MX2014014413A

MX2014014413A - Sistema de control de valvula de seguridad y metodo de uso.

Info

Publication number: MX2014014413A
Application number: MX2014014413A
Authority: MX
Inventors: David Lymberopolous; Benjamin R Matthews
Original assignee: Safoco Inc
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2015-08-20
Also published as: AU2013266386B2; WO2013177212A1; CN104541019B; AU2013266386A1; US9890609B2; US9441453B2; CA2874435C; CA2874435A1; US9671794B1; CN104541019A; US20170060144A1; US20120227983A1; MX352842B; US20170147012A1

Abstract

Un sistema de control de válvula de seguridad puede incluir un ensamblaje de control capaz de operar de manera remota, un primer transductor, un ensamblaje de válvula, y un ensamblaje de comprensor en comunicación con el ensamblaje de control. El ensamblaje de control es capaz de operar para accionar los ensamblajes de bomba y de válvula para suministrar fluido para accionar la válvula de seguridad hacia posiciones abierta y cerrada, en respuesta a una o más señales recibidas del primer transductor. Un método de operación puede incluir mantener la válvula de seguridad en una posición abierta o cerrada mientras se detecta una propiedad física con el sistema de control; comunicar una señal correspondiente a la propiedad física detectada al sistema de control; y cerrar o abrir de manera automática la válvula de seguridad en respuesta a una comparación de la propiedad física detectada con una condición preestablecida.

Description

SISTEMA. DE CONTROL DE VÁLVULA DE SEGURIDAD Y METODO DE USO Antecedentes de la Invención Campo de la Invención Formas de realización de la invención se refieren a un sistema de control de cabeza de pozo para pozos de petróleo y gas. En particular, formas de realización de la invención se refieren a sistemas y métodos de un sistema de control de cierre de emergencia para válvulas de seguridad superficiales y sub superficiales. Formas de realización de la invención se refieren además a sistemas y me "todos de un sistema de control de válvula de alivio.

Descripción de la Materia Relacionada Un sistema de cabeza de pozo puede ser usado para controlar el flujo de fluidos recuperados a partir de un pozo de petróleo y gas en una manera segura y eficiente. El sistema de cabeza de pozo puede incluir una variedad de dispositivos de control de flujo, tales como válvulas, los cuales son capaces de operar para dirigir flujo de fluido a través de un sistema de entubado conectado al sistema de cabeza de pozo. Fluidos pueden dirigirse corriente abajo del sistema de cabeza de pozo mediante el sistema de entubado para procesamiento y/o almacenamiento adicionales .

El sistema de cabeza de pozo puede incluir válvulas de seguridad superficiales y sub-superficiales que se conectan al sistema de entubado y son capaces de operar para cortar flujo de fluido a través del sistema de entubado en el caso de una emergencia en el pozo o en una ubicación corriente abajo del sistema de cabeza de pozo. Válvulas de seguridad del estado de la téenica están generalmente en comunicación de fluidos con el sistema de entubado, y utilizan los fluidos en el mismo para operación. Por ejemplo, la presión en el sistema de entubado puede estar directamente unida hacia las válvulas de seguridad para accionar las válvulas hacia una posición abierta, con ello permitiendo flujo de fluido a través del sistema. En el caso de una emergencia, tal como una ruptura en el sistema de entubado corriente abajo de la válvula de seguridad o una caída de presión en el pozo, conforme la presión en el sistema de entubado cae, así lo hace la presión en las válvulas de seguridad. Las válvulas de seguridad se configuran para moverse hacia una posición cerrada después de que la presión en la misma cae por debajo de una presión mínima, con ello cerrando flujo de fluido a través del sistema de entubado y cerrando en el sistema de cabeza de pozo. Algunas válvulas de seguridad también pueden estar equipadas con válvulas de alivio que son capaces de operar para bloquear presión de ingresar a la válvula y sacar la presión en la válvula, con ello permitiendo que la válvula se mueva hacia una posición cerrada.

Hay numerosos inconvenientes a los sistemas de válvula de seguridad del estado de la téenica. Un inconveniente incluye la dependencia de las válvulas de seguridad de presión de fluido en el sistema de entubado. Estas válvulas de seguridad no pueden ser operadas de manera unilateral según se desee. Otro inconveniente incluye mantenimiento regular, manual, de las válvulas de seguridad para asegurar que sean completamente operativas. Otro inconveniente incluye la contaminación potencial al ambiente cuando fluido en las válvulas de seguridad es expulsado hacia la atmósfera.

En algunas operaciones de perforación de pozo, tales como cuando se lleva a cabo una operación de fractura hidráulica, un alto volumen de fluido a presión es bombeado a un múltiple, el cual dirige el fluido a uno o más pozos para fracturar la formación que está más abajo. En caso que el flujo a través de las líneas de flujo o de fluido al múltiple y/o en los pozos experimente una interrupción o se tapone, el volumen de fluido altamente presurizado puede ocasionar una falla catastrófica de las líneas de fluido, los pozos, y cualquier otro equipo que rodea el sitio del pozo, lo que incluso potencialmente puede dañar a trabajos en el sitio del pozo. Los sistemas convencionales de válvula de alivio son ineficientes para detectar una falla, tienen tiempos de respuesta lentos y/o son de solamente un uso, lo que requiere de reemplazo completo en el caso de operación.

Por lo tanto, existe una necesidad de un nuevo y mejorado sistema de válvula de control de seguridad que sea auto-dependiente, pueda ser operado de manera remota y monitorizado en tiempo real, y pueda automáticamente cerrarse en y/o aliviar un sistema de cabeza de pozo en el caso de una emergencia o cuando se desee.

