MX2013006829A - Aparato y metodo para sistema de protección de alta integración para cabeza de pozo obturada. - Google Patents

Abstract

Un sistema de protección de alta integración (HIPS) para la protección de una línea de recolección corriente debajo de varias líneas de flujo de cabeza de pozo, el cual incluye: una entrada, una salida, dos juegos de dos válvulas de aislamiento (VCV) conectadas en serie en comunicación de fluidos con la entrada y la salida, los dos juegos están en una relación de flujo de fluido paralelo entre sí, cualquiera o ambos de los juegos de ZV operan como una trayectoria para el fluido que entra en la entrada y pasa a través de la salida hasta una tubería corriente abajo, dos válvulas de control de ventilación (VCV), cada una conectada con una tubería intermedia a un juego de ZV conectadas en serie, las VCV están en comunicación de fluidos con la línea de ventilación, por lo cual, luego de abrir la VCV, la presión del proceso entre las dos ZV se ventila, un solucionador lógico de seguridad que genera una señal de conformidad con los protocolos de seguridad y operativos pre-programados y transmisores de detección de presión acoplados con la tubería corriente arriba de la salida HIPS. El sistema permite la prueba de apagado rápido, de recorrido completo de las ZV sin interrumpir la producción de la cabeza del pozo.

Description

APARATO Y MÉTODO PARA SISTEMA DE PROTECCIÓN DE ALTA INTEGRACIÓN PARA CABEZA DE POZO OBTURADA Solicitudes Relacionadas Esta Solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de Patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 61/424,339, presentada el 17 de diciembre de 2010, cuya descripción se incorpora aquí como referencia en su totalidad.

Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un método y con un aparato para la operación y prueba de un sistema de protección de alta integración (HIPS) conectado con un sistema de tubería de producción.

Antecedentes de la Invención En la industria del petróleo y del gas, las tuberías de fluido de producción corriente abajo de la cabeza del pozo por lo general, están diseñadas para soportar la máxima presión encerrada en la cabeza del pozo. Sin embargo, cuando la tubería completa o los sistemas convencionales de liberación no son prácticos, es necesario proteger las tuberías contra la presión excesiva que puede romper la tubería, lo que sería muy costoso de reemplazar y puede provocar alta contaminación ambiental. Un sistema convencional utilizado para proteger las tuberías de la sobre-presión es un sistema de protección de alta integridad (HIPS). Éste típicamente es un sistema electro-hidráulico que emplea sensores de alta presión para medir la presión en las tuberías, que se usan por los electrónicos de un módulo de control para controlar el cierre de las válvulas HI PS de la tubería de producción. Esta configuración retiene la alta presión dentro de una sección corta de la tubería entre el árbol dé producción y las válvulas del HI PS, y tiene la capacidad de soportar la presión. Esto evita que la sección tasada de baja presión, principal de la tubería quede expuesta a niveles de presión que pueden exceder el índice de presión de la tubería.

Un requerimiento necesario es que la seguridad del H I PS sea probada en forma regular ya que un mal funcionamiento en la operación del H I PS presenta el riesgo de un daño significativo en la tubería. Los sistemas convencionales no pueden ser probados durante su operación. De este modo, el sistema de producción debe detener las operaciones y debe ser aislado para la prueba. La interrupción de las operaciones tiene graves consecuencias financieras. Además, por lo menos un operador puede estar cerca del HIPS durante la prueba, ya que las operaciones de las válvulas y de otros componentes se llevan a cabo en forma manual.

Se han propuesto varias medidas para probar y proteger las válvulas y los sistemas de tuberías de la sobre-presión . Por ejemplo , la Solicitud publicada US2005/0199286 de Appleford et.al. , describe un sistema de protección de presión de alta integración en donde dos módulos están conectados con dos tuberías corriente abajo y con dos tuberías corriente arriba que tienen puertos de entrada y de salida. Un circuito conductor conecta los dos puertos y un múltiple de plataforma están instalados en la tubería entre las porciones corriente abajo y corriente arriba. El múltiples de plataforma enruta selectivamente los flujos en cada una de la primera y segunda tuberías a través del primer o del segundo módulo. El sistema permite enrutar los flujos desde las regiones corriente arriba de ambas tuberías a través de un módulo y después a una región corriente debajo de una de las tuberías para permitir que otro módulo sea removido para su mantenimiento, reparación y/o reemplazo. No existe ninguna descripción o sugerencia de un aparato o método para probar la operación del sistema mientras está en operación.

La Patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 6, 591 ,201 de Hyde describe un sistema de prueba de impulso de energ ía de fluido, en donde los impulsos de energ ía se utilizan para probar las características de funcionamiento dinámico de los dispositivos y sistemas de control de fluido, como las válvulas de elevación de gas. Este sistema de prueba es útil para probar las válvulas de seguridad en la superficie en circuitos hidráulicos, pero no proporciona información de seguridad sobre la capacidad general del sistema para realizar una función de seguridad .

