MX2011004404A - Valvula de medicion de inyeccion submarina de productos quimicos. - Google Patents

Abstract

Un aparato que incluye un sistema de gestión de inyección de productos químicos. El sistema de gestión de inyección de productos químicos puede incluir una interfaz configurada para acoplar el sistema de gestión de inyección de productos químicos a un sistema de extracción de minerales. Además, el sistema de gestión de inyección de productos químicos puede incluir un medidor ultrasónico de flujo.

Description

VÁLVULA DE MEDICIÓN DE INYECCIÓN SUBMARINA DE PRODUCTOS QUÍMICOS REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud reclama la prioridad para la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos Núm. 61/120,227 titulada "Válvula de Medición de Inyección Submarina de Productos Químicos" , presentada el 5 de Diciembre de 2008, que se incorpora como referencia en la presente en su totalidad.

ANTECEDENTES En esta sección se pretende introducir al lector a diversos aspectos de la técnica que pueden estar relacionados con diversos aspectos de la presente invención, que se describen y/o se reivindican a continuación. Se cree que esta discusión es útil para proporcionarle al lector información antecedente para facilitar una mejor comprensión de los diversos aspectos de la presente invención. En consecuencia, debe entenderse que estas declaraciones deben ser leídas en este marco, y no como admisiones de la técnica anterior.

Los pozos se utilizan a menudo para acceder a los recursos por debajo de la superficie de la tierra. 5227.36 Por ejemplo, petróleo, gas natural y agua a menudo se extraen a través de un pozo. Algunos pozos se utilizan para inyectar material debajo de la superficie de la tierra, por ejemplo, para secuestrar dióxido de carbono, para almacenar gas natural para su uso posterior, o para inyectar vapor u otras sustancias cerca de un pozo de petróleo para mejorar la recuperación. Debido al valor de estos recursos subterráneos, a menudo los pozos se han perforado a gran costo, y típicamente se tiene gran cuidado para prolongar su vida útil.

A menudo se utilizan sistemas de gestión de inyección de productos químicos para mantener un pozo y/o mejorar el rendimiento de un pozo. Por ejemplo, los sistemas de gestión de inyección de productos químicos se utilizan para inyectar materiales que inhiben la corrosión, materiales inhibidores de espuma, materiales inhibidores de cera, y/o anticongel nte para prolongar la vida de un pozo o aumentar la velocidad a la que los recursos se extraen de un pozo. Típicamente, estos materiales se inyectan en el pozo de una manera controlada durante un periodo de tiempo por el sistema de gestión de inyección de productos químicos .

La vida de un sistema de gestión de inyección de productos químicos puede ser limitada por sus componentes mecánicos, tales como cajas de engranajes, motores y válvulas que se pueden desgastar. Además, los sensores y accionadores usados para controlar la velocidad de flujo pueden variar con el paso del tiempo, y, como resultado, puede deteriorarse la precisión del sistema de gestión de inyección de productos químicos . Estos problemas pueden ser particularmente agudos en las aplicaciones submarinas, donde el sistema de gestión de inyección de productos químicos puede ser difícil y/o de difícil acceso. La sustitución de un desgastado o impreciso sistema de gestión de inyección de productos químicos puede aumentar significativamente el costo de operación por ejemplo de un pozo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se llegarán a entender mejor cuando la siguiente descripción detallada de ciertas modalidades ejemplares se lea con referencia a los dibujos anexos en los cuales caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en donde: La figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de extracción de recursos, ejemplar de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 2 es una vista parcial en perspectiva del sistema de extracción de recursos de la Figura 1 que representa un sistema de gestión de inyección de productos químicos, ejemplar y un receptáculo de válvula de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 3 es una vista posterior en perspectiva del sistema de gestión de inyección de productos químicos de la figura 2; La figura 4 es una vista en perspectiva del receptáculo de la válvula de la figura 2 ; La figura 5 es una vista en corte del sistema de gestión de inyección de productos químicos de la figura 2; La figura 6 es una vista lateral de un regulador de flujo ejemplar de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 7 es una vista en sección transversal de una válvula ejemplar de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 8 es una vista diagramática del regulador de flujo de la figura 6; La figura 9 es una vista en sección transversal de un igualador de presión ejemplar de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 10 es un diagrama de flujo que representa un proceso de igualación de presión ejemplar de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 11 es una representación diagramática en sección transversal de un medidor ultrasónico de flujo ejemplar utilizado con el regulador de flujo, de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 12 es una gráfica que representa la posición de la aguja contra el coeficiente de flujo para la válvula de la figura 7; La figura 13 es un diagrama de flujo que representa un procedimiento ejemplar de ajuste de válvula de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 14 es una vista en sección transversal de otro medidor ultrasónico de flujo ejemplar utilizado con el regulador de flujo de acuerdo con una modalidad de la presente técnica; La figura 15 es una vista en sección transversal de un inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos, ejemplar configurado para bloquearse en su lugar dentro de un receptáculo del sistema de gestión de inyección de productos químicos, alternativo, ilustrado en la figura 16; La figura 16 es una vista en sección transversal de un receptáculo del sistema de gestión de inyección de productos químicos, alternativo, ejemplar en el que el inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos de la figura 15 puede bloquearse en su lugar; La figura 17 es una vista en sección transversal del inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos de la figura 15 bloqueado en su lugar dentro del receptáculo del sistema de inyección de gestión de productos químicos de la figura 16; La figura 18 es una vista en perspectiva del inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos de la figura 15 bloqueado en su lugar dentro del receptáculo del sistema de gestión de inyección de productos químicos de la figura 16; y La figura 19 es una vista en sección transversal de un inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos, ejemplar que contiene múltiples sistemas de gestión de inyección de productos químicos .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES ESPECÍFICAS A continuación se describirá una o más modalidades específicas de la presente invención. Estas modalidades descritas solamente son ejemplares de la presente invención. Además, en un esfuerzo por proporcionar una descripción concisa de estas modalidades ejemplares, todas las características de una implementación real no pueden describirse en la especificación. Se debe apreciar que en el desarrollo de cualquier implementación real, como en cualquier proyecto de ingeniería o diseño, se deben tomar numerosas decisiones específicas de la implementación para alcanzar las metas específicas de los desarrolladores, tales como el cumplimiento de las limitaciones relacionadas con el sistema y relacionadas con el negocio, que pueden variar de una implementación a otra. Además, se debe apreciar que tal esfuerzo de desarrollo puede ser complejo y de tiempo prolongado, pero sin embargo, sería una tarea rutinaria de diseño, fabricación, y producción para los de experiencia ordinaria que tienen la ventaja de esta descripción.

Cuando se introducen elementos de varias modalidades de la invención, los artículos "un", "una", "el, la, los las", y "el mencionado o la mencionada" pretenden dar a entender que hay uno o más de los elementos. Los términos "que comprende", "que incluye" y "que tiene" están destinados a ser inclusivos y significan que puede haber elementos adicionales diferentes a los elementos listados. Además, el uso de "superior", "inferior", "anterior", "posterior", y las variaciones de estos términos se hace por conveniencia, pero no requiere ninguna orientación particular de los componentes .

Ciertas modalidades ejemplares de la presente invención incluyen un sistema de gestión de inyección de productos químicos que se ocupa de una o más de las deficiencias mencionadas anteriormente de los sistemas convencionales de gestión de inyección de productos químicos. Algunas modalidades pueden incluir un regulador de flujo que incluye uno o más medidores de flujo no invasores, tales como los medidores de flujo ultrasónico. El uso de medidores de flujo no invasores en el sistema de gestión de inyección de productos químicos puede reducir al mínimo la necesidad de ajustes frecuentes y/o reemplazo de los medidores de flujo. En particular, ya que los medidores de flujo no invasores en general pueden incluir menos piezas mecánicas móviles, el grado de desgaste mecánico con el tiempo puede ser reducido al mínimo. Como tales, los medidores de flujo no invasores pueden experimentar ciclos de vida más largos y pueden mantener la precisión de la medición más tiempo que otros tipos de medidores de flujo.

En algunas modalidades, el regulador de flujo también puede ser configurado para ejercer un control con corrección anticipante de una válvula, sin necesidad de utilizar un bucle de control por retroalimentación de posicionamiento de válvula. Como se explica más adelante, los reguladores de flujo que ejercen el control con corrección anticipante de la válvula pueden permanecer durante periodos de tiempo más prolongados que los sistemas que ejercen el control por retroalimentación, que se basan en las constantes del sistema que pueden no ser apropiadas cuando los componentes de la válvula se han desgastado u otras condiciones han cambiado.

