida de gabinete, una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover axialmente dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la lumbrera de flujo de camisa impida sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo, de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa
permite el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando está en la posición abierta, en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área superficial de corte transversal parcial en la cual una primera presión de fluido puede actuar para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal proporcione un área superficial de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una segunda presión de fluido para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula, un resorte en donde el resorte desvía la camisa de válvula hacia la posición cerrada ejerciendo una fuerza de desviación sobre la camisa de válvula, una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete, y una lumbrera de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el exterior del gabinete de válvula.
Otro ejemplo de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora comprende un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde la entrada de flujo de gabinete hacia una lumbrera de flujo de salida de gabinete, una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover en forma axial dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la lumbrera de flujo de camisa impida sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de fluj~o de salida de gabinete hacia la lumbrera de flujo de camisa cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa permite el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando está en la posición abierta, en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área superficial de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una primera presión de fluido para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual una segunda presión de fluido puede actuar
para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula, un mecanismo de desvío en donde el mecanismo de desvío desvía la camisa de válvula a la posición cerrada, una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete y una lumbrera de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el exterior del gabinete de válvula.
Un ejemplo de un método para prevenir una tubería en U en una cadena de perforadora comprende proporcionar un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde una entrada de flujo de gabinete a una lumbrera de flujo de salida de gabinete, proporcionar una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover axialmente dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la lumbrera de flujo de camisa impida sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de gabinete cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa permite el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida a la lumbrera de
flujo de camisa cuando está en la posición abierta en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una primera presión de fluido para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una segunda presión de fluido para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula, proporcionar un mecanismo de desvío en donde el mecanismo de desvío desvía la camisa de válvula a la posición cerrada ejerciendo una fuerza de resorte de desvío sobre la camisa de válvula, proporcionar una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete con una fuerza superior, proporcionar una lumbrera de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el exterior del gabinete de válvula con una fuerza inferior, aumentar una presión de fluido sobre la camisa de válvula de manera tal que la camisa de válvula cambie desde la posición cerrada a la posición abierta, mantener un flujo de fluido a través de la camisa de válvula de manera tal que la fuerza superior sea mayor que la
fuerza de resorte de desvío más la fuerza inferior, disminuir el flujo de fluido a través de la camisa de válvula de manera tal que permita que el mecanismo de desvío cambie la camisa de válvula desde la posición abierta a la posición cerrada.
Un ejemplo de un sistema de válvula de control de flujo de cadena de perforadora comprende un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde una entrada de flujo de gabinete a una lumbrera de flujo de salida de gabinete, una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa de válvula que tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover axialmente dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la lumbrera de flujo de camisa impida sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa permite el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camia cuando está en la posición abierta, en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área superficial de corte transversal parcial
sobre cual puede actuar una primera presión de fluido para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área superficial de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una segunda presión de fluido para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula, un mecanismo de desvío en donde el resorte desvía la camisa de válvula a la posición cerrada ejerciendo una fuerza de desvío sobre la camisa de válvula, una restricción de flujo en comunicación de fluidos con la camisa de válvula, una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete en donde la primera presión de fluido se mide corriente arriba de la restricción de flujo, y una puerta de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el exterior del gabinete de válvula en donde la segunda presión de fluido se mide corriente abajo de la restricción de flujo.
Aún otro ejemplo de un sistema de válvula de control de flujo de cadena de perforadora comprende un gabinete de válvula que tiene una superficie externa y un primer camino de flujo dentro de él, una camisa de válvula montada en forma deslizable en el gabinete
de válvula, un mecanismo de desvío para desviar la camisa de válvula en una posición cerrada, una primera lumbrera de presión que actúa sobre una primera parte de la camisa y en comunicación de fluido con el primer camino de fluido y una segunda lumbrera de presión sobre una segunda parte de la camisa y en comunicación de fluido con un segundo camino de flujo.