La Patente de Estados U nidos de Norteamérica No. 6, 880,567 de Klaver et. al. , describe un sistema que incluye sensores, un sistema de control de seguridad y válvulas de apagado utilizadas para proteger el equipo del proceso corriente debajo de la sobre-presión. El sistema utiliza un método de prueba de recorrido parcial en donde las válvulas de bloqueo están cerradas hasta un punto predeterminado y después se vuelven a abrir. Sin embargo, este sistema tiene que interrumpir la producción para la prueba de diagnóstico.

La Patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 7, 044, 1 56 de Webster describe un sistema de protección de tubería en donde la presión del fluido en una sección de la tubería excede a la presión de referencia del fluido hidráulico suministrado a una válvula de presión diferencial, la válvula de presión diferencial se abre y así, provoca que la presión hidráulica en la válvula activada en forma hidráulica sea liberada a través de ventilación. Sin embargo, el sistema de protección no proporciona ningún medio de diagnóstico de válvula y es forzado a interrumpir la producción para las válvulas de apagado para quedar completamente cerradas.

La Patente de Estados U nidos de Norteamérica No. 5, 524,484 de Sullivan describe un sistema de diagnóstico de válvula operada por solenoide que perm ite al usuario de la válvula el mon itorea r la cond ición de la válvula en servicio en tiempo para detectar cualquier degradación o problemas en la válvula y sus componentes y para corregirlos antes de que ocurra una falla en la válvula. El sistema no permite probar las válvulas de apagado sin una interrupción de producción.

La Patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 4,903,529 de Hodge describe un método para probar un sistema de fluido hidráulico en donde un aparato portátil de análisis tiene un suministro de fluido hidráulico, un conducto de salida, una unidad para suministrar el fluido bajo presión desde el suministro al conducto de salida, un conducto de retorno que se comunica con el suministro, un monitor de presión de fluido conectado con el conducto de salida, y un monitor de flujo de fluido en el conducto de retorno. El aparato de análisis desconecta la entrada de fluido del dispositivo desde la fuente y conecta la entrada de fluido con el conducto de salida y desconecta la salida de fluido del dispositivo del depósito y conecta esa salida del fluido con el conducto de retorno. La presión del fluido se monitorea en el conducto de salida y el flujo de fluido a través del conducto de retorno con la unidad en su lugar en el sistema. Sin embargo, este método requiere que la producción sea interrumpida para la prueba del sistema hidráulico.

La Patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 4, 1 74,829 de Roark et.al. , describe un dispositivo de seguridad de detección de presión en donde un transductor produce una señal eléctrica proporcional a la presión detectada y un dispositivo piloto indica la detección de la presión fuera de rango cuando la presión detectada excede un rango predeterminado, lo cual permite tomar una acción correctiva apropiada, en caso de ser necesario. El dispositivo requiere la intervención de los operadores.

La Patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 4,21 5,746 de Hallden et. al. , describe un sistema de seguridad que responde a la presión para las l íneas de fluido para apagar el pozo en caso de condiciones inusuales de presión en la línea de producción del pozo. Una vez que la válvula de seguridad se ha cerrado, un controlador para detectar el momento en que la presión está dentro de un rango predeterminado se asegura fuera de servicio y se debe reiniciar manualmente antes de que la válvula de seguridad pueda ser abierta. El sistema también resulta en una interrupción de producción y en la intervención de los operadores.

La Solicitud Parental de la Solicitud de Patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 1 1 /648,312 que se incorpora aquí como referencia en su totalidad proporciona un sistema de protección de alta integridad de cabeza del pozo que está dirigido a una línea de flujo desde una sola cabeza de pozo. Sin embargo, surge un problema único en el contexto de un grupo de l íneas de flujo de cabeza del pozo que alimentan una l ínea de recolección. Las líneas de flujo pueden unirse con la línea de recolección en un cabezal común , o pueden unirse con la línea de recolección en varios puntos a lo largo de la línea de recolección . En tal sistema puede no ser conveniente probar y proteger cada línea de flujo que alimenta a un cabeza.

Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato y un método para probar un H I PS en operación con una línea de recolecció n que reci be el fl uj o de fluido desde un g ru po de l íneas de fl uj o , en donde el HI PS opera para proporcionar una trayectoria de flujo de fluido sin cerrar la línea de recolección con la cual está conectado.

Otro objetivo es proporcionar un aparato y un método para probar automáticamente un H I PS sin la intervención del operador.

De preferencia, la unidad es provista con rebordes estandarizados y está construida en forma integrada.