Compendio de la Invención En una forma de realización, se proporciona un sistema de control para controlar una válvula de seguridad unida a una línea de flujo en un sitio de pozo. El sistema de control incluye un alojamiento. El sistema de control incluye además un ensamblaje de controlador dispuesto dentro del alojamiento. El ensamblaje de controlador está configurado para recibir una señal desde un transductor conectado a la línea de flujo, donde la señal corresponde a una propiedad física medida. Además, el sistema de control incluye un ensamblaje de válvula dispuesto dentro del alojamiento y en comunicación con el ensamblaje de controlador. El sistema de control incluye además un ensamblaje de compresor dispuesto dentro del alojamiento y en comunicación con el ensamblaje de controlador. De manera adicional, el sistema de control incluye una fuente de energía dispuesta dentro del alojamiento. La fuente de energía está configurada para suministrar energía al ensamblaje de controlador, el ensamblaje de válvula, y el ensamblaje de compresor. El ensamblaje de controlador es capaz de operar para ocasionar que el ensamblaje de compresor suministre fluido neumático a la válvula de seguridad para accionar la válvula de seguridad a una posición abierta, donde el ensamblaje de controlador es capaz de operar para hacer que en el ensamblaje de válvula accione la válvula de seguridad a una posición cerrada.

En una forma de realización, se proporciona un método para controlar una válvula de seguridad unida a una línea de flujo en un sitio de pozo. El método incluye colocar un sistema de control adyacente a la válvula de seguridad. El sistema de control tiene un ensamblaje de controlador, un ensamblaje de compresor, y una fuente de energía dispuesta dentro de un alojamiento del sistema de control. El método incluye además el paso de suministrar fluido neumático del ensamblaje de compresor a la válvula de seguridad para abrir la válvula de seguridad. El método también incluye el paso de recibir una señal en el ensamblaje de controlador que corresponde a una propiedad física detectada en la línea de flujo. De manera adicional, el método incluye el paso de cerrar la válvula de seguridad en respuesta a una comparación de la propiedad física detectada con una condición preestablecida.

En una forma de realización, un sistema de control para controlar una válvula de seguridad unidad a una línea de flujo en un sitio de pozo puede comprender un ensamblaje de controlador configurado para recibir una señal desde un transductor conectado a la línea de flujo, donde la señal corresponde a una propiedad física medida; un ensamblaje de válvula en comunicación con el ensamblaje de controlador; y un ensamblaje de impulso de fluidos en comunicación con el ensamblaje de controlador, donde el ensamblaje de controlador es capaz de operar para accionar el ensamblaje de impulso de fluidos para suministrar a la válvula de seguridad para accionar la válvula de seguridad a una primera posición, y donde el ensamblaje de controlador es capaz de operar para accionar el ensamblaje de válvula para accionar la válvula de seguridad a una segunda posición.

En una forma de realización, un método para controlar una válvula de seguridad unidad a una línea de flujo en un sitio de pozo puede comprender proporcionar un sistema de control para colocarse adyacente a la válvula de seguridad, donde el sistema de control incluye un alojamiento, un ensamblaje de controlador, un ensamblaje de impulso de fluidos, y un ensamblaje de válvula; suministrar fluidos a la válvula de seguridad usando el ensambla je de impulso de fluidos para accionar la válvula de seguridad hacia una primera posición; monitorizar una propiedad física en la línea de flujo usando el ensamblaje de controlador; y accionar el ensamblaje de válvula usando el ensamblaje de controlador; y accionar el ensamblaje de válvula usando el ensamblaje de controlador para accionar la válvula de seguridad a una segunda posición con base en una comparación de la propiedad física monitorizada con una condición predeterminada.

En una forma de realización, un método para controlar una válvula de seguridad unida a una línea de flujo en un sitio de pozo puede comprender proveer un sistema de control capaz de operar remotamente para colocarse adyacente a la válvula de seguridad; accionar la válvula de seguridad hacia una posición cerrada usando el sistema de control; monitorizar la presión de fluido en la línea de flujo usando un transductor en comunicación con el sistema de control mientras se mantiene la válvula de seguridad en la posición cerrada; y accionar la válvula de seguridad hacia una posición abierta usando el sistema de control cuando la presión de fluido monitorizada alcanza o excede una presión de fluido predeterminada para aliviar la presión de fluido en la línea de flujo.

Breve Descripción de los Dibujos Tal que la manera en la cual las características anteriormente recitadas de la invención pueda entenderse en detalle, una descripción mas particular de la invención, brevemente reducida en lo que antecede, puede tenerse por referencia a formas de realización, algunas de las cuales se ilustran en los dibujos anexos. Deberá notarse, sin embargo, que los dibujos anexos ilustran solamente formas de realización típicas de esta invención y que por lo tanto no se consideran limitando su alance, pues la invención puede admitir otras formas de realización igualmente efectivas.

La figura 1 ilustra un sistema de control de cabeza de pozo de acuerdo con una forma de realización.

La figura 2 ilustra un sistema de control de válvula de seguridad de acuerdo con una forma de realización.

La figura 3 ilustra una válvula de seguridad superfi cial de acuerdo con una forma de realización.

La figura 4 es una vista en secciones de una válvula de compuerta, un accionador, un anulador mecánico, y un indicador de modo seguro.

La figura 5 es una vista en secciones de la válvula de compuerta en una posición abierta después de una operación manual del anulador mecánico.

La figura 6 es una vista en secciones de la válvula de compuerta en la posición abierta después de una operación automática del accionador y con el indicador de modo seguro indicando que la válvula de compuerta está operando en un modo seguro.