Adicionalmente , o alternativamente, algunas modalidades pueden sumergir los componentes del sistema de gestión de inyección de productos químicos en un fluido protector, tal como el petróleo, para reducir el desgaste de los componentes en movimiento y potencialmente , prolongar su vida útil. Con este fin, algunas modalidades pueden tener un alojamiento sellado para contener el fluido protector y un igualador de presión para reducir las cargas hidrostáticas en aplicaciones submarinas, como se explica a continuación. Antes de abordar estas características en detalle, se analizan los aspectos de un sistema que puede emplear tal sistema de gestión de inyección de productos químicos.

La figura 1 representa un sistema de extracción de recursos ejemplar (10) , que puede incluir un pozo (12) , que coloquialmente se conoce como un "árbol de navidad" (14) (en lo sucesivo, un "árbol"), un sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) , y un receptáculo de válvula (18) . El sistema de extracción de recursos ilustrado (10) puede ser configurado para extraer hidrocarburos (por ejemplo, petróleo y/o gas natural) . En algunas modalidades, el sistema de extracción de recursos (10) puede ser terrestre o disponer de un submarino, y/o configurarse para extraer o inyectar otras sustancias, tales como las descritas anteriormente .

Una vez ensamblado, el árbol (14) puede acoplarse al pozo (12) e incluir una variedad de válvulas, accesorios y controles para la operación del pozo (12) . El sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede ser acoplado al árbol (14) mediante el receptáculo de válvula (18) . El árbol (14) puede colocar el sistema de gestión de inyección de productos químicos (C.I.M.S., por sus siglas en inglés) (16) en comunicación fluida con el pozo (12) . Como se explica más adelante, el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede ser configurado para regular el flujo de un producto químico a través del árbol (14) y en el pozo (12) .

La figura 2 es una vista en perspectiva del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) acoplado con el receptáculo de válvula (18) . Como se ilustra, el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede incluir un regulador de flujo (20) , un igualador de presión (22) , un alojamiento (24) , una interfaz de árbol (26) , y una interfaz de (Vehículo Operado Remotamente) ROV por sus siglas en inglés (28) . Como se describe con referencia a las figuras 5-8, el regulador de flujo (20) puede incluir componentes que reduzcan la probabilidad de que el regulador de flujo (20) pierda la precisión con el tiempo. Además, el igualador de presión (22) puede facilitar la inclusión de un fluido protector, que se cree prolonga la vida útil de componentes móviles dentro del alojamiento (24) . Antes de abordar estas características con detalle, se analizan otros componentes del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) .

Con referencia a las figuras 2 y 3, el alojamiento (24) puede incluir una placa de extremo externo (46) , una pared lateral (48) , un mango (50) , una placa de extremo interno (52) , y un revestimiento de interfaz de árbol (54) . La pared lateral (48) y las placas de extremo (46) y (52) se pueden fabricar de un material resistente a la corrosión, generalmente rígido, y en general pueden definir un volumen cilindrico recto con una base circular. El revestimiento de interfaz de árbol (54) puede extenderse desde la pared lateral (48) más allá de la placa de extremo interno (52) . El mango (50) puede ser fijado (por ejemplo: soldado) a la pared lateral (48) y puede tener una forma de U. Algunas modalidades pueden incluir mangos adicionales (50) .

Como se ilustra en la figura 3, la interfaz de árbol (26) puede incluir una chaveta (56) , espigas guias (58) y (60) , un pasador (62) , un conector eléctrico (64) , un conector de entrada de fluido (66) , y un conector de salida de fluido (68) . En la presente modalidad, con la excepción de la chaveta (56) , los componentes de la interfaz de árbol (26) por lo general pueden ser colocados en el revestimiento de interfaz de árbol (54) . Estos componentes pueden ser configurados para acoplar eléctricamente, con fluidez, y/o mecánicamente el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) al árbol (14) por medio de componentes complementarios en el receptáculo de válvula (18) , como se explica más adelante después de analizar la interfaz de ROV (28) .

A continuación se describirá la interfaz de ROV (28) con referencia a las figuras 2 y 5. La interfaz de ROV (28) ilustrada puede incluir aberturas (70), una agarradera acampanada (72), las ranuras (74) y (76) , y una interfaz de herramienta de par de torsión (78) . En algunas modalidades, la interfaz de ROV (28) puede ser una interfaz de ROV API 17D clase 4. La interfaz de ROV (28) puede ser conectada a la placa de extremo externo (46) . La interfaz de herramienta de par de torsión (78) , que puede ser configurada para acoplarse a una herramienta de par de torsión en un ROV, se puede colocar dentro de la agarradera acampanada (72) y generalmente de manera simétrica entre las ranuras (74) y (76) .

Como se ilustra en la figura 5, la interfaz de herramienta de un par de torsión (78) puede ser acoplada a un mecanismo de accionamiento interno que incluye un e e de transmisión (80), un acoplamiento roscado (82), y una leva (84) que está relacionada con el pasador (62) . La operación de estos componentes se describirá después de analizar las características del receptáculo de válvula (18) .

Las figuras 2 y 4 ilustran el receptáculo de válvula (18) ejemplar. A partir de las características representadas por la figura 2, el receptáculo de válvula (18) puede incluir una entrada de fluido (86), una salida de fluido (88), una conexión eléctrica (90), una pestaña de montaje (92), una ranura de chaveta (94) , pestañas de soporte (96) , una pestaña externa (98) , una abertura de válvula (100) , una charola de válvula (102) , y los soportes de charola (104) . La entrada de fluido (86) puede ser un conducto de fluido, tubo, o tubería que esté en comunicación fluida con una fuente de fluido, tal como un suministro de un líquido que se va a inyectar, y la salida de fluido (88) puede ser un conducto de fluido, tubo, o tubería que esté en comunicación fluida con el pozo (12) . La conexión eléctrica (90) puede acoplarse a una fuente de energía, un dispositivo de entrada del usuario, una pantalla, y/o un controlador del sistema. La pestaña de montaje (92) puede ser configurada para acoplar el receptáculo de válvula (18) al árbol (14) . La ranura de chaveta (94) y la charola de válvula (102) se pueden configurar para al menos alinear burdamente el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) al receptáculo de válvula (18) durante la instalación del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . Específicamente, la charola de soporte de válvula (102) puede ser configurada para soportar el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) , conforme se desliza en la abertura de válvula (100) , y la chaveta (56) puede ser configurada para deslizarse en la ranura de chaveta (94) a la posición de rotación del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) .

Regresando a las características ilustradas por la figura 4, el receptáculo de válvula (18) puede incluir una ranura (106) , biseles de entrada (108) y (110) , aberturas biseladas (112) y (114) , un conector eléctrico complementario (116) , un conector complementario de entrada de fluido (118) , y un conector complementario de salida de fluido (120) . En la presente modalidad, estos componentes pueden ser colocados dentro de la abertura de válvula (100) . Los biseles de entrada (108) y (110) y la ranura (106) pueden ser configurados para alinear y recibir el pasador (62) desde el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) , y las aberturas biseladas (112) y (114) pueden ser configuradas para recibir las espigas guias (58) y (60), respectivamente.

Adicionalmente , el conector complementario de entrada de fluido (118) puede ser configurado para acoplar de manera fluida la entrada de fluido (86) al conector de entrada de fluido (66), y el conector complementario de salida de fluido (120) puede ser configurado para acoplar de manera fluida la salida de fluido (88) al conector de salida de fluido (68) . El conector eléctrico complementario (116) puede ser configurado para acoplar eléctricamente el conector eléctrico (64) en el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) a la conexión eléctrica (90) .

Durante la instalación, el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede ser asegurado a un ROV por encima o cerca de la superficie del océano, por ejemplo, en una estructura o embarcación de soporte . El ROV entonces se puede sumergir y transportar el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) al árbol (14) y colocarlo en la charola de válvula (102) . El ROV puede girar el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) para alinear la chaveta (56) con la ranura de chaveta (94) . El ROV entonces puede accionar el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) adelante en la abertura de válvula (100) , según lo indicado por la flecha (121) en la figura 2. A medida que el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) se mueve hacia adelante, las espigas gulas (58) y (60) pueden acoplarse o cooperar con las aberturas biseladas (112) y (114) para refinar aún más la alineación del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . Con el movimiento hacia adelante posterior, el pasador (62) puede ser insertado a través de la ranura (106) con la ayuda de los biseles de entrada (108) y (110) .