Breve Descripción de la Invención Los objetivos anteriores, así como otras ventajas descritas a continuación, se alcanzan con el método y el aparato de la invención , el cual proporciona un sistema de protección de alta integridad (H I PS) que protege y prueba el control del sistema de tuberías conectado con un grupo de cabezas de pozo.

En una modalidad, un grupo de líneas de flujo alimenta dentro de la línea de recolección, ya sea uniendo la línea de recolección en un solo punto a través del cabezal o al unir la línea de recolección en múltiples puntos a lo largo de la línea de recolección. El HI PS de la presente invención tiene una entrada para recibir el flujo de fluido desde una porción de la línea de recolección corriente arriba del HI PS y el HI PS tiene una salida para la conexión con una porción de la l ínea de recolección corriente abajo del HIPS.

En una modalidad preferida, el HI PS está construido como un sistema integrado montado en patines para su transporte hasta el sitio en donde va a ser instalado.

El HI PS comprende dos juegos de válvulas de aislamiento (ZV), dos válvulas de control de ventilación (VCVS) y un solucionador lógico de seguridad. Cuando el H I PS se usa con una sola l ínea de flujo de cabeza del pozo, las válvulas de aislam iento son llamadas válvulas de seguridad en superficie (SSV).. Sin embargo, en un contexto más amplio, y aplicándose el H I PS con una linea de recolección, el término más general de válvula de aislamiento (ZV) es más apropiado.

Los dos juegos de ZV están en com unicación de fluidos con la entrada, y los dos juegos están paralelos entre sí. Cada juego de ZV tiene dos ZV en serie, y uno o ambos de los dos juegos de ZV opera como una trayectoria para el fluido que entra por la entrada y pasa a través de la salida del HI PS hacia el sistema de tuberías. Cada una de las VCV está conectada con una tubería intermedia a los dos juegos de ZV y cada una de las VCV está en comunicación de fluidos con una línea de ventilación, por lo cual, el abrir una VCV ventila la presión del proceso entre las dos ZV. El solucionador lógico de seguridad está en comunicación con las ZV y las VCV y produce una señal para controlar la operación de las ZV y VCV. De preferencia, las VCV son operadas en forma eléctrica.

Los transmisores de detección de presión monitorean la presión del fluido en una sección de la tubería corriente arriba de la salida del HIPS. En una modalidad preferida, se proporcionan tres transmisores de presión en la salida. El solucionador lógico está programado para transmitir una señal para cerrar la ZV luego de un incremento en la presión sobre un valor umbral transmitido por al menos dos de los tres sensores de presión. Como será evidente para las personas experimentadas en la técnica, se pueden emplear más o menos de tres sensores de presión en esta parte del sistema.

Cada una de las dos VCV está conectada con una tubería que está en comunicación de fluidos con una línea de ventilación común. La línea de ventilación se puede conectar con un tanque de depósito u otro almacenamiento o medio de recirculación. Cada juego de ZV opera en forma independiente de la operación del juego paralelo de ZV. Los transmisores de detección de presión están colocados para monitorear la presión entre las ZV en cada uno de los dos juegos de ZV.

En una modalidad preferida, el solucionador lógico de seguridad está programado para mantener un juego de las ZV en una posición abierta cuando el juego paralelo de ZV se mueve hacia la posición cerrada desde una posición abierta durante una prueba de recorrido completo. Además, el solucionador lógico de seguridad está programado para medir y registrar la presión entre el par de ZV cerradas durante una prueba de apagado rápido y para abrir las VCV entre las ZV cerradas por un corto período de tiempo durante la prueba para liberar o reducir la presión en la línea.

En otra modalidad preferida, el solucionador lógico de seguridad está programado para generar una señal de falla durante un período de prueba de apagado rápido cuando la presión entre las ZV cerradas y ventiladas se eleva sobre un valor umbral predeterminado después de cerrar la VCV. En otra modalidad preferida, el solucionador lógico de seguridad está programado para designar una ZV cerrada para usarse como un juego operativo de ZV, cuando durante el período de prueba, la presión entre las ZV cerradas no se eleva sobre el valor umbral predeterminado.

Las VCV están cerradas durante las operaciones normales y durante una prueba de recorrido completo.

El HIPS de la presente invención también comprende válvulas de apagado manual colocadas corriente arriba y corriente abajo de cada uno de los juegos paralelos de ZV, las cuales se pueden usar para aislar cada uno de los juegos de ZV del sistema de tubería, por ejemplo, para el mantenimiento, reparaciones y/o reemplazos de los componentes del sistema.