La figura 7 es una vista en secciones de la válvula de compuerta en la posición abierta después de la operación automática del accionador, el anulador mecánico habiendo sido parcialmente accionado, y el indicador de modo seguro indicando que la válvula de compuerta no está operando en el modo seguro.

La figura 8 es una vista en sección transversal del anulador mecánico a lo largo de la línea de sección 8-8 en la figura 4.

La figura 9 es una vista en secciones de la válvula de compuerta en una posición abierta después de una operación automática del accionador.

Las figuras 10A-10H y 11-11D ilustran un ensamblaje de válvula de acuerdo con una forma de realización.

La figura 12 es una vista en secciones de una válvula en una posición abierta a prueba de fallas.

La figura 13 ilustra un sistema de control de válvula de seguridad de acuerdo con una forma de realización.

La figura 14 ilustra un sistema de control de pozo de acuerdo con una forma de realización.

La figura 15 ilustra el sistema de control de pozo de acuerdo con una forma de realización.

Descripción Detallada La figura 1 ilustra un sistema de control de cabeza de pozo 100 de un pozo de petróleo/gas de acuerdo con una forma de realización. El sistema de control de cabeza de pozo 100 se configura para controlar la recuperación de fluidos, tales como hidrocarburos, a partir de un depósito a través de una perfora ción de pozo primaria 105. El sistema de control de cabeza de pozo 100 incluye un árbol 110 teniendo una serie de dispositivos de válvula y de control de flujo, una válvula de seguridad superficial 120 en comunicación con el árbol 100 mediante entubado 115, y una válvula de seguridad sub-superficial 130 en comunicación con el árbol 100 mediante el entubado 125. La válvula de seguridad sub-superficial 130 también puede estar en comunicación con una línea de flujo de producción de pozo 145 usada para recuperar petróleo y/o gas a partir del pozo de petróleo/gas. La válvula de seguridad superficial 120 puede también estar en comunicación con una línea de flujo de producción superficial 135 usada para dirigir cualquier fluido recuperado a una o mas ubicaciones corriente abajo del sistema de control de cabeza de pozo 100 para procesamiento adicional y/o almacenamiento. En una forma de realización, las válvulas de seguridad 120, 130 pueden incluir válvulas accionadas neumática o hidráulicamente. En una forma de realización, las válvulas de seguridad 120, 130 pueden incluir válvulas neumáticas que se operan usando fluido hidráulico. Cada una de las válvulas de seguridad 120, 130 pueden incluir un sistema de control de cierre de emergencia ("ESD") auto-contenido, identificado como artículos 200, 300 y 700, respectivamente, que (1) puede ser capaz de operar para automáticamente cerrar las válvulas de seguridad 120, 130; (2) puede ser capaz de operar para ser monitorizado y/u operado continuamente (abierto o cerrado) en tiempo real a partir de una ubicación remota; y (3) puede ser capaz de operar para verificar en todo momento las características/condición de operación de las válvulas de seguridad 120, 130 y diversos otros componentes del sistema de control.

Los sistemas de control de ESD 200, 300 pueden ser "auto-contenidos ", lo cual significa que no dependen de ninguna fuente neumática, hidráulica, mecánica, o eléctrica para su operación para cerrar el pozo de petróleo/gas. Por ejemplo, si hay una ruptura de la línea de flujo de producción corriente abajo de la válvula de seguridad superficial 120, y/o si hay una pérdida de presión de pozo en la válvula de seguridad subsuperficial 130, los sistemas de control de ESD 200, 300 son capaces de operar para cerrar de manera efectiva las válvulas de seguridad 120, 130, con ello cerrando el pozo de petróleo/gas, y alertar al personal apropiado que un cierre ha ocurrido sin la asistencia de ninguna fuente de potencia neumática, hidráulica, mecánica, o eléctrica externa adicional. Todos los fluidos y mecanismos de operación necesarios para operar las válvulas de seguridad 120, 130 se mantienen dentro de los sistemas de control de ESD 200, 300 tal que no haya contaminación del ambiente, y tal que cualquier fluido y/o gas a partir del pozo de petróleo/gas puedan contenerse de manera efectiva en el mismo sin ninguna dependencia externa adicional.

La figura 2 ilustra el sistema de control de ESD 200 de acuerdo con una forma de realización. Formas de realización del sistema de control de ESD 200 descritas en la presente son igualmente aplicables al sistema de control de ESD 300 (y viceversa). El sistema de control ESD 200 puede incluir un alojamiento 210 para soportar un ensamblaje de controlador 220, una fuente de potencia 230, un ensamblaje de bomba 240, un depósito de fluidos 250, un ensamblaje de válvula 260, y un ensamblaje de panel solar 270. El sistema de control de ESD 200 puede incluir también uno o mas dispositivos/transductores 280, 282, 284, 286, y 288 para monitorizar y/o medir una o mas propiedades físicas (descritas adicionalmente más adelante). En la forma de realización, el sistema de control de ESD 200 puede ser configurado para controlar una o mas válvulas, tales como válvulas de control de flujo o válvulas de estrangulamiento, que están en comunicación con las líneas de flujo de las válvulas 120, 130 para controlar el flujo de fluidos a través del sistema de control de cabeza de pozo 100.