Para formar las conexiones eléctricas y de fluidos, una herramienta de par de torsión en el OV a continuación puede girar la interfaz de herramienta de par de torsión (78) , que a su vez puede girar el eje de transmisión (80) dentro de la leva (84) . La leva (84) puede transmitir aproximadamente los primeros 90° de rotación del eje de transmisión (80) en la rotación del pasador (62) , colocando así el pasador (62) fuera de alineación con la ranura (106) y en general evitar que el pasador (62) sea retirado a través de la ranura (106) . Después de 90° de rotación, la leva (84) en general puede dejar de transmitir la rotación del eje de transmisión (80), y el acoplamiento roscado (82) puede convertir la rotación de este eje de transmisión (80) en una traslación lineal o jalón del pasador (62) de vuelta hacia el alojamiento (24) . Sin embargo, debido a que el pasador (62) está fuera de alineación con la ranura (106) , por lo general puede ser impedido de moverse hacia atrás por el receptáculo de válvula (18) . A medida que el pasador (62) se ala hacia atrás, el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) se puede trasladar gradualmente hacia adelante, y se pueden formar las conexiones eléctricas y de fluido. Por último, el ROV se puede desacoplar del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) y volver a la superficie.

Ahora se describirán las características del regulador de flujo (20) con referencia a las figuras 5-8. La figura 5 ilustra el regulador de flujo (20) en una porción recortada del alojamiento (24), y la figura 6 ilustra el regulador de flujo (20) en aislamiento. La figura 7 es una vista en sección transversal de una válvula que puede ser empleada en el regulador de flujo (20) , y la figura 8 es una representación diagramática del regulador de flujo (20) .

Regresando a la figura 6, el regulador de flujo (20) puede incluir conductos de fluido (122) , (124) y (126) , una válvula (128) , un accionador de válvula (130) , un medidor de flujo (132) , y un controlador (134) . Como se explica más adelante, el regulador de flujo (20) puede ser configurado para regular o controlar un parámetro de flujo, tal como una velocidad de flujo volumétrico, una velocidad de flujo de masa, un volumen, y/o una masa de fluido que fluye en el pozo (12) .

Las características de la válvula ejemplar (128) se muestran en la vista en sección transversal de la figura 7. La válvula (128) puede incluir un cuerpo (136), una entrada roscada (138), un asiento de aguja (140) , una aguja (142) , los sellos (144) , (146) y (148) , y un colector de salida (150) . El asiento de aguja (140) ilustrado puede incluir las aberturas (152) y una ruta de acceso reducido de fluido (154) . La aguja (142) puede ser configurada para trasladarse de forma lineal a través del cuerpo (136) , según lo indicado por la flecha (156) , y puede incluir una punta cónica (158) colocada generalmente en el asiento de aguja (140) .

En la operación, un fluido puede fluir a través de la entrada roscada (138) , pasar a través del asiento de aguja (140) , y fluir fuera de la válvula (128) a través del conducto (124) , que se puede acoplar al colector de salida (150) . La aguja (142) puede ser movida según lo indicado por la flecha (156) para controlar la velocidad de flujo a través de la válvula (128) . A medida que la aguja (142) se retira o se mueve hacia arriba, se puede ampliar una brecha entre la punta cónica (158) y la ruta de acceso reducido de fluido (154) del asiento de aguja (140) , y la velocidad de flujo puede aumentar. Por el contrario, cuando la aguja (142) se conduce en el cuerpo (136) o se mueve hacia abajo, la brecha entre la punta cónica (158) y la ruta de acceso reducido de fluido (154) puede reducirse, y la velocidad de flujo a través de la válvula (128) puede disminuir. Es decir, la velocidad de flujo a través de la válvula (128) en general puede corresponder con la posición de la aguja (142) . La válvula (128) puede tener una proporción de reducción de caudal de fluido mayor o igual a 100:1, y algunas modalidades pueden incluir dos o más válvulas (128) que son ajustadas al tamaño para diferentes velocidades de flujo.

Volviendo a la figura 6, el accionador de válvula ilustrado (130) puede incluir un motor (160) , una caja de engranajes (162), y una ruta de señal de control (164) . El motor (160) puede tener un motor de corriente directa (DC, por sus siglas en inglés) , por ejemplo, un motor eléctrico de DC de 24 voltios. En ciertas modalidades, la caja de engranajes (162) incluye una caja de engranajes, planetaria de proporción de potencia elevada con una proporción de engranaje de más de 600:1. En algunas modalidades, estos componentes (160) y (162) pueden ser sumergidos en un ambiente lleno de aceite, tal como se explica más adelante. Ventajosamente, tal ambiente tiende a reducir el desgaste en estos componentes (160) y (162) .

El medidor de flujo (132) puede incluir una entrada de fluido (166) , una salida de fluido (168) , y una ruta de señal de medición (170) . En algunas modalidades, el medidor de flujo (132) puede ser un medidor ultrasónico de flujo, como se describe en mayor detalle más adelante con respecto a las figuras 11 y 14. Es decir, el medidor de flujo (132) se puede configurar para medir una velocidad de flujo o cantidad de fluido mediante la transmisión de energía acústica a lo largo de una o más rutas por donde pasa el fluido. El medidor de flujo (132) generalmente puede ser libre de rodamientos y otros componentes mecánicos y, en general resistentes químicamente. Adicionalmente, en algunas modalidades, el medidor de flujo (132) puede tener una capacidad para presiones superiores a 351.53 kg/cm2 (5 kilolibras por pulgada cuadrada (ksi) ) , 703.07 kg/cm2 (10 ksi), 1054.6 kg/cm2 (15 ksi), o 1406.14 kg/cm2 (20 ksi).

El controlador (134) puede incluir un procesador (172) y la memoria (174) . El controlador (134) puede ser configurado para determinar una velocidad de flujo volumétrico, una velocidad de flujo de masa, un volumen, o una masa con base en una señal del medidor de flujo (132) . El controlador (134) también se puede configurar para regular o controlar uno o más de estos parámetros con base en la señal del medidor de flujo (132) mediante la señalización del motor (160) para ajustar la posición de la aguja (142) . Con este fin, el controlador (134) puede incluir software y/o circuiteria configurada para ejecutar una rutina de control, tal como una rutina de control proporcional-integral-diferencial (PID, por sus siglas en inglés) . En algunas modalidades, la rutina de control y/o datos basados en la señal del medidor de flujo (132) pueden ser almacenados en la memoria (174) u otro medio legible en computadora.

La figura 8 es una representación diagramática del regulador de flujo (20) . A partir de las conexiones configuradas para transportar fluidos, el conector de entrada de fluido (66) puede ser acoplado de manera fluida a la entrada roscada (138) de la válvula (128) por el conducto de fluido (122) . El colector de salida de fluido (150) de la válvula (128) puede ser acoplado de manera fluida a la entrada de fluido (166) del medidor de flujo (132) por el conducto de fluido (124) . Adicionalmente , la salida de fluido (168) del medidor de flujo (132) puede ser acoplada de manera fluida al conector de salida de fluido (68) por el conducto de fluido (126) . Volviendo a las conexiones configuradas para transmitir información, datos y/o señales de control, el controlador (134) puede ser acoplado de manera comunicativa al medidor de flujo (132) por la ruta de señal de medición (170) y al accionador de válvula (130) por la ruta de señal de control (164). Adicionalmente , el controlador (134) puede ser acoplado de manera comunicativa al conector eléctrico (64) para la comunicación con otros componentes del sistema de extracción de recursos (10) y para una fuente de energía. La aguja (142) enlaza mecánicamente el accionador de válvula (130) y la válvula (128) .