En una modalidad preferida para un HIPS que tiene una entrada para conectarse con una cabeza de pozo y una salida para conectarse con una tubería de salida corriente abajo, las ZV son provistas con accionadores eléctricos de válvula a prueba de falla, por lo cual, todas las válvulas se mueven a una posición cerrada en caso de una falla de energía. Esto resultará en la terminación de todo el flujo de fluido en la tubería de salida corriente abajo del H I PS. Como será evidente para las personas experimentadas en la técnica, este tipo de apagado a prueba de falla será coordinado con varios requerimientos similares de apagado en la cabeza del pozo o en algún otro lugar corriente arriba del H I PS .

En otro aspecto de la invención, se proporciona un método para probar la seguridad operativa de un H I PS que tiene una entrada para conectarse con la línea de flujo de la cabeza del pozo y una salida para conectarse con una tubería de salida corriente abajo, con la tubería de salida que se conecta con una línea de recolección común. El HI PS tiene primer y segundo juegos de válvulas (ZV) de aislamiento en comunicación de fluidos con el sistema de tubería y dos juegos en paralelo entre sí. Cada juego de ZV tiene dos ZV en serie y las ZV operan en respuesta a las señales del solucionador lógico de seguridad, como será descrito con más detalle después.

El primer juego de ZV se mueve desde una posición abierta a una posición cerrada para una prueba de seguridad de apagado rápido, mientras el segundo juego de ZV está abierto como una trayectoria de fluido para el sistema de tubería.

Un transmisor colocado entre las ZV cerradas transmite una señal al solucionador lógico de seguridad que corresponde a la presión del fluido en la tubería entre las dos válvulas cerradas. La VCV ubicada entre el juego cerrado de ZV ventila el fluido presurizado entre las ZV cerradas al inicio de la prueba de seguridad . El fluido ventilado, de preferencia, se pasa hasta un depósito. Una señal de alarma es accionada cuando el primer juego de ZV no mantiene la presión entre las ZV o está por debajo de un nivel umbral predeterminado durante el tiempo de apagado predeterminado.

La presión, por ejemplo, en PSI, del fluido en la sección de la tubería entre cada juego de ZV se registra antes y durante la prueba de apagado de seguridad de las válvulas. Un despliegue gráfico de la presión registrada de preferencia, es provisto para ayudar al personal operativo a evaluar el funcionamiento del sistema en tiempo real durante la prueba.

El segundo juego de ZV permanece abierto mientras el primer juego de ZV regresa a su posición completamente abierta. Cuando el primer juego de ZV no se abre por completo, se activa una señal de alarma. Cada uno de los dos juegos de válvulas de aislamiento es provisto con una válvula de control de ventilación (VCV). La VCV conectada con el primer juego de ZV se abre por un período de tiempo predeterminado para efectuar la ventilación de presión después de que el primer juego de ZV es cerrado por completo.

El primer juego de ZV se mueve hacia la posición abierta y el segundo juego de ZV se mueve hacia la posición cerrada. La presión entre las ZV del segundo juego de ZV se mide y se activa una señal de alarma cuando el segundo juego de ZV no mantiene la presión en la tubería intermedia en o por debajo de un nivel predeterminado.

En otro aspecto de la invención, se proporciona un método para probar la seguridad operativa de un HIPS que está colocado a lo largo de una tubería de producción común que tiene conexiones corriente arriba desde un grupo de cabezas de pozo y sus tuberías de alimentación asociadas.

Breve Descri pción de los Dibujos La invención será descrita a continuación y junto con los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de protección de alta integración (HI PS) de conformidad con la invención que está conectado con una cabeza de pozo y una tubería corriente abajo.

La Figura 2 es un diagrama de flujo de los pasos del proceso para una prueba de apagado rápido en el H I PS de la Figura 1 .

La Figura 3 es una representación gráfica ilustrativa, comparativa de tanto una prueba de presión aprobatoria y de falla de un par de válvulas de aislamiento (ZV) durante una prueba de apagado rápido.

La Figura 4 es una ilustración esquemática de una pluralidad de líneas de flujo de cabeza de pozo conectadas con una línea de recolección común, en donde ciertas líneas de flujo incluyen el HI PS de la Figura 1 ; y La Figura 5 es una ilustración esquemática de una pluralidad de líneas de flujo de cabeza de pozo conectadas con un cabezal, que a su vez, está conectado con una línea de recolección común, en donde la l inea de recolección incluye el HI PS de la Figura 1 .

Para facilitar la comprensión de la invención , se han usado los mismos números de referencia, cuando fue apropiado, para señalar los mismos elementos o elementos similares que son comunes en las Figuras. A menos que se indique lo contrario, las características mostradas y descritas en las Figuras no están dibujadas a escala, solamente se muestran con propósitos ilustrativos.