El alojamiento 210 puede incluir cualquier miembro de soporte estructural, tal como un recipiente a prueba de explosio nes, para proteger a los componentes almacenados en el mismo contra daños y elementos ambientales. Ventilación apropiada del alojamiento 210 puede ser provista por agujeros de ventilación y/o un ventilador de energía solar independiente montado en o a través del alojamiento 210. El alojamiento 210 puede además incluir un panel de acceso o una puerta para facilidad de acceso al interior del alojamiento, y puede configurarse para unión al árbol 110 o la válvula de seguridad superficial y sub-superficial 120, 130 respectivas. Uno o más ensamblajes de múltiple 212, 214, 216 pueden ser provistos en el alojamiento 210 para conexiones de fluidos y/o eléctricas entre el alojamiento 210 (y los componentes dentro del alojamiento 210) y las válvulas de seguridad 120, 130, el ensamblaje de panel solar 270, y el transductor 280. En una forma de realización, los componentes estructurales de los sistemas de control de ESD 200, 300, en la medida de lo posible, pueden hacerse de acero inoxidable.

El ensamblaje de controlador 220 puede disponerse en el alojamiento 210 y puede incluir una unidad de microprocesador 222, una pantalla de exhibición 224, y un teclado 226. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 puede ser a prueba de elementos del ambiente, y puede ser intrínsecamente seguro para proporcionar potencia según sea necesario a uno o más componentes de los sistemas de control de ESD 200, 300. En una forma de realización, la unidad de microprocesador 222 puede incluir un controlador lógico programable, incluyendo un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) que está en comunicación con uno o más transductores/dispositivos 280, 282, 284, 286 y 288, así como los ensamblajes de bomba y válvula 240, 260. La unidad de microprocesador 222 puede incluir un controlador lógico programable, incluyendo un regulador de corriente para proveer transmisión de baja corriente entre el ensamblaje de controlador 220 y los diversos componentes del sistema de control. Un sensor guardián 228 puede usarse para monitorizar la operación de la unidad de microprocesador 222 y proporcionar una alarma en el caso de una falla. El ensamblaje de controlador 220 puede ser capaz de operar para enviar y recibir señales con un sistema de computador 150 (tal como un computador de escritorio, un computador portátil, o un asistente digital personal (PDA)) en una ubicación remota del sistema de control de cabeza de pozo 100. En una forma de realización, las señales pueden ser enviadas y/o recibidas entre el ensamblaje de controlador 220 y el sistema de computador 150 mediante medios de telemetría cableados y/o inalámbricos, incluyendo pero sin limitarse a comunicación por cables eléctricos, cables de fibra óptica, de frecuencia de radio, infrarroja, por microondas, por satélite, y/o por luz láser. En esta manera, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden monitorizarse y operarse de manera remota a partir de una o mas ubicaciones en el sitio o fuera del sitio con relación al sistema de control de cabeza de pozo 100. En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden ser configurados para operación manual y/o remota en el sitio en el sistema de control de cabeza de pozo 100. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 puede ser programado con uno o más puntos de disparo, tales como puntos de presión alta y/o baja corriente arriba y/o corriente abajo, que automáticamente dispararán operación del sistema de control de ESD 200, 700 ante la detección de una presión fuera de los rangos de punto de disparo. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 puede ser configu rado con un protocolo de encuesta "maestro/esclavo" o un protocolo de encuesta "maestro/maestro" como se conoce en la materia para recuperar y comunicar información respecto del sistema de control de ESD 200, 700 según se desee.

En una forma de realización, el ensamblaje de controla dor 220 puede estar en comunicación con un transductor de presión 280 que está conectado a la línea de flujo de producción superficial 135, como se ilustra en la figura 1. El transductor de presión 280 puede medir la presión en la línea de flujo 135 y comunicar una señal correspondiente a la presión medida al ensamblaje de controlador 220. El transductor de presión 280 puede conectarse en varias otras ubicaciones dentro del sistema de control de cabeza de pozo 100, tal como en el árbol 110 o el entubado 115, 125. En una forma de realización, el transductor 280 puede usarse para medir la tasa de flujo de fluido o detectar sulfuro de hidrógeno. En una forma de realización, uno o más transductores 280 pueden usarse para medir y/o detectar características de pozo adicionales en el sistema de control de cabeza de pozo 100 y comunicar las características de pozo medidas/detectadas al ensamblaje de controlador 220 mediante una señal correspondiente a la medición o detección para comparación con una o más condiciones predeterminadas.