En la operación, el controlador (134) puede ejercer un control por retroalimentación sobre el flujo de fluido a través del regulador de flujo (20) . El controlador (134) puede transmitir una señal de control al accionador de válvula (130) . El contenido de la señal de control puede ser determinado por, o basarse en una comparación entre un parámetro de flujo (por ejemplo, una velocidad de flujo volumétrico, una velocidad de flujo de masa, un volumen, o una masa) , medido por el medidor de flujo (132) y un valor deseado del parámetro de flujo. Por ejemplo, si el controlador (134) determina que la velocidad de flujo a través del regulador de flujo (20) es menor que una velocidad de flujo deseada, el controlador (134) puede indicar al accionador de válvula (130) que retire la aguja (142) a cierta distancia. En respuesta, el motor (160) puede accionar la caja de engranajes (162), y la caja de engranajes (162) puede convertir el movimiento rotacional del motor (160) en traslación lineal de la aguj (142) . Como resultado, en algunas modalidades, la velocidad de flujo a través de la válvula (128) puede aumentar a medida que aumenta la brecha entre la punta cónica (158) de la aguja (142) y la ruta de acceso reducido de fluido (154) del asiento de aguja (140) . Alternativamente, si el controlador (134) determina que la velocidad de flujo (u otro parámetro de flujo) a través del regulador de flujo (20) es mayor que una velocidad de flujo deseada (u otro parámetro de flujo), el controlador (134) puede indicar al accionador de válvula (130) accionar la aguja (142) a cierta distancia en la válvula (128) , de tal modo que potencialmente se reduce la velocidad de flujo. En otras palabras, el controlador (134) puede indicar al accionador de válvula (130) mover la aguja (142) a cierta distancia con base en un parámetro de flujo detectado por el medidor de flujo (132) .

Para controlar el parámetro de flujo, el regulador (134) puede ejercer control por retroalimentación y/o con corrección anticipante del accionador de válvula (130) . Por ejemplo, en algunas modalidades, el controlador (134) puede recibir una señal de retroalimentación del accionador (175) que es indicativo de, o se correlaciona con la posición de la aguja (142) . Utilizando la señal de retroalimentación del accionador (175), el controlador (134) puede ejercer un control por retroalimentación sobre la posición de la aguja (142) . Es decir, el controlador (134) puede enviar una señal de control (164) que se determina, al menos en parte, por una comparación entre la señal de retroalimentación del accionador (175) y una posición de la aguja deseada. La posición de la aguja deseada puede ser determinada por una tabla, ecuación, y/o relación almacenada en la memoria (174) , que correlaciona la posición de la aguja con la velocidad de flujo a través de la válvula (128) . Modalidades que emplean control por retroalimentación tanto sobre la posición de la aguja (142) y el parámetro de flujo, pueden caracterizarse por tener un bucle de control anidado, por ejemplo, un bucle de control por retroalimentación dirigido hacia el control de la posición de la aguja anidada dentro de un bucle de control por retroalimentación dirigido hacia el control del parámetro de flujo.

Algunas modalidades pueden no incluir un bucle de control anidado o pueden emplear un bucle de control anidado de una manera más limitada. Por ejemplo, en algunas modalidades, el controlador (134) puede no recibir la señal de retroalimentación del accionador (175) o pueden parcial o totalmente hacer caso omiso de la señal de retroalimentación del accionador (175) . En ciertas modalidades, el controlador (134) puede ejercer un control con corrección anticipante sobre la posición de la aguja (142) . Es decir, el controlador (134) puede transmitir la señal de control (164) al accionador de válvula (130) con base en una diferencia entre un valor de parámetro de flujo deseado y un valor de parámetro de flujo medido, independientemente de la posición actual de la aguja (142) . En otras palabras, algunas modalidades pueden no depender de una correlación almacenada entre la posición de la aguja y la velocidad de flujo a través de la válvula (128) . Por ejemplo, en la operación, el controlador (134) puede determinar que la actual velocidad de flujo volumétrico a través del regulador de flujo (20) es menor que la velocidad de flujo volumétrico deseado y, en respuesta, indica al accionador de válvula (130) cambiar la posición de la aguja (142) a cierta distancia. En algunas modalidades, el controlador (134) puede determinar esta distancia sin tener en cuenta la posición actual de la aguja (142) .

Ventajosamente, las modalidades sin un bucle de control anidado pueden controlar los parámetros de flujo con mayor precisión durante un periodo más largo de tiempo y bajo una más amplia variedad de circunstancias que los sistemas convencionales. Debido a que algunas modalidades no se basan en una correlación entre la posición de la aguja (142) y una velocidad de flujo a través de la válvula (128) , éstas pueden ser más robustas frente a condiciones cambiantes. Por ejemplo, la punta cónica (158) de la aguja (142) o la ruta de acceso reducido de fluido (154) del asiento de aguja (140) puede usar y cambiar la relación entre la posición de la aguja (142) y la velocidad de flujo a través de la válvula (128) . Tal cambio podría introducir errores en el ejercicio de control por retroalimentación de la posición de la agu a (142) . En algunas circunstancias, este error podría disminuir la capacidad de respuesta, la estabilidad, o la exactitud del regulador de flujo (20) . Por el contrario, las modalidades sin un bucle de control anidado para controlar la posición de la aguja (142) pueden ser menos afectadas por estas fuentes de error .

Otras características del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) pueden tender a prolongar su vida útil. Por ejemplo, volviendo a la figura 5, un interior (181) del alojamiento (24) puede ser llenado parcial o sustancialmente por completo con un fluido protector (182), tal como petróleo. En algunas modalidades, el fluido protector (182) puede ser aceite para engranajes hidráulicos. Ventajosamente, el fluido protector (182) puede lubricar y/o tender a reducir el desgaste de los componentes dentro del alojamiento (24) , como el eje de transmisión (80) , la leva (84) , el acoplamiento roscado (82) , y/o el accionador de válvula (130) . Para mantener la separación del agua de mar y el fluido protector (182) , el alojamiento (24) puede ser substancialmente hermético. En algunas aplicaciones submarinas, una diferencia de presión entre el fluido protector (182) y el agua de mar de los alrededores puede ejercer una carga hidrostática en el alojamiento (24) . Para reducir esta carga, el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede incluir un igualador de presión (22) .

A continuación se describirán características del igualador de presión ejemplar (22) con referencia a las figuras 2, 5, 9 y 10. Como se ilustra en las figuras 2 y 5, la presión del igualador (22) puede incluir una o más cámaras de aire (184) y accesorios (186) . El igualador de presión (22) se puede extender hacia el interior en el alojamiento (24) desde la placa de extremo externo (46) . Algunas modalidades pueden incluir 1, 2, 3, 4, 5, o más cámaras de aire.

La figura 9 ilustra una vista en sección transversal del igualador de presión ejemplar (22) . La cámara de aire (184) se puede fabricar de un material elástico y/o hermético, tal como el caucho, neopreno, vinilo o silicona. La cámara de aire (184) puede tener una forma generalmente cilindrica y acoplarse al accesorio (186) en un extremo.

El accesorio ilustrado (186) puede incluir una entrada de agua (188) , los miembros de sellado (190) y (192) , y un asiento de anillo tórico (194) . La entrada de agua (188) se puede extender a través del accesorio (186) y proporcionar un paso de fluido hacia la cámara de aire (184) . El miembro de sellado (190) puede sellar la cámara de aire (184) al accesorio (186) . El miembro de sellado (192) y el asiento del anillo tórico (194) pueden cooperar con una abertura en la placa de extremo externo (46) para asegurar el accesorio (186) a la placa de extremo externo (46) y formar un sello en general hermético, con la placa de extremo externo (46) . En algunas modalidades, el accesorio (186) puede incluir roscas que cooperen con las roscas complementarias en la placa de extremo externo (46) y/o una tuerca roscada colocada fuera de la placa de extremo externo (46) .

En la operación, el igualador de presión (22) tiende a reducir la diferencia de presión entre el fluido protector (182) y la presión del agua de los alrededores . Las fuerzas provenientes de la presión del agua de los alrededores sobre la cámara de aire (184) se representan por las flechas (196) en la figura 9, y las fuerzas provenientes de la presión del fluido protector (182) se ilustran por las flechas (198) . Si la presión del agua (196) es mayor que la presión del fluido protector (198) , la cámara de aire (184) puede expandirse y/o aplicar una fuerza al fluido protector (182) y aumentar la presión (198) del fluido protector (182) , lo que potencialmente reduce el diferencial de presión. En algunas modalidades, el fluido protector (182) puede ser considerablemente incompresible y la cámara de aire (184) puede fundamentalmente transmitir una fuerza en lugar de expandirse para igualar la presión.

Algunas modalidades pueden incluir otros tipos de igualadores de presión (22) , tal como un pistón colocado dentro de un cilindro que está en comunicación fluida con el fluido protector (182) y el agua de mar de los alrededores en los respectivos lados opuestos del pistón. En otro ejemplo, el igualador de presión (22) puede incluir una porción elástica o menos rígida del alojamiento (24) que se configura para transmitir una fuerza al fluido protector (182) .