Descripción Detal lada de la I nvención Con referencia a la Figura 1 , un sistema 1 0 de protección de alta integración (H I PS) está instalado cerca de una cabeza de pozo en un sistema de tubería para conducir el producto de fluido presurizado, tal como petróleo o gas, desde la cabeza 1 02 del pozo hasta una ubicación anfitriona remota lejos de la tubería 1 04. El HI PS tiene una entrada 1 conectada con la tubería 1 02 de cabeza del pozo y una salida 2 conectada con el sistema 1 04 de tubería a través del cual entra y sale el producto líquido del HI PS 10. De preferencia, el HIPS está montado en patines para su transporte hasta el sitio de la cabeza del pozo y es provisto con rebordes y adaptadores apropiados, cuando es necesario, para el acoplamiento con la entrada y la salida de la tubería de la instalación petrolera.

Dos juegos de válvulas (ZV) de aislamiento 1 1 , 1 2 y 1 3, 14 están en comunicación de fluidos con la entrada 1 y la salida 2 y así, operan como una trayectoria para el producto fluido. Cada juego de ZV está identificado y es referido como ZV-1 y ZV-2, tiene dos ZV 1 1 -1 2 y 1 3-14, respectivamente, que están conectadas en serie. Las ZV se cierran automáticamente por la ausencia de energía suministrada a las mismas y se mantienen en una posición abierta mediante accionadores energizados en forma hidráulica o eléctrica, con el fin de proteger al sistema 104 de tuberías corriente debajo de condiciones operativas anormales.

Dos válvulas 41 , 42 de control de ventilación (VCV) están conectadas con la tubería intermedias a los dos juegos de ZV 1 1 , 1 2 y 1 3, 14, respectivamente, y están en comunicación de fluidos con una línea 106 de ventilación. La línea 1 06 de ventilación está en comunicación de fluidos con un depósito 70 de fluido que sirve como un tanque cerrado del sistema de recolección. En forma alternativa, la línea de ventilación se puede conducir con un punto de quemado (no mostrado) cerca del sitio del pozo. Las VCV 41 , 42 luego de su apertura pueden ventilar el fluido presurizado entre las dos ZV dentro de la línea 1 06 de ventilación. Las válvulas 71 , 72 y 81 controlan el suministro de presión hidráulica por el depósito de presión a través de su apertura y cierre. Cuando la válvula 81 está abierta, el nitrógeno presurizado desde el tanque 80 fuerza el fluido fuera del depósito 70, ya sea dentro de la tubería del H IPS o a través de la válvula 72 para un uso alternativo o su desecho. Las VCV 41 , 42 ventilan el fluido presurizado entre las dos ZV dentro de la línea de ventilación luego de su apertura. Los transmisores 54, 55 de detección de presión están ubicados entre las ZV respectivas para determinar la presión del fluido entre las dos ZV. En forma opcional, se pueden instalar múltiples transmisores de detección de presión en los sitios 54 y 55, entre las respectivas ZV para determinar la presión del fluido entre las dos ZV. Los múltiples transmisores de detección de presión pueden ser instalados, opcionalmente, en las ubicaciones 54 y 55 para asegurar la confiabilidad y para proporcionar un respaldo para el sistema de prueba.

Los transmisores 51 , 52, 53 de detección de presión están instalados corriente arriba de la salida 2 para monitorear la presión del fluido que sale del H I PS desde la salida 2. Los tres transmisores son monitoreados por el solucionador 31 lógico de seguridad. En caso de que cualquiera de dos de los tres transmisores 51 -53 detecte una elevación de presión sobre un valor umbral predeterminado, el solucionador 31 lógico automáticamente se apaga en el pozo a través de las ZV 1 1 -14, lo cual protege la tubería corriente debajo de la presión excesiva.

Un solucionador 31 lógico de seguridad, que de preferencia es un módulo de software pre-programado en una computadora o su similar, está en comunicación con las ZV 1 1 -14, las VCV 41 , 42 y los transmisores 51 -55 de detección de presión a través de una conexión cableada o con transmisores inalámbricos. El solucionador 31 lógico de seguridad produce y transmite señales para controlar la operación de las ZV 1 1 -14, las VCV 41 , 42. El contro l se lleva a cabo con base e n los d atos de presión desde los transmisores 51 -55 de detección de presión.

Las válvulas 61 -64 manuales están instaladas entre la entrada 1 y la salida 2 y las ZV 1 1 -14 con el fin de aislar los dos juegos de ZV 1 1 -14 del sistema de tubería en caso de una emergencia y también para que el sistema se pueda apagar en forma manual para su reparación y/o reemplazo de cualquiera de sus componentes.

Todas las válvulas son operadas con accionadores de válvula convencionales (no mostrados) , tales como los bien conocidos en la técnica. Los accionadores de válvula y los transmisores 51 -55 de presión tienen capacidades de auto-diagnóstico y comunican cualquier falla al solucionador 31 lógico de seguridad cuando son detectadas.