Las características y las ventajas de la presente invención serán evidentes para los expertos en el arte. Si bien los expertos en el arte pueden hacer numerosos cambios, tales cambios están dentro del espíritu de la invención.
Breve Descripción de los Dibujos
Se podrá comprende en forma más completa la presente invención y sus ventajas haciendo referencia a la siguiente descripción tomada en comparación con las figuras adjuntas, en donde:
La Figura 1 ilustra una vista de corte transversal de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora.
La Figura 2 ilustra una vista de corte transversal de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora que se muestra en una posición cerrada y en una posición abierta.
La Figura 3 ilustra una vista de corte transversal de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora que se muestra en una posición cerrada y en una posición abierta donde las flechas de flujo muestran un camino de flujo de fluido.
La Figura 4 ilustra una vista de corte transversal de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora que tiene un chorro interno .
La Figura 5 ilustra varios componentes de una realización de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora que se muestra por separado en forma desarmada.
Si bien la presente invención es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, se han mostrado ejemplos específicos de realizaciones de ellas a modo de ejemplo en los dibujos y se describen en la presente en forma detallada. Se deberá entender, sin embargo, que no se desea la descripción en la presente de realizaciones específicas limite la invención a las formas particulares descritas, sino por el contrario, que la intención es cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que están dentro del espíritu y alcance de la invención definida por las reivindicaciones adjuntas.
Descripción de Realizaciones Preferidas
La presente invención se relaciona en general con válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras y más específicamente, con válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras para la prevención de la tubería en U del flujo de fluido en las cadenas de perforadoras y en los sistemas de perforación de pozos.
En la presente se proporcionan válvulas de control de flujo de cadenas de perforadoras que, entre otras funciones, se pueden usar para reducir y/o prevenir los efectos de la tubería en U en las cadenas de perforadoras .
Para facilitar una mejor comprensión de la presente invención, se dan los siguientes ejemplos de ciertas realizaciones. De ninguna manera se deberá interpretar que los siguientes ejemplos limitan, o definen, el alcance de la invención.
Para facilitar la referencia, los términos "superior", "inferior" , "ascendente" y "descendente" se usan en la presente para referirse a la relación espacial de ciertos componentes. Los términos "superior" e "inferior" se refieren a componentes hacia la superficie (distal a la broca de la perforadora) mientras que
los términos "inferior" y "descendente" se refieren a componentes hacia la broca de la perforadora (o próximos a la broca de la perforadora) , independientemente de la orientación o desviación efectiva del alma del pozo de las almas del pozo que se están perforando. El término "axial" se refiere a una dirección sustancialmente paralela a la cadena de perforadora próxima a la válvula de control de flujo de cadena de perforadora.
La Figura 1 ilustra una vista de corte transversal de una perforadora que usa la válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con una realización de la presente invención. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 se muestra en línea en una cadena de perforadora, conectada en roscas tubería de perforadora 4 al auxiliar superior 1 y al auxiliar inferior 3. La válvula de control de fluj.o de perforadora 100 se puede instalar en la cadena de perforadora en cualquier punto en la cadena de perforadora arriba de la broca de perforadora. Uno o más componentes tales como las articulaciones/secciones de tubería de perforadora, componentes de MWD, tubería de perforadora de paredes pesadas, o cualquier otro componente de BHA se pueden instalar entre la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 y la broca de perforadora. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 está generalmente compuesta por un gabinete de
válvula 2 y una camisa de válvula 2 montada en forma deslizable en ella. El control de flujo de cadena de perforadora 100 también puede incluir un tapón de lumbrera 5 para dirigir el flujo de fluido dentro del gabinete de válvula 2. Aunque el gabinete de válvula 2 y el tapón de lumbrera 5 se muestran en la presente como dos o más componentes, en ciertas realizaciones, estos dos componentes se pueden formar como una pieza integrada. La camisa de válvula 12 está dispuesta en el gabinete de válvula 2 y más específicamente, en esta realización, está parcialmente dispuesta dentro de una parte del tapón de lumbrera 5.