La figura 10 ilustra un proceso de igualación de presión ejemplar (200) . El proceso (200) puede incluir la recepción de una fuerza resultante de la presión del agua, como se indica por el bloque (202) , y/o la reducción de un diferencial de presión entre la presión del agua y la presión de un fluido protector mediante la transmisión de la fuerza al fluido protector, según lo indicado por el bloque (204) . La reducción del diferencial de presión puede incluir la eliminación de forma sustancial del diferencial de presión o la reducción de forma sustancial de la magnitud del diferencial de presión. En algunas aplicaciones basadas en tierra, el proceso (200) puede incluir la recepción de una fuerza resultante de la presión del aire y la transmisión de la fuerza al fluido protector.

Como se describió anteriormente, el medidor de flujo (132) del regulador de flujo puede ser un medidor ultrasónico de flujo. En general, los medidores ultrasónicos de flujo miden el tiempo de tránsito de los pulsos de energía ultrasónica que viajan con o en contra del flujo de un fluido que se está midiendo. Más específicamente, los medidores ultrasónicos de flujo en general incluyen al menos un par de transductores en los lados opuestos de una tubería de medición a través de la cual fluye el fluido. Por ejemplo, la figura 11 es una representación diagram tica en sección transversal de un medidor ultrasónico de flujo ejemplar (132) utilizado con el regulador de flujo (20) . Como se ilustra, un primer transductor (206) y un segundo transductor (208) se encuentran en lados opuestos de una tubería de medición (210) . En particular, el primer transductor (206) y el segundo transductor (208) pueden formar una ruta acústica (212) a través de la ruta de flujo del fluido (214) . Como se ilustra, la ruta acústica (212) puede, por ejemplo, formar una línea diagonal a través de un eje longitudinal (216) de la tubería de medición (210) . Más específicamente, la ruta acústica (212) puede formar un ángulo T entre la ruta acústica (212) y una línea perpendicular al eje longitudinal (216) .

El medidor ultrasónico de flujo (132) de la figura 11 puede transmitir la energía acústica a lo largo de la ruta acústica (212) (es decir, desde el primer transductor (206) hacia el segundo transductor (208) a través de la tubería de medición (210) dentro de la que fluye el fluido) . Más específicamente, el primer transductor (206) puede ser excitado por una ráfaga de energía eléctrica. Esto puede causar un pulso de energía acústica en el medio adyacente . En ciertas modalidades, el pulso ultrasónico puede consistir de varios ciclos que tienen una frecuencia en el intervalo de 0.05 a 3 megahercios (mHz) . Los transductores (206), (208) generalmente están diseñados para ser direccionales . En otras palabras, una porción significativa de la energía acústica viajará a lo largo de la ruta acústica (212) desde el primer transductor (206) hacia el segundo transductor (208) . El tiempo transcurrido desde el momento de la transmisión del primer transductor (206) hasta el momento de la detección por el segundo transductor (208) puede ser medido .

Por el contrario, el segundo transductor (208) también puede ser excitado por una ráfaga de energía eléctrica. Esto puede provocar otro pulso de energía acústica en el medio adyacente. Una vez más, una porción significativa de la energía acústica viajará a lo largo de la ruta acústica (212) desde el segundo transductor (208) hacia el primer transductor (206) . El tiempo transcurrido desde el momento de la transmisión del segundo transductor (208) hasta el momento de la detección por el primer transductor (206) también se puede medir. Cada pulso de energía atraviesa al menos sustancialmente o exactamente la misma ruta acústica (212) . Por lo tanto, la diferencia en los tiempos de tránsito, así como las geometrías particulares de la tubería de medición (210) (por ejemplo, el diámetro interno (ID)) y la ruta acústica (212) (por ejemplo, el ángulo T), se pueden utilizar para calcular la velocidad del fluido y la velocidad de flujo volumétrico del fluido.

Además, si bien se ilustra en la figura 11 como utilizando una ruta acústica (212) con un ángulo T de aproximadamente 45 grados, el ángulo T de la ruta acústica (212) puede variar en función de parámetros específicos del medidor ultrasónico de flujo (132) (por ejemplo, las condiciones de operación, las limitaciones de espacio, y así sucesivamente) . Por ejemplo, el ángulo T puede ser de 0 grados (es decir, perpendicular al eje longitudinal (216)), 15 grados, 30 grados, 45 grados, y así sucesivamente. En efecto, como se explica con mayor detalle más adelante con respecto a la figura 14, el ángulo T puede ser tan grande como de 90 grados, por ejemplo, como cuando los transductores (206) , (208) se ubican en extremos opuestos de la ruta de flujo del fluido (214) . Además, en ciertas modalidades, se puede utilizar una pluralidad de transductores apareados (206), (208) en distintos ángulos T, de manera que varios conjuntos de datos de medición pueden ser recogidos por el medidor ultrasónico de flujo (132) . También, en ciertas modalidades, una pluralidad de transductores apareados (206), (208) puede ser localizada radialmente alrededor de la circunferencia de la tubería de medición (210) , de tal manera que varios conjuntos de datos de medición pueden ser recogidos por el medidor ultrasónico de flujo (132) .

Además, aunque está descrito aquí como un medidor ultrasónico de flujo (132), el medidor de flujo (132) por supuesto puede usar cualquier tipo adecuado de energía sonora y cualquier tipo adecuado de sondas de sonido. De hecho, el medidor de flujo puede emplear cualquier técnica adecuada y no invasora. Por ejemplo, se pueden utilizar medidores de flujo, no invasores, con base en la temperatura, como cuando una cantidad específica de calor se introduce en el flujo de fluido y la distribución de temperaturas a través del fluido se puede utilizar para determinar las características, tales como la velocidad de flujo del fluido. Además, también se pueden utilizar medidores de flujo, no invasores, con base en la óptica. En este tipo de medidor de flu o, los haces de luz pueden ser mostrados a través del flujo de fluido y la manera en que la luz se dispersa a través del flujo de fluido puede dar lugar a determinaciones de las características del flujo de fluido. Además, también se pueden utilizar otras técnicas no invasoras diferentes (por ejemplo, la resonancia magnética, etc.) .

El uso de medidores ultrasónicos de flujo en el regulador de flujo (20) puede dar lugar a varios beneficios. Por ejemplo, otros tipos de dispositivos de medición de flujo pueden requerir filtros, ya que generalmente tienen una tolerancia más baja para los materiales particulados. Esto se debe, al menos en parte, a la complejidad de los componentes mecánicos dentro de estos dispositivos de medición de flujo. Por ejemplo, ya que sólo hay una cantidad limitada de espacio en el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) , estos dispositivos mecánicos de medición de flujo a menudo pueden contener pequeñas restricciones (por ejemplo, desde pequeñas piezas móviles, sellos, etc.) y, como tales, pueden ser muy sensibles a los materiales particulados en el fluido. Sin embargo, cuando se utilizan medidores de flujo ultrasónico, potencialmente hay menos necesidad de filtración, porque los medidores ultrasónicos de flujo en general no tienen tantas restricciones pequeñas ya que la medición del flujo se lleva a cabo por medio de energía acústica en lugar de componentes mecánicos. Como tales, los medidores de flujo, acústicos pueden tener una tolerancia generalmente alta a los materiales particulados, geles y cuerpos semisólidos y sólidos, que pueden ser arrastrados dentro del fluido a medir.

Además, las preocupaciones sobre los productos químicos que atacan los elementos de medición pueden ser reducidas al mínimo debido al hecho de que hay menos componentes mecánicos en los medidores de flujo ultrasónico. Más particularmente, puesto que el medidor ultrasónico de flujo (132) generalmente puede incluir más que un simple tubo de construcción, se requiere un mínimo de piezas móviles o sellos. Más específicamente, ya que los transductores (206) , (208) pueden ser ubicados externos a la tubería de medición (210) , los transductores (206) , (208) pueden ser aislados del flujo de fluido real. Como tales, estos componentes principales de medición del medidor ultrasónico de flujo (132) no están sujetos a la corrosión o al ataque químico. Además, también se pueden utilizar materiales resistentes a la corrosión para la construcción del tubo, lo que limita potencialmente aún más los efectos adversos de los productos químicos que atacan el medidor ultrasónico de flujo (132) .

Un fluido particular que puede ser medido por el medidor ultrasónico de flujo (132) es el monoetilenglicol (MEG) , que puede hacerse circular a través del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . En general, el MEG es un glicol que puede ser reciclado a través del sistema de extracción de recursos (10) para suprimir la acumulación de hidratos. A medida que el MEG es reciclado a través del sistema de extracción de recursos (10) , éste puede empezar a acumular impurezas. Sin embargo, como se describió anteriormente, los medidores ultrasónicos de flujo pueden ser menos sensibles a las impurezas que otros tipos de dispositivos de medición. Por lo tanto, la medición del MEG por medidores ultrasónicos de flujo puede ser menos problemática que con otros tipos de dispositivos de medición.