Con respecto al transductor de presión 280, la señal puede ser registrada y/o comunicada al sistema de computador 150 mediante el ensamblaje de controlador 220 para proporcionar monitorización en tiempo real de la presión en la línea de flujo 135. La presión medida puede ser desplegada en la pantalla de exhibición 224 y/o en una pantalla de exhibición del sistema de computador 150. En respuesta a la presión medida, el ensamblaje de controlador 220 puede ser configurado para operar la válvula de seguridad 120, 130 respectiva a la cual está conectada. Por ejemplo, el ensamblaje de controlador 220 puede ser usado para dirigir al ensamblaje de bomba 240 y al ensamblaje de válvula 260 para suministrar fluido a partir del depósito de fluidos 250 a la válvula de seguridad superficial 120 para abrir la válvula. Al recibir la señal a partir del ensamblaje de controlador 220, el ensamblaje de válvula 260 puede ser configurado para abrir un circuito definido por líneas 211, 213, 215 entre la válvula de seguridad superficial 120 y el depósito de fluidos 250 para permitir que el ensamblaje de bomba 240 dirija fluido presurizado a partir del depósito de fluido 250 a la válvula de seguridad superficial 120, con ello abriendo la válvula de seguridad superficial 120. La válvula de seguridad superficial 120 puede ser mantenida en la posición abierta mientras el transductor de presión 280 continuamente monitoriza la presión en la línea de flujo 135. El ensamblaje de controlador 220 puede programarse para cerrar la válvula de seguridad superficial 120 al recibir una señal a partir del transductor de presión 280 que corresponde a una medición de presión que es mayor o menor que una condición predeterminada, tal como un rango de presiones preestablecido.El rango de presiones preestablecido puede ser ingresado dentro del ensamblaje de controlador 220 por medio de entrada manual usando el teclado 226 y la pantalla de exhibición 224. El rango de presiones preestablecido puede también ser ingresado dentro del ensamblaje de controlador 220 de manera remota del sistema de computador 150. Cuando la señal es recibida a partir del transductor de presión 280 de que la presión en la línea de flujo 135 cae por fuera del rango de presiones preestablecido almacena do en la unidad de microprocesador 222, el ensamblaje de controlador 220 puede automáticamente dirigir el ensamblaje de válvula 260 y/o el ensamblaje de bomba 240 para regresar al fluido a partir de la válvula de seguridad superficial 120 al depósito de fluidos 250. Al recibir la señal a partir del ensamblaje de controlador 220, el ensamblaje de válvula 260 puede configurarse para abrir un circuito definido por las líneas 211, 217 entre la válvula de seguridad superficial 120 y el depósito de fluidos 250 para permitir que el fluido presurizado sea descargado hacia el depósito de fluidos 250, con ello cerrando la válvula de seguridad superficial 120. En una forma de realización, una presión de cierre generada por la válvula de seguridad superficial 120 puede usarse para forzar al fluido hacia el depósito de fluidos 250. Puede usarse la monitorización continua en tiempo real de la presión en la línea de flujo 135 para verificar que la válvula de seguridad superficial 120 ha sido cerrada.

Los sistemas de control de ESD 200, 300 pueden ser ajustados en cualquier momento y pueden configurarse para cerrar el sistema de control de cabeza de pozo 100 en cualquier momento de manera manual y/o de manera remota. En particular, la unidad de microprocesador 222 puede programarse con una o mas condicio nes preestablecidas, manualmente usando la pantalla de exhibición 224 y el teclado 226 y/o de manera remota mediante el sistema de computador 150. Las condiciones preestablecidas pueden ser cambiadas en cualquier momento. Y cuando una señal se recibe a partir de uno o mas de los diversos transductores/dispositivos y/o el sistema de computador 150 que está en conflicto con las condiciones preestablecidas, el ensamblaje de controlador 220 puede ser capaz de operar para automáticamente cerrar la válvula de seguridad 120, 130 a la cual está conectada. El ensamblaje de controlador 220 puede ser capaz de operar cuando la señal está por encima de la condición preestablecida o cuando la señal está por debajo de la condición preestablecida. Puede usarse monitorización continua en tiempo real de los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 para verificar la condición de opera ción/características de los componentes de sistema de control de cabeza de pozo 100 en todo momento.

En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden comunicar un tipo de señal sensorial auditiva, visual, u otra similar de que el sistema de control de cabeza de pozo 100 ha sido cerrado. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 puede enviar una señal al sistema de computador 150 que puede convertirse en una alarma para alertar a un operador del cierre. En una forma de realiza ción, el ensamblaje de controlador 220 puede enviar una señal para disparar un dispositivo de indicación 282, tal como una alarma auditiva y/o visual dispuesta interior o exterior al alojamiento 120, para alertar del cierre a un operador dentro de proximidad cercana del sistema de control de cabeza de pozo 100.

En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden incluir un dispositivo de cierre de emergencia 284 capaz de operar de manera manual y/o de manera remota para automáticamente dar una alarma y enviar una señal al ensamblaje de controlador 220 para cerrar el sistema de control de cabeza de pozo 100. En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden incluir un dispositivo de incendio 286 que detecta calor, y automáticamente da una alarma y cierra el sistema de control de cabeza de pozo 100 mediante el ensamblaje de controlador 220 cuando el calor medido excede de una cierta temperatura. En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden incluir un dispositivo anti-intrusos 288 que cuando se activa automáticamente da una alarma y cierra el sistema de control de cabeza de pozo 100 mediante el ensamblaje de controlador 220, por ejemplo cuando un robo se intenta o el sistema de control sostiene algún tipo de daño estructural. En una forma de realización, uno o más de los transductores 282, 284, 286, 288 pueden usarse para detectar sulfuro de hidrógeno (H2S), otros gases y vapores, y/o el nivel de fluido en uno o más tanques de almacenamiento que están en comunicación de fluidos con las válvulas 120, 130. Cada uno de los dispositivos 284, 286, 288 puede ser continuamente monitori- zado en tiempo real usando el ensamblaje de controlador 220 mediante el sistema de computador 150 para verificar condiciones de operación/características del sistema de control de cabeza de pozo 100.