La camisa de válvula 12 se desvía hacia arriba con el resorte 15. La lumbrera de flujo de entrada de gabinete 7, el camino de flujo 8 y la lumbrera de flujo de salida de gabinete 10 juntos componen el camino de flujo de gabinete 7, 8 y 10, a través de los cuales puede fluir el fluido ingresando en el gabinete de válvula 2 desde el auxiliar superior 1, ingresando en la lumbrera de flujo de entrada 7, fluyendo a través del camino de flujo 8 y luego fluyendo a través de la lumbrera de flujo de salida de gabinete 10. En la Figura 1, la lumbrera de flujo de camisa 9 de la camisa de válvula 12 no está alineada con la lumbrera de flujo de salida de gabinete 10. En consecuencia, en la configuración que se muestra en la presente, el fluido no puede fluir desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete 10 a través de la
lumbrera de flujo de camisa 9, porque la camisa de válvula 12 está bloqueando el camino de flujo de fluido (es decir la posición cerrada de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100) . Como se explicará en la presente, la camisa de válvula 12 es capaz de deslizarse hacia abajo de manera tal que la lumbrera de flujo de salida de gabinete 10 pueda alinearse con la compuerta de flujo de camisa 9 para permitir que el fluido fluya a través de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 (es decir, la posición abierta) .
La lumbrera de presión superior 11 permite que la presión de fluido Pl se comunique desde el camino de flujo de gabinete 7, 8 y 10 a la superficie de presión superior 18. En ciertas realizaciones, la superficie de presión superior 18 puede ser una protuberancia, una extensión y/o un área superficial de corte transversal de la camisa de válvula 12 sobre la cual puede actuar una presión de fluido de manera tal de proporcionar una fuerza axial que actúa en dirección descendente sobre la camisa de válvula 12. En otra realización, la superficie de presión superior 18 se puede definir como la parte superior de la camisa de válvula 12. En cualquier caso, cuando la presión de fluido Pl aumenta sobre la superficie de presión superior 18, se motiva a la camisa de válvula en dirección descendente con la presión de fluido Pl que actúa contra la fuerza de desvío ascendente del
resorte 15. Por lo tanto, una presión de fluido suficiente que actúa sobre la superficie de presión superior 18 induce a la camisa de válvula 12 a deslizarse en dirección descendente. Dada una fuerza descendente suficiente sobre la camisa de válvula 12, la lumbrera de flujo de camisa 9 se alinea con la lumbrera de flujo de salida de gabinete 10 de manera tal que permita que el flujo de fluido pase a través de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100.
En consecuencia, se permite así que el flujo de fluido pase a través de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100. El flujo de fluido finalmente pasa a través de una broca de perforadora (no se muestra) y hacia fuera y hacia arriba al anillo del alma del pozo para devolver el lodo de perforación a la superficie. Durante condiciones de flujo normal a alto, una velocidad de flujo típica del lodo de perforación deriva en una caída de presión marcada a través de la broca de perforadora mientras el fluido pasa a través de los chorros de perforación de la broca de perforadora. Por lo tanto, a cualquier nivel dado de la cadena de perforadora, la presión de fluido P4 medida en el anillo será más baja que la presión de fluido P2 dentro de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 debido a la caída de presión derivada del fluido que fluye desde el interior de la cadena de perforadora hacia el anillo exterior.
Esta caída de presión caracterizada por P2-P4 habitualmente se puede atribuir en gran parte a la caída de presión experimentada a través de los chorros de perforadora de la broca de perforadora .