El método para conducir la prueba de apagado y la prueba de recorrido completo de conformidad con la invención será descrito ahora con referencia a la Figura 2. Antes del inicio de la prueba, se realiza una revisión de seguridad del sistema de tubería HIPS. Cuando la presión del fluido excede un nivel umbral predeterminado (S10), todos los ZV se cierran (S20). De otra forma, el primer juego de ZV 11, 12 se cierran y el segundo juego de ZV 13, 14 permanece abierto (S30).

El primer juego de ZV 11, 12 entonces se abre para prepararse para la prueba del segundo juego de ZV 13, 14 (S40). Se determina el momento en que el primer juego de ZV 11, 12, que se utiliza como una trayectoria de fluido durante la prueba de apagado del segundo juego de ZV 13, 14 está completamente abierto (S50). Cuando el primer juego de ZV 11, 12 no está abierto por completo, se activa una señal de alarma y se termina la prueba (S60). Cuando el primer juego de ZV 11, 12 está abierto por completo, el segundo juego de ZV 13, 14 se cierra (S70). El cierre total de las ZV 13, 14 a ser probadas entonces se verifica para la preparación de una prueba de apagado rápido (S80). Cuando las ZV 13, 14 no están cerradas por completo, se activa (S90) una señal de alarma y la prueba se termina.

Cuando las ZV 13, 14 están cerradas por completo, se inicia la prueba de apagado rápido de las ZV 13, 14. Las VCV 42, que están ubicadas intermedias al segundo juego de ZV 13, 14, se abren para reducir la presión entre las ZV 13, 14 a un valor estable (S100).

Las VCV 42 entonces se cierra y se verifica el sellado de presión de la VCV 42 (S 110). Cuando la VCV 42 no está cerrada por completo, o la válvula tiene una fuga para que la presión continúe bajando en la sección ventilada de la tubería entre las válvulas, se activa una señal de alarma (S1 20) y se toma la acción de corrección apropiada. Cuando la VCV 42 está cerrada por completo, la presión entre las ZV 1 3, 14 se mide (S 1 30). La presión entre las ZV 1 3, 14 continúa siendo monitoreada por el transmisor 55 de presión y el resultado se envía al solucionador 31 lógico de seguridad durante la prueba de apagado hasta el fin del período de la prueba de apagado rápido (S 140).

Los datos obtenidos durante la prueba de apagado rápido están representados gráficamente por dos diferentes escenarios en la Figura 3. Cuando la VCV 42 está abierta, la presión entre las ZV 13, 14 cae de la presión normal operativa a una presión más baja y la VCV 42 se cierra por completo. Cuando la presión entre las ZV 1 3, 14 se eleva, entonces se considera como evidencia de que existe una fuga en una o ambas ZV 1 3, 14. Ya que se puede aceptar una cantidad m ínima de fuga, se debe determinar si el incremento de presión o el índice del incremento de presión , excede un nivel umbral predeterminado durante o después del período de la prueba de apagado rápido (S 1 50). En caso de que durante el período de prueba, la presión se eleve sobre el nivel umbral, esto indica una falla en la capacidad de las ZV 1 3, 14 para asentarse por completo y se activa una señal de alarma por el solucionador 31 lógico de seguridad, el cual notifica la falla de la prueba de apagado rápido de las ZV 1 3, 14 (S 160). Cuando durante el período de prueba, el incremento de presión no excede el nivel umbral, el segundo juego de ZV 1 3, 14 pasa la prueba de apagado rápido. El primer juego de ZV 1 1 , 1 2 está en la posición abierta, lo cual proporciona una trayectoria de flujo para la producción durante la prueba de apagado rápido de las ZV 1 3, 14 (S1 70). Para completar la prueba funcional del sistema, el segundo juego de ZV 1 3, 14, que aprobó la prueba de apagado rápido, se abre otra vez y se usa como la trayectoria de fluido (S 1 80).

Como será evidente de la descripción anterior, el primer juego de ZV 1 1 , 1 2 se prueban con el uso esencialmente la misma tecnolog ía.

La presente invención permite al HIPS operar en forma continua como una trayectoria de fluido, mientras se lleva a cabo una prueba de apagado rápido y una prueba de recorrido completo, y se puede tomar cualquier tipo de acción correctiva. La operación automática del solucionador lógico de seguridad asegura que se lleven a cabo las condiciones de apagado rápido de emergencia, incluso durante la prueba. Un registro de la prueba se almacena y se puede recuperar más tarde o desplegarse en forma electrónica y/o en forma gráfica impresa o como datos tabulares.