Potencia puede ser provista al ensamblaje de controla dor 220 y el ensamblaje de bomba 240 a partir de la fuente de potencia 230. La fuente de potencia 230 puede ser capaz de operar para proporcionar una corriente baja (amp) al ensamblaje de controlador 220 y/o al ensamblaje de bomba 240. En una forma de realización, la fuente de potencia 230 puede incluir una batería intrínsecamente segura, tal como un suministro de potencia a prueba de explosiones, de corriente continua, de 12 o 24 voltios. En una forma de realización, la fuente de potencia 230 puede incluir un sensor guardián 232 para comunicar al sistema de computador 150 mediante el ensamblaje de controlador 220 una falla de la fuente de potencia. El sensor guardián 232 también puede dar una alarma auditiva o visual para alertar a un operador en el sitio que la fuente de potencia 230 está baja y/o muerta. El ensamblaje de controlador 220 puede ser configurado para automáticamente cerrar al sistema de control de cabeza de pozo 100 al recibir una señal a partir del sensor 232. En una forma de realización, la fuente de potencia 230 puede ser un suministro de potencia (recargable) que es soportado por el ensamblaje de panel solar 270. El ensamblaje de panel solar 270 puede incluir uno o mas paneles solares 272 conectados al exterior del alojamiento 210 para consumir energía de luz a partir del sol para generar electricidad. Los paneles solares 272 pueden estar conectados al exterior de un alojamiento 730 en el sistema de control de ESD 700. Un controlador de voltaje intrínsecamente seguro 274 puede entregar corriente eléctrica a un voltaje apropiado, 12 o 24 voltios por ejemplo, a la fuente de potencia 230, la cual a su vez suministra potencia al ensamblaje de controlador 220 y/o al ensamblaje de bomba 240. En una forma de realización, el ensamblaje de panel solar 270 puede ser configurado para proporcionar suficiente potencia a los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 para abrir y cerrar las válvulas de seguridad 120, 130 diez o más veces a partir de alrededor de dos horas de luz solar por día.

En una forma de realización, el ensamblaje de bomba (o de impulso de fluido) 240 puede incluir un motor intrínsecamente seguro 242 y una bomba 244, cada uno de los cuales puede localizarse en el alojamiento a prueba de explosiones 210. La bomba 244 puede incluir una bomba de pistón giratorio con un rango de alrededor de 100 a 10,000 psi (689 a 68,947 kPa). El ensamblaje de bomba 240 puede bombear fluido neumático y/o hidráulico a partir del depósito de fluido 250 para accionar la válvula de seguridad 120, 130 a la cual está conectado.

En una forma de realización, el depósito de fluido 250 puede configurarse para almacenar una cantidad de fluido de operación suficiente para accionar la válvula de seguridad 120, 130 a la cual está conectado. El fluido de operación puede incluir aire, agua, propileno glicol, y otros fluidos de operación de válvula conocidos en la materia. En una forma de realización, el depósito de fluido 250 puede incluir un medidor de nivel 252, tal como una ventana de visión, para indicar el nivel de fluido en el depósito de fluido 250. El depósito de fluido también puede incluir un sensor de nivel 252 que está en comunicación con el ensamblaje de controlador 220 y que es capaz de operar para monitorizar en tiempo real el nivel de fluido en el depósito de fluido 250. En el caso de que el nivel de fluido caiga por debajo de un límite preestablecido, debido a evaporación del fluido, por ejemplo, el sensor de nivel 252 puede proporcionar una alarma para alertar a un operador en sitio en el sistema de control de cabeza de pozo 100 y/o en la ubicación remota mediante el ensamblaje de controlador 220 y el sistema de computador 150. El ensamblaje de controlador 220 puede automáti camente cerrar el sistema de control de cabeza de pozo 100 al recibir una señal del sensor de nivel 252.

En una forma de realización, el ensamblaje de válvula 260 puede incluir una o más válvulas (intrínsecamente seguras) 262 para controlar y dirigir la comunicación entre el ensamblaje de bomba 240, el depósito de fluido 250, y la válvula de seguridad 120, 130 a la cual está conectado. Las una o más válvulas 262 pueden incluir válvulas de solenoide, válvulas selectoras, y/o cualquier otro tipo de válvulas capaces de operar para abrir y cerrar los circuitos de fluido entre el ensamblaje de bomba 240, el depósito de fluido 250, y la válvula de seguridad 120, 130 a la cual está conectado. El ensamblaje de válvula 260 puede incluir una válvula de alivio interna y/o un circuito para rápidamente expulsar al fluido de las válvulas de seguridad 120, 130 al depósito de válvula 250 para asegurar el cierre rápido de las válvulas de seguridad 120, 130. El ensambla je de válvula 260 puede incluir uno o más medidores, tales como el medidor de presión 264, los cuales pueden ser visualmente inspeccionados para monitorizar la presión en las líneas de flujo de ensamblaje de válvula 260. En una forma de realización, el medidor de presión 264 puede configurarse para parar el ensambla je de bomba 240 cuando la presión en el accionador de las válvulas de seguridad 120, 130 alcanza una lectura de presión predeterminada. Las una o más válvulas 262 pueden ser controladas por el ensamblaje de controlador 220, como se describió anterior mente.

En una forma de realización, la pantalla de exhibición 224 y/o uno o más medidores pueden montarse a través de un panel frontal del alojamiento 210, 730 para indicar la presión dentro de las diversas válvulas y líneas en comunicación de fluidos con los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 y el sistema de control de cabeza de pozo 100.

La figura 3 ilustra una válvula de seguridad superfi cial 120 de acuerdo con una forma de realización. La válvula de seguridad superficial 120 puede incluir un accionador de válvula 122 para mover una válvula de compuerta 124 entre posiciones abierta y cerrada. Fluido presurizado a partir del depósito de fluido 250 del sistema de control de ESD 200 o fluido presurizado del sistema de control de ESD 700 puede ser suministrado a una cámara 123 del accionador de válvula 122 mediante el entubado 201 para abrir la válvula de compuerta 124. Un miembro que insta 127, tal como un resorte dispuesto dentro del accionador de válvula 122, puede usarse para cerrar la válvula de compuerta 124 cuando la fuerza del miembro que insta excede la presión de fluidos en la cámara de accionador de válvula 123. El accionador de válvula 122 también puede incluir una flecha superior 126 que puede usarse para manualmente accionar al accionador de válvula 122 por rotación de un volante 128 para abrir y cerrar la válvula de compuerta 124. La flecha superior 126 también puede usarse como una indicación visual para determinar si la válvula de compuerta 120 está en una posición abierta o cerrada. Por ejemplo, cuando la flecha superior 126 está completamente extendida hacia afuera del extremo superior del accionador de válvula 122, la válvula de compuerta 124 puede estar en una posición cerrada, y cuando la flecha superior 126 se retrae hacia el extremo superior del accionador de válvula 122, la válvula de compuerta 124 puede estar en una posición abierta.