La lumbrera de presión inferior 14 permite que la presión de fluido P4 en el anillo se comunique a la, superficie de presión inferior 19. La superficie de presión inferior 19 puede ser una protuberancia, extensión y/o área de superficie de corte transversal de la camisa de válvula 12 sobre la cual puede actuar una presión de fluido de manera de proveer una fuerza que actúa hacia arriba sobre la camisa de válvula 12. En forma similar, la superficie de presión inferior 19 también se puede definir como el fondo de la camisa de válvula 12. En la realización ilustrada, la superficie de presión superior 18 y la superficie de presión inferior 19 se definen sobre la misma protuberancia. En cualquier caso, se deja que la presión de fluido P4 en el anillo proporcione una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula 12 actuando sobre la superficie de presión inferior 19. De esta manera, tanto la fuerza de desvío del resorte 15 como la presión de fluido P4 del anillo contrarrestan la fuerza descendente provista por la presión de fluido Pl sobre la superficie de presión superior 18. Durante las condiciones de flujo normal, la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 está
diseñada de manera tal que el flujo de fluido a través de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 y la broca de perforadora deriven en una caída de presión P1-P4 de manera tal que la caída de presión P1-P4 proporcione una presión diferencial que actúa sobre la camisa de válvula 12 (a través de la superficie de presión superior 18 y de la superficie de presión inferior 19) suficiente para mantener la camisa de válvula 12 en la posición abierta o sustancialmente abierta.
Una vez que las bombas de fluido que suministran el lodo de perforación a la cadena de perforadora se cierran y que el flujo de fluido disminuye, el diferencial de presión P1-P4 cae rápidamente en forma significativa. El diferencial de presión Pl-P4 ya no es suficiente para superar la fuerza de desvío del resorte 15 y por consiguiente, la camisa de válvula se ve motivada hacia arriba hacia su posición cerrada impidiendo o impidiendo sustancialmente de este modo que el fluido fluya a través de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100.
Se proporcionan las cuñas de ajuste 17 para ajustar la compresión del resorte 15
Alterando la compresión del resorte 15, la fuerza de desvío del resorte 15 se puede ajustar para diferentes condiciones de operación de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100. Las condiciones de operación a las cuales se ajusta la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 incluyen, en forma no taxativa, velocidades de flujo, densidades de fluido, profundidad deseadas de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100, y diferenciales de presión esperados a través de la broca de perforadora. Las variables de diseño de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100 que se pueden ajustar incluyen, en forma no taxativa, los diámetros interior y exterior de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100, la constante de resorte (por ejemplo, cambiando la longitud del alambre, el diámetro del alambre, el material del alambre, el ángulo del alambre, el avance del alambre, etc.), el tamaño de las lumbreras de flujo, y la caída de presión a través de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 100.
Se proporcionan sellos optativos SI, S2 , S3 y S4 en los · lugares indicados para impedir que se derrame fluido e impedir la comunicación de presiones de fluido a sitios indeseados alrededor de la camisa de válvula 12.
Aunque la superficie de presión superior 18 y la superficie de presión inferior 19 se ilustran en la presente como una pieza integral, se reconoce explícitamente que ambas superficies pueden estar compuestas por extensiones separadas que sobresalen desde la camisa de válvula 12.
La Figura 2 ilustra una vista de corte transversal de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora que se muestra tanto en una posición cerrada como en una posición abierta. Más específicamente, la válvula de control de flujo de cadena de perforación 200A se muestra en la posición cerrada y la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 200B se muestra en la posición abierta.
La válvula de control de flujo de cadena de perforadora 200A se muestra en línea con una cadena de perforadora montada al auxiliar superior 1 y al auxiliar inferior 3. En la presente, la camisa de válvula 12 se desvía en una posición ascendente o cerrada por el resorte 15 y en consecuencia, la lumbrera de flujo de salida de gabinete 10 y la lumbrera de flujo de camisa 9 están fuera de alineación. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora 200B, sin embargo, se muestra en la posición abierta cuando la camisa de válvula 12 se desvía hacia abajo contra el resorte comprimido 12 y en consecuencia, la lumbrera de flujo de
salida de gabinete 10 y la lumbrera de flujo de camisa 9 están sustancialmente alineadas.