Además, el uso de medidores ultrasónicos de flujo también puede permitir la identificación de obstrucciones (por ejemplo, debido a los hidratos, etc.) con el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . Por ejemplo, el uso de medidores ultrasónicos de flujo puede permitir la identificación del bloqueo por hidratos dentro de la sección de estrangulamiento del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . El tener la capacidad de identificar los bloqueos por hidratos puede permitir a un operador del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) decidir cuándo y qué tipo de medidas correctivas pueden ser adoptadas en caso de tales bloqueos .

Además, el uso de medidores ultrasónicos de flujo también puede permitir la medición de flujo bidireccional , a diferencia de otros tipos de dispositivos de medición que sólo se pueden configurar para medir el flujo en una dirección. Por ejemplo, los medidores ultrasónicos de flu o son capaces de medir el flujo en ambas direcciones debido al hecho de que la energía acústica se transmite en ambas direcciones (por ejemplo, entre el primer transductor (206) y el segundo transductor (208) de la figura 11) . Por lo tanto, la medición del flujo se puede determinar en ambas direcciones utilizando una lógica similar de medición de flujo. La capacidad de medir el flujo en ambas direcciones puede resultar benéfica, ya que el medidor ultrasónico de flujo (132) puede ser capaz de indicar si y cuando los fluidos del pozo de producción comienzan a viajar de regreso a través del cordón umbilical. Como tal, el operador del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede ser capaz de tomar las medidas correctivas más eficaces.

En el contexto de flujo bidireccional , se puede realizar una variedad de actos con base en la dirección de flujo del fluido determinado por el controlador (134) . Por ejemplo, la dirección de flujo del fluido, o un cambio en la dirección, se pueden registrar en la memoria. En algunas modalidades, el flujo de fluido en una dirección (es decir, hacia adelante o hacia atrás) puede desencadenar un aviso acústico o visual (por ejemplo, un aviso de bomba rota en una pantalla o el altavoz) , o la válvula (128) puede ser ajustada (por ejemplo, sustancialmente cerrada) .

La figura 12 ilustra un ejemplo de una curva de flujo a través de la válvula (128) . Esta gráfica muestra la posición de la aguja (142) (figura 7) , como un porcentaje de una carrera, versus el coeficiente de flujo (Cv) a través de la válvula (128) . La curva ilustrada incluye una zona de control de flujo (220) , una zona estática (222) , y una zona de lavado (224) . En algunas modalidades, la zona de lavado (224) puede ser usada para limpiar los desechos de la aguja (142) .

La figura 13 ilustra un procedimiento ejemplar de ajuste de válvula (226) . El procedimiento ilustrado (226) puede incluir la medición de un parámetro de un fluido que fluye a través de una válvula, como se ilustra en el bloque (228) . Esto puede incluir los pasos anteriormente mencionados del flujo del fluido a través del medidor de flujo (132) . A continuación, el procedimiento (226) puede incluir la apertura o el cierre de la válvula por una primera distancia, como se ilustra por el bloque (230) . Esto puede incluir los pasos anteriormente mencionados de mover la aguja (142) en la válvula (128) . El procedimiento (226) también puede incluir medir el parámetro del flujo de fluido con la válvula abierta o cerrada por la primera distancia, como se ilustra por el bloque (232) , y la abertura o cierre de la válvula por una segunda distancia, como se ilustra por el bloque (234) . Estos actos pueden volver a incluir los pasos anteriormente mencionados de operar el medidor de flujo (132) y la válvula (128) . A continuación, el procedimiento (226) puede incluir medir el parámetro del flujo de fluido con la válvula abierta o cerrada por la segunda distancia, como se ilustra por el bloque (236) , un paso que puede incluir la operación del medidor de flujo (132) . En algunas modalidades, los parámetros medidos de los pasos ilustrados por los bloques (228) , (232) , y (236) , a continuación, se pueden comparar con una relación de los parámetros a distancia, tales como el porcentaje de la carrera de la aguja (142), almacenados en la memoria. La comparación puede incluir comparar los valores medidos con la correlación almacenada mencionada anteriormente entre la posición de la aguja y la velocidad de flujo a través de la válvula (128) , tal como la correlación ilustrada por la figura 12. Por último, en algunas modalidades, el grado en que la válvula se abre o se cierra puede ser ajustado con base en la comparación, como se ilustra por el bloque (240) .

Volviendo ahora a la figura 11, el uso de medidores ultrasónicos de flujo también puede permitir la medición de otros parámetros del fluido que fluye a través del medidor de flujo, además de la velocidad del fluido y la velocidad de flujo volumétrico del fluido. Por ejemplo, los medidores ultrasónicos de flujo también pueden ser capaces de medir la densidad del fluido. Además, los medidores ultrasónicos de flujo pueden ser capaces de determinar cuándo se producen cambios de viscosidad en el fluido. Específicamente, la velocidad del sonido se puede correlacionar con la densidad y la viscosidad, asi como con la contaminación de un solo fluido. Adicionalmente , la atenuación acústica del fluido se puede medir y puede correlacionarse con la viscosidad del fluido o bloqueos en el caso de un solo fluido. La capacidad de medir estos parámetros adicionales puede resultar benéfica, ya que un operador del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede ser capaz de raonitorear las condiciones del fluido y determinar si el líquido se comporta de manera adversa debido a las condiciones particulares de operación del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . En otras palabras, el uso de medidores ultrasónicos de flujo puede permitir una evaluación mejorada del acondicionamiento del flujo.

Además, el medidor ultrasónico de flujo (132) se puede utilizar ya sea como un dispositivo de medición de flujo primario o como un dispositivo de medición de flujo secundario. En particular, el medidor ultrasónico de flujo (132), en ciertas modalidades, se puede utilizar como un dispositivo de medición de flujo inverso. Por ejemplo, un medidor de flujo de desplazamiento positivo, o cualquier otro tipo de medidor de flujo (por ejemplo, un medidor de flujo de área variable, un medidor de flujo con placa con orificios, etc.), se puede utilizar como el dispositivo de medición de flujo primario, mientras que el medidor ultrasónico de flujo (132) se utiliza como un dispositivo de medición de flujo secundario, o viceversa .

El medidor ultrasónico de flujo (132) puede ser usado en conjunto con el control de bucle cerrado por el controlador (134) ilustrado en la figura 8. Además, el medidor ultrasónico de flujo (132) puede utilizar varios protocolos estándares para transmitir información de regreso a una estación de control maestro. Por ejemplo, el medidor ultrasónico de flujo (132) puede ser capaz de utilizar el protocolo Can-bus (bus de red de área del controlador) como un procedimiento. Sin embargo, el medidor ultrasónico de flujo (132) también puede ser capaz de utilizar otros protocolos digitales, tales como Profibus (bus de campo de proceso), Modbus, y así sucesivamente.

Sin embargo, aunque el uso de medidores ultrasónicos de flujo puede permitir numerosos beneficios, también puede presentar ciertos desafíos. Por ejemplo, a diferencia de otros tipos de dispositivos de medición de flujo, los medidores ultrasónicos de flujo en general, pueden implicar numerosos cálculos. Por ejemplo, para calcular las velocidades de fluidos y el flujo de fluido volumétrico como se describió anteriormente con respecto a la figura 11, se pueden hacer numerosos cálculos tomando en cuenta los tiempos de tránsito entre los transductores (206) , (208) , geometrías particulares de la tubería de medición (210) (por ejemplo, el diámetro interno (ID)) y la ruta acústica (212) (por ejemplo, el ángulo ?) , y así sucesivamente. Estos cálculos diferentes pueden llevar a una mayor complejidad del controlador (134) y el procesador (172) y la memoria (174) asociados. Además, la cantidad de energía utilizada por el controlador (134) , el procesador (172) , y la memoria (174) también puede aumentar.

Por otra parte, sólo una cantidad limitada de energía puede estar disponible en el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . Como tal, el uso de la energía limitada puede ser una importante consideración de diseño. Con el fin de asegurar que esté disponible energía suficiente para la operación del medidor ultrasónico de flujo (132), el regulador de flu o (20) puede incluir varios mecanismos de ahorro de energía y de almacenamiento de energía. Por ejemplo, un conjunto de capacitores se puede utilizar para almacenar la energía durante periodos de operación cuando la energía almacenada sea necesaria (por ejemplo, para pulsar los transductores (206), (208) o para el abastecimiento de energía para diversos cálculos) .