En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden incluir un ensamblaje de indicación de posición 290 que es capaz de operar para indicar si la válvula de seguridad superficial 120 está en una posición abierta o cerrada, incluyendo cualquier posición abierta/cerrada parcial entre ellas, con base en la ubicación de la flecha superior 126. Como se ilustra en la figura 3, cuando la flecha superior 126 está en una posición completamente extendida, la válvula de seguridad superficial 120 está en la posición cerrada. Conforme la válvula de seguridad superficial 120 comienza a abrir y se mueve ya sea manual o automáticamente a la posición abierta, la flecha superior 126 se retraerá hacia el extremo superior del accionador de válvula 122. El ensamblaje de indicación de posición 290 puede incluir uno o más sensores 292 capaces de operar para detectar la extensión y retracción de la flecha superior 126. Los sensores 292 pueden comunicar una señal al ensamblaje de controlador 220 correspondiente a la posición medida, el cual puede entonces enviar una señal al sistema de computador 150 y desplegar la posición medida en una pantalla de exhibición. En esta manera, un operador puede continuamente monitorizar y verificar la posición de la válvula de seguridad superficial 120 en todo momento. El ensamblaje de indicador de posición 290 también puede usarse para verificar que la válvula de seguridad superficial 120 esté cerrada en el caso de que uno de los otros componentes de sistema de control de ESD 200, 700 iniciara un cierre del sistema de control de cabeza de pozo 100. En una forma de realización, los sensores 292 pueden incluir sensores magnéticos capaces de operar para detectar un material magnético de la flecha superior 126. Por ejemplo, uno o más sensores 292 pueden posicionarse en diversas ubicaciones a lo largo del desplazamiento longitudinal de la flecha superior 160 durante la apertura y el cierre de la válvula de compuerta 124. Cuando la flecha superior 160 está completamente extendida, todos los sensores 292 pueden detectar el material magnético de la flecha, con ello indicando que la válvula de compuerta 124 está cerrada. Sin embargo, cuando la flecha superior 160 está completamente retraída, solamente los sensores 292 mas cercanos al extremo superior del accionador de válvula 122 pueden detectar el material magnético de la flecha, con ello indicando que la válvula de compuerta 124 está abierta. En una forma de realización, los sensores 292 pueden incluir otros tipos de sensores de posición conocidos en la materia para monitorizar y medir la posición de la flecha superior 126.

En una forma de realización, el sistema de control de ESD 200, 300, 700 puede usarse para parcialmente desplazar las válvulas de seguridad 120, 130. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 puede ser configurado para dirigir el ensamblaje de bomba 240 y el ensamblaje de válvula 260 a suministrar una cantidad de fluido operativo a las válvulas de seguridad 120, 130 para parcialmente abrir las válvulas de seguridad. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 puede ser configurado para dirigir el ensamblaje de bomba 240 y el ensamblaje de válvula 260 a regresar una cantidad de fluido de operación a partir de las válvulas de seguridad 120, 130 para parcialmente cerrar las válvulas de seguridad. El ensamblaje de controlador 220 puede programarse para automáticamente conducir un desplazamiento parcial de las válvulas de seguridad 120, 130 después de una duración de tiempo preestablecida u otra condición. El ensamblaje de controlador 220 puede ser capaz de operar manual y/o remotamente para conducir un desplazamiento parcial de la válvula de seguridad a la cual está conectado cuando se desee. Los sensores 292 del ensamblaje de indicación de posición 290 pueden ser usados para monitorizar y verificar el desplazamiento parcial de las válvulas de seguridad 120, 130, con base en la posición de la flecha superior 126. El desplazamiento parcial de las válvulas de seguridad 120, 130 puede ayudar a prevenir/remover acumulación de desechos dentro de las válvulas a partir de los fluidos que fluyen a través de las mismas, lo cual puede potencialmente prevenir la apertura y/o el cierre completos de las válvulas cuando sea necesario.

En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden ser configurados para llevar a cabo una apertura y un cierre secuenciales específicos de las válvulas de seguridad 120, 130 cuando se arranca o se para el sistema de control de cabeza de pozo 100. En una forma de realización, cualquiera de los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 puede iniciar el cierre o la apertura de la válvula de seguridad superficial 120 primero, y luego el cierre o la apertura de la válvula de seguridad sub-superficial 130. En una forma de realización, cualquiera de los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 puede iniciar el cierre o la apertura de la válvula de seguridad sub-superficial 130 primero, y luego el cierre o la apertura de la válvula de seguridad superficial 120. En una forma de realización, si uno de los componentes del sistema de control de ESD 200, 700 inicia un cierre, el ensamblaje de controlador 220 puede automáticamente enviar una señal al sistema de computador 150, el cual puede entonces automáticamente enviar una señal al ensamblaje de controlador del sistema de ESD 300 para iniciar cierre de la válvula de seguridad sub-superficial 130. Después de que el cierre de la válvula de seguridad sub-superfi-cial 130 es verificado por el sistema de control de ESD 300 mediante el sistema de computador 150, otra señal puede ser enviada al sistema de control de ESD 200, 700 para entonces iniciar el cierre de la válvula de seguridad superficial 120. El proceso inverso puede ser llevado a cabo comenzando con el sistema de control de ESD 300 si el cierre de la válvula de seguridad superficial 120 se requiere previo al cierre de la válvula de seguridad sub-superficial 130.