La Figura 3 ilustra una vista de corte transversal de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora que se muestra en una posición cerrada y en una posición abierta (300A muestra la válvula cerrada / ningún flujo) . Las flechas de flujo indicadas en la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 300B indican el camino de flujo de fluido normal cuando la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 300B está en la posición abierta.
La Figura 4 ilustra una vista de corte transversal de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora que tiene el chorro interno 20. La realización ilustrada en la Figura 4 es similar a las realizaciones de la Figura 1 con la excepción del agregado del chorro 20 y una modificación de la colocación de la lumbrera de presión inferior 14. En esta realización de la Figura 4, se guía el flujo de fluido a través de la camisa de válvula 12 a través del chorro 20. El chorro 20 puede ser cualquier dispositivo adecuado para producir una caída de presión mensurable. Por lo tanto, el flujo de fluido que pasa a través del chorro 20 experimenta una caída de presión cuando el fluido pasa a través del chorro 20 de manera tal que la presión P2 sea
menor que la presión Pl . De hecho, en la mayor parte de las circunstancias, la caída de presión P1-P2 varía proporcionalmente al flujo de fluido excepto en ciertas condiciones de flujo obturado. La lumbrera de presión inferior 14 permite que la presión P2 se comunique a la superficie de presión inferior 19 para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula 12. Como anteriormente en la Figura 1, la lumbrera de presión superior 11 permite que la presión Pl se comunique a la superficie de presión superior 18 para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula 12. De esta manera, el diferencial de presión P1-P2 actúa sobre la camisa de válvula 12 para proporcionar una fuerza de desvío neta sobre la camisa de válvula 12 para contrarrestar la fuerza de desvío del resorte 15.
Como se dijo anteriormente en la Figura 1, cuando aumenta la velocidad de flujo del fluido a través de la camisa de válvula 12, la fuerza de desvío neta, que actúa sobre la camisa de válvula 12 motiva la camisa hacia la posición abierta. Una reducción en el flujo de fluido, por otra parte, motiva la camisa de válvula 12 hacia la posición cerrada. Una de las ventajas de la realización de la Figura 4 es el beneficio de que entra solamente fluido limpio a la región del resorte 15 entre la camisa de válvula 12 y el gabinete de válvula exterior 2. En la realización de la Figura 1, sin embargo, el lodo de perforación desde el
anillo ingresa en la región del resorte 15 entre la camisa de válvula 12 y el gabinete de válvula exterior 2. El lodo de perforación desde el anillo puede contener los cortes de broca de perforadora adicionales y restos de la formación, que pueden provocar problemas de contaminación en la región del resorte 15.
Aquí, la superficie de presión superior 18 y la superficie de presión inferior 19 se ilustran como una extensión desde la camisa de válvula 12 de manera tal que ambas superficies o áreas de superficie de corte transversal se formen en forma integrada desde un pedazo o una extensión de la camisa de válvula 12. En ciertas realizaciones, sin embargo, se pueden formar una superficie de presión superior y una superficie de presión inferior mediante extensiones separadas una de otra como se desea. En dicha situación, se reconoce que una superficie de presión superior y una superficie de presión inferior pueden proporcionar áreas de superficie de diferentes áreas de corte transversal. Por lo tanto, en esta realización alternativa, la presión Pl actuaría sobre el área de superficie de una superficie de presión superior de una primera área de corte transversal mientras que la presión P3 actuaría sobre un área de superficie de una superficie de presión inferior de una segunda área de corte transversal .