Adem s, el ruido externo de otros componentes del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) puede inhibir potencialmente la exactitud de los medidores ultrasónicos de flujo. Por ejemplo, el ruido de los otros componentes puede interferir con la capacidad de los transductores (206) , (208) para registrar la energía acústica que se transmite entre ellos. Sin embargo, el ruido externo se puede tratar de diversas maneras, tanto mecánicas como eléctricas. Por ejemplo, se puede colocar blindaje adicional y relleno alrededor del medidor ultrasónico de flujo (132) para reducir el efecto del ruido externo. Además, la intensidad de los pulsos acústicos se puede modificar para contrarrestar los efectos adversos del ruido externo. Adicionalmente , el regulador de flujo (20) puede ser diseñado de tal forma que ciertos componentes eléctricos o mecánicos pueden ser apagados, o controlados de otro modo, durante los periodos de medición de flujo, de forma que el ruido externo tenga un efecto mínimo sobre la exactitud de la medición de fluj o .

Cabe indicar que la modalidad ejemplar del medidor ultrasónico de flujo (132) ilustrada en la figura 11 solamente tiene la intención de ser ejemplar y no es el único diseño de medidor ultrasónico de flujo que puede ser utilizado como patrón del regulador de flujo (20) del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) . Por ejemplo, la figura 14 es una vista en sección transversal de otro medidor ultrasónico de flujo (132) ejemplar utilizado con el regulador de flujo (20) . En esta modalidad, la tubería de medición (210) incluye un primer codo (242) y un segundo codo (244) . Más específicamente, el fluido fluye en la tubería de medición (210) , da una primera vuelta en el primer codo (242) , tiene una segunda vuelta en el segundo codo (244) , y luego sale de la tubería de medición (210) . En esta modalidad, los transductores (206), (208) se encuentran cerca de los codos (242) , (244) . En particular, el primer transductor (206) se encuentra cerca del primer codo (242) y el segundo transductor (208) se encuentra cerca del segundo codo (244) . Los transductores (206) , (208) están apuntando uno hacia el otro de manera que la ruta acústica (212) corre a lo largo de la tubería de medición (210) desde el primer codo (242) hacia el segundo codo (244) . Como tal, en esta modalidad, la energía acústica entre los transductores (206) , (208) se transmite ya sea directamente en contra o directamente con el flujo de fluido. La velocidad del fluido, la velocidad de flujo volumétrico y otros parámetros del fluido aún se pueden medir como se explicó anteriormente con respecto a la figura 11. Sin embargo, los detalles de los cálculos utilizados pueden variar ligeramente debido a las diferencias entre las geometrías de las modalidades en las figuras 11 y 14.

Adicionalmente , aunque las modalidades del sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) ilustradas en las figuras 2 a 6 se muestran utilizando una técnica particular para bloquear el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) en su lugar, también se pueden utilizar otras técnicas. En particular, otra técnica ejemplar para bloquear el sistema de gestión de inyección de productos químicos (16) en su lugar se ilustra en las figuras 15 a 18. Más específicamente, la figura 15 ilustra una modalidad de un inserto (246) del sistema de gestión de inyección de productos químicos (C.I.M.S., por sus siglas en inglés), configurado para bloquear en su lugar dentro de un receptáculo (248) del C.I.M.S. alternativo, como se ilustra en la figura 16.

Además, las figuras 17 y 18 ilustran el inserto (246) del C.I.M.S. de la figura 15 bloqueado en su lugar dentro del receptáculo (248) del C.I.M.S. de la figura 16.

En particular, como se ilustra, el inserto (246) del C.I.M.S. puede incluir un conector de entrada de fluido (66) y un conector de salida de fluido (68) , que pueden conectarse con la entrada de fluido (86) y la salida de fluido (88) , respectivamente, del receptáculo (248) del C.I.M.S. El conector de entrada de fluido (66) y un conector de salida de fluido (68) pueden conducirse hacia y a través de la válvula (130) y el medidor de flujo (132) , que se describen en mayor detalle anteriormente. Como se mencionó anteriormente, el medidor de flujo (132) en ciertas modalidades puede ser un medidor ultrasónico de flujo. El inserto (246) del C.I.M.S. también incluye los miembros de bloqueo (250) , que pueden ser configurados para acoplarse con una pestaña (252) del receptáculo (248) del C.I.M.S. En particular, la pestaña (252) puede tener un hueco o ranuras circulares (254) , que tengan una forma que se adapte con los miembros de bloqueo (250) del inserto (246) del C.I.M.S. Un manguito deslizante (256) puede ser forzado detrás de los miembros de bloqueo (250) para mantenerlos en las ranuras de ajuste (254) después de que el inserto (246) se pone en su lugar.

El inserto (246) del C.I.M.S. también tiene una placa de soporte inferior (258) que se puede conectar al árbol (14) o a un colector. Además, se puede usar un sello (260) para evitar la entrada de agua de mar entre la placa de soporte inferior (258) del inserto (246) del C.I.M.S. y la brida (252) del receptáculo (248) del C.I.M.S. Un alojamiento (262), en conjunto con la placa de soporte inferior (258), puede definir una abertura a través de la que los miembros de bloqueo (250) pueden moverse radialmente para un bloqueo en las ranuras (254) de la pestaña (252) del receptáculo (248) del C.I.M.S.

El manguito deslizante (256) tiene un sello interno (264) , un sello externo (266) , y una cavidad (268) adyacente al sello externo (266) . El sello interno (264) puede, por ejemplo, sellar contra los componentes internos del inserto (246) del C.I.M.S. que no se muestran específicamente. La cavidad (268) puede ser conectada a una fuente de presión hidráulica (270) . Al proporcionar fluido hidráulico presurizado en la cavidad (268), el aumento de la presión puede elevar el manguito deslizante (256) como una forma inversa para retraer los miembros de bloqueo (250) para liberar el inserto (246) del C.I.M.S. De otra- manera , los miembros de bloqueo (250) pueden moverse radialmente hacia el exterior mediante la aplicación de fuerza axial en una de las varillas (272) en una dirección axial (273) hacia el extremo inferior del inserto (246) del C.I.M.S. Las varillas (272) se extienden a través de un alojamiento sellado (274) , que puede ser llenado con un lubricante y puede ser sellado para excluir el agua de mar a medida que las varillas (272) se mueven en direcciones axiales opuestas (275) por el ROV (no mostrado) . Una placa (276) puede moverse en tándem con las varillas (272) . Además, otra varilla (278) puede ser conectada a la placa (276) y al manguito deslizante (256) . Como resultado, cuando el ROV mueve una de las varillas (272) axialmente hacia abajo (por ejemplo, según lo indicado por la flecha (273) ) , el manguito deslizante (256) se mueve axialmente hacia abajo también y los miembros de bloqueo (250) se mueven radialmente en las ranuras circulares (254) de la pestaña (252) del receptáculo (248) del C.I.M.S. Para liberar el inserto (246) del C.I.M.S., las varillas (272) pueden ser elevadas axialmente y el inserto (246) del C.I.M.S. se moverá de la posición de bloqueo, ya que los miembros de bloqueo (250) pierden el soporte después de la retracción del manguito deslizante (256) . Además, como un método inverso para mover el manguito deslizante (256) axialmente hacia arriba, se puede aplicar presión hidráulica a la cavidad (268) .

La utilización de las modalidades alternativas del inserto (246) del C.I.M.S. y el receptáculo (248) del C.I.M.S. ilustradas en las figuras 15 a 18 puede dar lugar a varios bene icios . Los sellos (por ejemplo, el sello interno (264) y el sello externo (266) ) pueden impedir que el agua de mar circule fuera de los miembros de bloqueo (250) , reduciendo así al mínimo los efectos adversos de los desechos y la corrosión de los miembros de bloqueo (250) . Además, las partes móviles que operan el manguito deslizante (256) se disponen dentro del alojamiento (274) , que excluye el agua de mar y, como se explicó anteriormente, se pueden llenar con un fluido lubricante . Al colocar estos componentes en un fluido lubricante, la vida del diseño se puede mejorar, mientras que se puede evitar la corrosión, el crecimiento de algas y los desechos. Además, sólo una porción de las varillas (272) se extiende desde el alojamiento (274) y se expone directamente al agua de mar. Además, los sellos (280) pueden bloquear la entrada de agua de mar al alojamiento (274) cerca de las varillas (272) .