Con referencia ahora a la Figura 4, el sistema 400 incluye una pluralidad de líneas 402 y 402' que típicamente están conectadas con una línea de recolección común para transportar el petróleo/gas desde los pozos a una planta de separación de petróleo (GOSP) 404. Cada una de las líneas 402 de flujo incluye un HI PS 406 asociado con la misma, por ejemplo, incluyendo un SLS, transmisores de presión y las ZV como se muestra en la Figura 1 . La tubería de alta presión se utiliza entre cada pozo y las ZV del H IPS 406 asociado, y la tubería convencional se usa corriente debajo de la ZV del HI PS 406, que tiene el índice para una menor presión y es apropiado para el transporte y distribución del producto. En ciertos sistemas 400, las líneas 402' de flujo de cabeza del pozo adicionales son provistas de modo que no muestran el HI PS 406 asociado, aunque se pueden utilizar otros sistemas de protección y/seguridad para estas cabezas de pozo como es bien conocido por las personas experimentadas en la técnica.

Con referencia ahora a la Figura 5, un sistema 500 incluye una pluralidad de líneas 402, 402' y 502 de flujo de cabeza del pozo y típicamente están conectadas con una línea de recolección común para el transporte del gas/petróleo hasta una planta de separación de gas/petróleo (GOSP) 404. Las líneas 402 y 402' de flujo de cabeza del pozo unen la línea de recolección por algunos puntos individuales en la línea de recolección . Cada una de las líneas 402 de recolección es provista con un H I PS 406 , por ejem plo , i ncl uyend o tra n s m i sores de presi ó n SLS y ZV com o se muestra en la Figura 1 . Las líneas 402' de flujo no están protegidas por un H I PS 406, aunque se pueden utilizar otros sistemas de protección y/o seguridad para estas l íneas de flujo de cabeza del pozo, como es bien conocido por las personas experimentadas en la técnica. Las líneas 502 de flujo adiciones no se unen con la l ínea de recolección en puntos individuales, más bien, se conectan con un cabezal 508 común, cuya salida se conecta con un solo punto en la línea de recolección. Un solo H I PS 506 incluyendo transmisores de presión SLS y las ZV como se muestra en la Figura 1 , está colocado corriente abajo del cabezal 508 común. La tubería corriente arriba y el H I PS 506 son apropiados para los pozos de alta presión conectados. El HI PS 506 protege la tubería corriente abajo, por lo cual se puede especificar como una tubería de presión más baja.

Aunque se han mostrado y descrito con detalle varias modalidades que incorporan las enseñanzas de la presente invención, otras modificaciones y variaciones serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica y el alcance de la invención se debe determinar por las siguientes reivindicaciones.

Claims (26)

REIVINDICACIONES

1. Un método para la prueba de seguridad operativa de un sistema de protección de alta integración (HIPS) conectado con un sistema de tubería, el método está caracterizado porque comprende: proporcionar un HIPS para una pluralidad de líneas de flujo de cabeza de pozo que alimentan una línea de recolección común a través de por lo menos un punto de conexión, por lo cual el HIPS se aplica a la línea de recolección corriente abajo de por lo menos un punto de conexión de las líneas de fluido hasta la línea de recolección, y por lo cual, el HIPS tiene primer y segundo juegos de válvulas de aislamiento (ZV) en comunicación de fluidos con una línea de recolección, los dos juegos son paralelos entre sí, cada juego de ZV incluye dos ZV en serie, la salida del segundo juego de ZV está conectada con la salida del primer juego de ZV, de modo que las salidas de ambos juegos de ZV avanzan a través de una tubería de salida común, las ZV operan en respuesta a las señales desde un solucionador lógico de seguridad; mover el primer juego de ZV desde una posición abierta a una posición cerrada para una prueba de seguridad de apagado rápido mientras el segundo juego de ZV está abierto como una trayectoria de fluido; medir la presión del fluido entre las dos ZV cerradas; y activar una señal de alarma cuando la presión se eleva sobre un nivel umbral predeterminado.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos un transmisor de detección de presión colocado entre la ZV cerrada transmite una señal al solucionador lógico de seguridad que corresponde a la presión entre las dos válvulas cerradas.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque incluye ventilar el fluido presurizado entre las ZV cerradas al inicio de la prueba de seguridad.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque incluye registrar la presión del fluido entre las dos ZV de cada juego antes y durante la prueba de apagado de seguridad de las válvulas.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, ca racte rizad o porq ue i ncl uye proporci on a r u n despl ieg ue de los n ive les de presión registrados.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el segundo juego de ZV permanece abierto mientras el primer juego de ZV se regresa a la posición completamente abierta.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la alarma se activa cuando el primer juego de ZV no se abre por completo.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque incluye: proporcionar cada uno de los dos juegos de válvulas de aislamiento (ZV) con una válvula de control de ventilación (VCV) ; y abrir la VCV conectada con el primer juego de ZV por un período predeterminado de tiempo cuando el primer juego de ZV está cerrado para mantener la presión en la tubería entre las ZV en o por debajo de un nivel umbral predeterm inado.

9. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque además comprende: mover el primer juego de ZV hacia la posición abierta; mover el segundo juego de ZV hacia la posición cerrada; medir la presión entre las ZV del segundo juego de ZV por un período de tiempo predeterminado; y activar una señal de alarma cuando la presión entre las dos ZV del segundo juego se eleva sobre un nivel predeterminado.

1 0. Un sistema de protección de alta integración (H I PS) para probar la protección y el control de presión de un sistema de tubería, por lo cual, una pluralidad de líneas de flujo alimentan una línea de recolección común a través de por lo menos un punto de conexión, y por lo cual el H IPS se aplica a la línea de recolección corriente abajo de por lo menos un punto de conexión de las líneas de fluido hasta la l ínea de recolección, por lo cual cada H I PS está caracterizado porque comprende: dos juegos de válvulas de aislamiento (ZV) en comunicación de fluidos con una entrada, los dos juegos están en una relación de flujo paralelo de fluido entre sí, cada juego de ZV incluye dos ZV en serie, la salida del segundo juego de ZV está conectada con la salida del primer juego de ZV, de modo que las salidas de ambos juegos de ZV avanzan a través de una tubería común de salida, ya sea uno o ambos de los dos juegos de ZV operan como una trayectoria para el fluido que entra por la entrada y pasa a través de la salida del H I PS hasta la tubería de salida común; dos válvulas de control de ventilación (VCV), cada una de las cuales está conectada con una tubería intermedia a cada uno de los dos juegos de ZV, cada una de las VCV está en comunicación de fluidos con una línea de ventilación, por lo cual, luego de abrir una VCV, se ventila la presión del proceso entre las dos ZV; y un solucionador lógico de seguridad en comunicación con las ZV y con las VCV, el solucionador lógico de seguridad genera señales para controlar la operación de las ZV y de las VCV.

11. El HIPS de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque además comprende: transmisores de detección de presión para medir y transmitir la presión en una sección de la tubería corriente arriba de la salida del HIPS.

12. El HIPS de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque incluye tres transmisores de detección de presión y un solucionador lógico está programado para transmitir una señal para cerrar las ZV luego de un incremento en la presión sobre un valor umbral transmitido por al menos dos de los tres sensores de presión.

13. El HIPS de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada una de las dos VCV están conectadas con un conducto que está en comunicación de fluidos con una línea de ventilación común.

14. El HIPS de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque cada juego de ZV opera en forma independiente de la operación del juego paralelo de ZV.

15. El HIPS de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque incluye transmisores de detección de presión colocados entre las ZV para medir la presión entre las ZV en cada uno de los dos juegos de ZV.

16. El HI PS de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el solucionador lógico de seguridad está programado para mantener un juego de ZV en una posición abierta cuando el juego paralelo de ZV se mueve a la posición cerrada desde la posición abierta durante la prueba de recorrido completo.

17. El HI PS de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el solucionador lógico de seguridad está programado para medir y registrar la respuesta de cada ZV durante una prueba de recorrido completo.

1 8. El H I PS de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el solucionador lógico de seguridad está programado para medir y registrar la presión en la línea entre las ZV cerradas durante una prueba de apagado rápido, y para abrir la VCV entre las ZV cerradas por un corto período de tiempo durante la prueba para liberar la presión en la l ínea.

1 9. El H I PS de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el solucionador lógico de seguridad está programado para generar una señal de falla cuando la respuesta de presión de una de las ZV excede los límites aceptables.

20. El H I PS de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el solucionador lógico de seguridad está programado para generar una señal de prueba durante un período de prueba de apagado rápido cuando la presión entre las ZV cerradas se eleva sobre un valor umbral predeterminado después de cerrar las ZV.

21 . El H I PS de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el solucionador lógico de seguridad está programado para designar una ZV cerrada para usarse como un juego operativo cuando durante un periodo de prueba, la presión entre las ZV cerradas no se eleva sobre un valor umbral predeterminado.

22. El H I PS de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque las VCV están cerradas durante las operaciones normales y durante una prueba de recorrido completo.

23. El HI PS de conformidad con la reivindicación 17 , caracterizado porque además comprende válvulas de apagado manual colocadas corriente arriba y corriente debajo de cada uno de los juegos paralelos de ZV para aislar cada uno de los juegos de ZV del sistema de tubería adyacente.

24. El HI PS de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque está montado en forma integrada para su transporte en una plataforma móvil.

25. El H I PS de conformidad con la reivindicación 17 , caracterizado porque las ZV son provistas con accionadores de válvula seguros de falla, energizados en forma eléctrica, por lo cual, las válvulas se mueven hacia una posición cerrada en caso de una falla de energ ía.

26. El H I PS de conformidad con la reivindicación 17 , caracterizado porque las VCV son operadas en forma eléctrica.