Además, aunque el resorte 15 se ilustra en la presente que actúa sobre una superficie de presión inferior 19, se reconoce en forma explícita que el resorte 15 puede actuar sobre cualquier extensión de la camisa de válvula 15 o alternativamente, se puede montar a la camisa de válvula 15 por cualquier medio conocido en el arte, que incluye cualquier método de montaje conocido o adhesión conocido en el arte. Por lo tanto, en ciertas realizaciones de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora 400, la presión Pl puede actuar una superficie de presión superior que es distinguible y está separada de una superficie de presión inferior sobre la cual actúa la presión P3. El resorte 15 puede actuar sobre la superficie de presión superior o la superficie de presión inferior o sobre una superficie de presión diferente de la camisa de válvula 12, o mediante cualquier montaje del resorte 15 a la camisa de válvula 12 que permitiría la comunicación de la energía potencial^ del resorte 15 a la camisa de válvula 12, o cualquier combinación de ellos. En otras realizaciones, el resorte 15 se puede disponer para actuar sobre otra parte de la camisa 12 siempre que el resorte 15 desvíe la camisa de válvula 12 a la posición "cerrada" .
La fuerza de desvío descendente neta sobre la camisa de válvula 12 se puede describir con una ecuación que explica las diferentes presiones en el sistema que actúa sobre las áreas de superficie relevantes mientras toma en cuenta la fuerza ejercida por el resorte. Además, está claro que las características del sistema también se ve influido por la presión hidrostática surgida de la profundidad de la válvula de control de flujo de cadena de perforadora y las densidades de fluido relevantes usadas.
Además, en ciertas realizaciones, la lumbrera de presión superior 11 pueden comunicar cualquier presión corriente arriba a la superficie de presión superior 18 mientras que la lumbrera de presión inferior 14 comunica cualquier presión corriente abajo a la superficie de presión inferior 19. El término "presión corriente abajo", como se usa en la presente, se refiere a toda presión medida corriente abajo de una restricción de flujo que produce una caída de presión de flujo de fluido mensurable después de la restricción de flujo. El término "presión corriente arriba", como se usa en la presente, se refiere a toda presión medida corriente arriba de la misma restricción de flujo. Ejemplos de restricciones de flujo adecuadas incluyen, en forma no taxativa, chorros, tobera de venturi , orificios de flujo, chorros de broca de perforadora, cualquier longitud de tubería suficiente para crear una caída de presión mensurable, o
cualquier combinación de ellos. Además, se reconoce que la comunicación de presión desde un lugar a otro en los sistemas descritos en la presente se pueden realizar con una pluralidad de lumbreras aún cuando se pueda describir solamente una lumbrera en ciertas realizaciones.
La Figura 5 ilustra varios componentes de una realización de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora por separado en una forma desarmada. Para lograr claridad, varios de los componentes de una realización de una válvula de control de flujo de cadena de perforadora se muestran separados en una vista desarmada en la Figura 5. Los componentes, que se muestran separados en la presente, incluyen el gabinete de válvula 2, el tapón de lumbrera 5, el auxiliar inferior 3, la camisa de válvula 12, el resorte 15 y la camisa de cuña 16.
Aunque las roscas de tubería de perforadora se han ilustrado en la presente en varias realizaciones, se reconoce explícitamente que las válvulas de control de flujo de perforadora, las articulaciones de la tubería de perforadora, y otros componentes de cadena de perforadora se pueden montar uno a otro por cualquier medio adecuado conocido en el arte que incluye', en forma no taxativa, roscas de tubería de perforadora, roscas ACME,
roscas de pestaña a pestaña de alta torsión, empaquetaduras en 0, soldadura o cualquier otra combinación de ellos.
Si bien anteriormente se ha descrito en relación con una cadena de perforadora y es particularmente deseable para enfrentar preocupaciones de tubería en U, los expertos en el arte con el beneficio de esta invención apreciarán las válvulas de control de flujo de cadena de perforadora de la presente invención se pueden usar en otras aplicaciones de flujo de fluido sin limitar la invención precedente.