También cabe destacar que mientras que sólo se muestra un inserto (246) del C.I.M.S. bloqueado en su lugar dentro del receptáculo (248) del C.I.M.S. en las figuras 15 a 18, en realidad se pueden utilizar múltiples combinaciones de ¦ sistemas de gestión de inyección de productos químicos (16) e insertos (246) del C.I.M.S. dentro de un solo receptáculo (248) del C.I.M.S. Como tales, se pueden configurar múltiples sistemas de gestión de inyección de productos químicos (16) e insertos (246) del C.I.M.S. para operar en tándem dentro del receptáculo (248) del C.I.M.S. Por ejemplo, la figura 19 ilustra múltiples sistemas de gestión de inyección de productos químicos (16) dentro de un solo inserto (246) del C.I.M.S. Como se ilustra, las válvulas de conexión (282) del inserto del C.I.M.S. pueden vincular varios sistemas de gestión de inyección de productos químicos (16) dentro de un solo inserto (246) del C.I.M.S. Además, otros componentes de los sistemas de gestión de inyección de productos químicos (16) y los insertos (246) del C.I.M.S. se pueden configurar de manera similar para conectarse entre sí.

Mediante la combinación de múltiples sistemas de gestión de inyección de productos químicos (16) e insertos (246) del C.I.M.S., se puede ahorrar espacio dentro del árbol (14) o el colector. Por otra parte, se pueden utilizar componentes comunes del sistema de extracción de recursos (10) (por ejemplo, cordones umbilicales eléctricos, componentes de confinamiento, equipo de compensación de volumen, etc.) cuando varios sistemas de gestión de inyección de productos químicos (16) se encuentran dentro de un solo inserto (246) del C.I.M.S. Además, el tener un solo paquete recuperable puede ayudar en el reemplazo del inserto (246) del C.I.M.S.

Mientras que la invención puede ser susceptible a varias modificaciones y formas alternativas, en los dibujos se han mostrado modalidades específicas a modo de ejemplo y se han descrito en detalle en la presente. Sin embargo, debe entenderse que la invención no está destinada a estar limitada a las formas particulares descritas. Por el contrario, la invención es para cubrir todas las modificaciones, equivalentes, y alternativas que entren en el espíritu y el alcance de la invención tal como se define en las siguientes reivindicaciones anexas.

Claims (34)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato, que comprende: un sistema de gestión de inyección de productos químicos para regular un flujo de fluido en un cabezal de pozo, el sistema de gestión de inyección de productos químicos comprende: una ruta de flujo que tiene una entrada y una salida; una válvula motorizada colocada en la ruta de fluido entre la entrada y la salida,- un medidor de flujo no invasor colocado en la ruta de fluido entre la entrada y la salida; y un controlador acoplado de manera comunicativa tanto al medidor de flujo como a la válvula motorizada, en donde el controlador se configura para ejercer control por retroalimentación de un parámetro de flujo de fluido a través de la ruta de flujo con base en una señal de retroalimentación del medidor de flujo sin ejercer control por retroalimentación de una posición de la válvula motorizada .

2. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor comprende sondas de sonido.

3. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor es un medidor ultrasónico de flujo.

4. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor utiliza técnicas de medición de flujo con base en la temperatura.

5. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor utiliza técnicas de medición de flujo óptico con base en la óptica.

6. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor se configura para medir parámetros de flujo de fluido en múltiples direcciones .

7. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor se configura para medir la densidad del flujo de fluido.

8. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor se configura para identificar los bloqueos en el flujo de fluido.

9. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor se configura para identificar los cambios en la viscosidad del flujo de fluido .

10. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor es un dispositivo de medición de flujo secundario y el sistema de gestión de inyección de productos químicos comprende un dispositivo de medición de flujo primario.

11. El aparato según la reivindicación 10, en donde el dispositivo de medición de flujo primario comprende un medidor de flujo de desplazamiento positivo, medidor de flujo de área variable, medidor de flujo de placa con orificios, o una combinación de los mismos .

12. El aparato según la reivindicación 1, en donde el flujo de fluido comprende monoetilenglicol .

13. El aparato según la reivindicación 1, en donde el medidor de flujo no invasor se configura para transmitir información a una estación de control maestro utilizando un protocolo Can-bus, un protocolo Profibus, un protocolo Modbus , o una combinación de los mismos .

14. El aparato según la reivindicación 1, en donde el controlador se configura para ejercer el control con corrección anticipante de la posición de la válvula motorizada con base en una diferencia entre un valor deseado del parámetro y un valor del parámetro indicado por la señal de retroalimentación .

15. El aparato según la reivindicación 1, donde por lo menos una porción sustancial de un interior del sistema de gestión de inyección de productos químicos se llena con un líquido protector.

16. El aparato según la reivindicación 1, en donde el sistema de gestión de inyección de productos químicos comprende un igualador de presión.

17. El aparato según la reivindicación 1, en donde el parámetro de flujo de fluido es una velocidad de flujo volumétrico.

18. El aparato según la reivindicación 1, que comprende un árbol acoplado al sistema de gestión de inyección de productos químicos y un pozo acoplado al árbol .

19. El aparato según la reivindicación 1, que comprende un colector acoplado al sistema de gestión de inyección de productos químicos y un pozo acoplado al colector .

20. Un aparato, que comprende: un sistema de gestión de inyección de productos químicos que comprende : una interfaz configurada para acoplar el sistema de gestión de inyección de productos químicos a un sistema de extracción de minerales; y un medidor ultrasónico de flujo.

21. El aparato según la reivindicación 20, en donde el sistema de gestión de inyección de productos químicos comprende : un controlador acoplado de manera comunicativa al medidor ultrasónico de flujo; un accionador de válvula acoplado de manera comunicativa al controlador; y una válvula acoplada al accionador de válvula de modo que el movimiento del accionador de válvula cambia el grado en que la válvula se abre o se cierra.

22. El aparato según la reivindicación 21, en donde el controlador se configura para indicar al accionador de válvula cambiar el grado en que la válvula se abre o se cierra con base en una señal del medidor ultrasónico de flujo.

23. El aparato según la reivindicación 21, en donde el controlador se configura para indicar al accionador de válvula sin tener en cuenta la posición actual del accionador de válvula, la válvula, o una combinación de los mismos.

24. El aparato según la reivindicación 20, en donde un interior del sistema de gestión de inyección de productos químicos por lo menos se llena parcialmente con un fluido protector, y en donde el sistema de gestión de inyección de productos químicos comprende un igualador de presión.

25. El aparato según la reivindicación 20, en donde el medidor ultrasónico de flujo es un dispositivo de medición de flujo secundario y el sistema de gestión de inyección de productos químicos comprende un medidor de flujo de desplazamiento positivo, un medidor de flujo de área variable, o un medidor de flujo de placa con orificios como un dispositivo de medición de flujo primario .

26. Un método, que comprende: detectar un parámetro de flujo a través de un sistema de gestión de inyección de productos químicos con un medidor ultrasónico de flujo; y ajustar un grado en que se abre una válvula en el sistema de gestión de inyección de productos químicos en respuesta al parámetro detectado.

27. El método según la reivindicación 26, en donde el ajuste del grado en que la válvula se abre comprende un accionador de válvula sin tener en cuenta la posición actual de la válvula.

28. El método según la reivindicación 26, en donde la detección de un parámetro de flujo comprende la detección de una velocidad de flujo volumétrico.

29. El método según la reivindicación 26, que comprende hacer fluir un producto químico en un pozo por medio del sistema de gestión de inyección de productos químicos.

30. El método según la reivindicación 29, que comprende extraer un hidrocarburo del pozo.

31. Un aparato, que comprende : un receptáculo del sistema de gestión de inyección de productos químicos configurado para acoplarse a un sistema de extracción de minerales; y un inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos, que comprende por lo menos un sistema de gestión de inyección de productos químicos, cada uno comprende un medidor ultrasónico de flujo.

32. El aparato según la reivindicación 31, en donde el inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos comprende una pluralidad de sistemas de gestión de inyección de productos químicos .

33. El aparato según la reivindicación 32, en donde el receptáculo del sistema de gestión de inyección de productos químicos se configura para acoplarse a un conjunto único de cordones umbilicales eléctricos, componentes de bloqueo, y equipos de compensación de volumen.

34. El aparato según la reivindicación 31, en donde el inserto del sistema de gestión de inyección de productos químicos se configura para ser recuperable por una herramienta de ejecución o vehículo operado remotamente.