En consecuencia, la presente invención se adapta bien para alcanzar los fines y las ventajas mencionadas así como aquellas que son propias de ella. Las realizaciones particulares reveladas anteriormente son sólo ilustrativas, ya que la presente invención se puede modificar y practicar en formas diferentes pero equivalentes que son evidentes para los expertos en el arte que tiene la ventaja de las enseñanzas de la presente. Además, no se desea ninguna limitación a los detalles de la construcción o del diseño mostrado en la presente, diferente de la descrita en las siguientes reivindicaciones. En consecuencia será evidente que las realizaciones ilustrativas particulares reveladas anteriormente se pueden alterar o modificar y que todas aquellas variaciones se consideran dentro del alcance y espíritu de la
presente invención. Además, los términos de las reivindicaciones tienen su definición sencilla, común a menos que el titular de la patente la defina en forma explícita y clara de otro modo.
Claims (22)
1. Una válvula de control de flujo de cadena de perforadora que comprende : Un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde una entrada de flujo de gabinete a una lumbrera de flujo de salida de gabinete; Una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover en forma axial dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la lumbrera de flujo de camisa impide sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa permite el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de camisa a la lumbrera de flujo de camisa cuando está en la posición abierta; En donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una primera presión de fluido para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una segunda presión de fluido para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula; Un resorte en donde el resorte desvía la camisa de válvula a la posición cerrada ejerciendo una fuerza de desvío sobre la camisa de válvula; Una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete; y Una lumbrera de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el exterior del gabinete de válvula.
2. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la camisa de válvula es capaz de cambiar en forma axial desde la posición cerrada a la posición abierta mediante una presión de fluido diferencial suficiente ejercida sobre la camisa de válvula de manera tal que supere la fuerza de desvío del resorte.
3. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la válvula de control de flujo de cadena de perforadora se dispone axialmente dentro de la cadena de perforadora.
4. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la válvula de control de flujo de cadena de perforadora forma un miembro en línea de una cadena de perforadora en donde la válvula de control de flujo de cadena de perforadora tiene conexiones de extremo roscadas para montar a una o más articulaciones de la tubería de perforadora .
5. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la lumbrera de salida de flujo de gabinete y la lumbrera de flujo de camisa son lumbreras de flujo radiales.
6. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la lumbrera de presión axial que coloca la lumbrera de salida de flujo de gabinete para que esté en comunicación de fluidos directa con la superficie de presión superior de manera tal que produzca una fuerza axial descendente sobre la camisa de válvula.
7. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, que también comprende una cuña de ajuste para permitir el ajuste de una tensión del resorte.
8. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el resorte tiene una constante de resorte suficiente para impedir la tubería en U del flujo de fluido al terminar la fuerza de bombeo.
9. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la superficie de presión superior y la superficie de presión inferior comprenden una extensión que sobresale desde la camisa de válvula.
10. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la superficie de presión superior y la superficie de presión inferior es una extensión que sobresale desde la camisa de válvula.
11. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la superficie de presión superior comprende una primera extensión que sobresale desde la camisa de válvula y la superficie de presión inferior comprende una segunda extensión que sobresale desde la camisa válvula .
12. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el resorte actúa sobre la superficie de presión inferior para producir la fuerza de desvío sobre la camisa de válvula.
13. Una válvula de control de flujo de cadena de cadena de perforadora que comprende: Un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde una entrada de flujo de camisa a una lumbrera de flujo de salida de gabinete, Una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover axialmente dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la compuerta de flujo de camisa impide sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa permite que el fluido fluya desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando está en la posición abierta, En donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una primera presión de fluido para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una segunda presión de fluido para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula, Un mecanismo de desvío en donde el mecanismo de desvío desvía la camisa de válvula a la posición cerrada; Una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete; y Una lumbrera de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el gabinete de válvula.
14. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora acuerdo con la reivindicación 13, en donde el mecanismo de des comprende un resorte.
15. La válvula de control de flujo de cadena de perforadora de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el resorte comprende un resorte en espiral .
16. Un método para prevenir la tubería en U en una cadena de perforadora que comprende : proporcionar un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde una entrada de flujo de gabinete a una lumbrera de flujo de salida de gabinete, proporcionar una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover axialmente dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la lumbrera de flujo de camisa impida sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de gabinete cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa permite el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida a la lumbrera de flujo de camisa cuando está en la posición abierta en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una primera presión de fluido para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área de superficie de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una segunda presión de fluido para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula, proporcionar un mecanismo de desvío en donde el mecanismo de desvío desvía la camisa de válvula a la posición cerrada ejerciendo una fuerza de resorte de desvío sobre la camisa de válvula, proporcionar una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete con una fuerza superior , proporcionar una lumbrera de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el exterior del gabinete de válvula con una fuerza inferior, aumentar una presión de fluido sobre la camisa de válvula de manera tal que la camisa de válvula cambie desde la posición cerrada a la posición abierta, mantener un flujo de fluido a través de la camisa de válvula de manera tal que la fuerza superior sea mayor que la fuerza de resorte de desvío más la fuerza inferior, disminuir el flujo de fluido a través de la camisa de válvula de manera tal que permita que el mecanismo de desvío cambie la camisa de válvula desde la posición abierta a la posición cerrada .
17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el mecanismo de desvío comprende un resorte en espiral .
18. Un sistema de válvula de control de flujo de cadena de perforadora que comprende: un gabinete de válvula en donde el gabinete de válvula tiene un camino de flujo de gabinete desde una entrada de flujo de gabinete a una lumbrera de flujo de salida de gabinete, una camisa de válvula dispuesta por lo menos parcialmente en el gabinete de válvula, la camisa de válvula tiene una lumbrera de flujo de camisa en donde la camisa de válvula se puede mover axialmente dentro del gabinete de válvula desde una posición cerrada a una posición abierta, de manera tal que la lumbrera de flujo de camisa impida sustancialmente el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete- a la lumbrera de flujo de camisa cuando la camisa de válvula está en la posición cerrada y en donde la lumbrera de flujo de camisa permite el flujo de fluido desde la lumbrera de flujo de salida de gabinete a la lumbrera de flujo de camisa cuando está en la posición abierta, en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión superior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área superficial de corte transversal parcial sobre cual puede actuar una primera presión de fluido para proporcionar una fuerza descendente sobre la camisa de válvula y en donde la camisa de válvula tiene una superficie de presión inferior definida sobre ella de manera tal que proporcione un área superficial de corte transversal parcial sobre la cual puede actuar una segunda presión de fluido para proporcionar una fuerza ascendente sobre la camisa de válvula, un mecanismo de desvío en donde el resorte desvía la camisa de válvula a la posición cerrada ejerciendo una fuerza de desvío sobre la camisa de válvula, una restricción de flujo en comunicación de fluidos con la camisa de válvula, una lumbrera de presión superior que permite que la primera presión de fluido actúe sobre la superficie de presión superior desde el camino de flujo de gabinete en donde la primera presión de fluido se mide corriente arriba de la restricción de flujo, y una puerta de presión inferior que permite que la segunda presión de fluido actúe sobre la superficie de presión inferior desde el exterior del gabinete de válvula en donde la segunda presión de fluido se mide corriente abajo de la restricción de flujo.
19. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el mecanismo de desvío comprende un resorte.
20. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en donde la restricción de flujo está dispuesta dentro de la camisa de válvula .
21. El método de acuerdo con reivindicación 18, en donde la restricción de flujo está dispuesta en el exterior del gabinete de válvula.
22. Un sistema de válvula de control de flujo de cadena de perforadora que comprende : un gabinete de válvula que tiene una superficie externa y un primer camino de flujo dentro de él, una camisa de válvula montada en forma deslizable en el gabinete de válvula, un mecanismo de desvío para desviar la camisa de válvula en una posición cerrada, una primera lumbrera de presión que actúa sobre una primera parte de la camisa y en comunicación de fluido con el primer camino de fluido; y una segunda lumbrera de presión sobre una segunda parte de camisa y en comunicación de fluido con un segundo camino fluj o .
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