En una forma de realización, un método para controlar un sistema de control de cabeza de pozo teniendo una pluralidad de válvulas, incluyendo una válvula de seguridad superficial y una válvula de seguridad sub-superficial, puede incluir producir potencia con el ensamblaje de panel solar y entregar la potencia producida a un ensamblaje de controlador y a un ensamblaje de bomba que suministra fluido de operación a las válvulas, el ensamblaje de control capaz de operar para monitorizar una variedad de condiciones en un pozo de petróleo/gas y en el sistema de control de cabeza de pozo. El ensamblaje de controla dor puede ser usado para controlar la operación del ensamblaje de bomba y las válvulas manual, remota, automáticamente, y/o en respuesta a una o más condiciones preestablecidas programarse en el ensamblaje de controlador. El ensamblaje de panel solar puede proporcionarse a una fuente de potencia o directamente a un ensamblaje de bomba para operar un motor del ensamblaje de bomba, el cual a su vez opera una bomba del ensamblaje de bomba. El motor puede ser controlado por el ensamblaje de controlador. El ensamblaje de controlador puede incluir un microprocesador y sus aparatos, circuitos, dispositivos, interruptores, etc., relacio nados. La potencia producida por el ensamblaje de panel solar puede almacenarse en una fuente de potencia, tal como en uno o más aparatos de batería para uso sobre demanda. El uso y el flujo de la potencia almacenada puede controlarse y/o monitorizarse por el ensamblaje de controlador. El ensamblaje de bomba puede suministrar fluido de operación (hidráulico y/o neumático) a alta o baja presión para operar cualquiera de ambas de las válvulas de seguridad según se dirige por el ensamblaje de controlador. La condición preestablecida puede incluir un parámetro de flujo de fluido, una condición de línea de flujo, una alarma, una condición de emergencia, y/o una intrusión de los componentes del sistema de control de cabeza de pozo, incluyendo las válvulas y el ensamblaje de controlador.

Los voltajes de potencia a partir del ensamblaje de panel solar pueden ser controlados con un controlador de voltaje teniendo un sensor que proporciona una señal de alerta, una señal de alarma, y/o una señal de cierre si un voltaje preestablecido se excede o no es provisto. Uno o más sensores pueden ser provistos para detectar una cantidad y/o una presión de fluido de operación disponible en cualquiera o todas de las líneas de flujo usadas y/o en un depósito de fluido, los sensores proporcionando una señal para indicar el volumen de fluido y/o la presión de fluido al ensamblaje de controlador. En respuesta a la señal, el ensamblaje de controlador puede operar una o más de las válvulas y/o parar el sistema de control de cabeza de pozo. El ensamblaje de controlador puede indicar a otros dispositivos, tales como el ensamblaje de bomba o un ensamblaje de válvula, incrementar la presión de fluido y/o la cantidad de fluido en algunas o todas de las líneas de flujo. Un sensor puede indicar al ensamblaje de controlador cuando un incendio se detecta y proporcionar una alarma de incendio. El ensamblaje de controlador puede proporcio nar una señal de alarma de incendio a una ubicación remota y/u operar las válvulas para cerrar al parel sistema de control de cabeza de pozo. Las señales de alarma, intrusión, etc. pueden proporcionarse en el área intermedia del sistema de control de cabeza de pozo y a una ubicación remota mediante métodos de transmisión conocidos.

El ensamblaje de controlador puede ser capaz de operar para monitorizar los diversos componentes del sistema de control de cabeza de pozo y emplear componentes intrínsecamente seguros. Un solo ensamblaje de controlador puede ser capaz de operar para controlar una válvula de seguridad superficial, una válvula de seguridad sub-superficial, así como una o más válvulas adiciona les en comunicación con el sistema de control de cabeza de pozo. El ensamblaje de controlador puede ser capaz de operar para controlar la válvula de seguridad sub-superficial con una bomba sumergible eléctrica. El ensamblaje de controlador puede ser capaz de operar para cerrar de manera remota el sistema de control de cabeza de pozo usando interruptores interconectados con el mismo, señales de teléfono, radio, SCADA, DCS y/o de satélite. Uno o más sensores pueden ser usados para detectar gases peligrosos en el pozo de petróleo/gas y/o el sistema de control de cabeza de pozo y producir una señal de alarma en respuesta. Un generador termoeléctrico puede ser usado en lugar de o además de un ensamblaje de panel solar. La o las condiciones preestablecidas pueden incluir uno o más de los siguientes: la presencia de incendio o gases peligrosos, intrusión por humanos o animales no deseados, vandalismo, daños, o destrucción de equipo usado en el sistema de control de cabeza de pozo, o presiones de fluido, volúmenes de fluido, amperajes de potencia, o voltajes de potencia demasiado bajos o demasiado elevados. En una forma de realización, diversos componentes del sistema de control pueden ser a pruebas de ambiente e "intrínsecamente seguros", es decir, que requieren niveles de potencia mayormente reducidos y por lo tanto minimizar el riesgo de chispas y explosiones, v.gr., menos de 100 miliamperios.

La figura 4 es una vista en secciones de un anulador mecánico 400, un accionador 401, una válvula de compuerta 402, y un indicador de modo seguro 403. El accionador 401 se acopla a un cuerpo de válvula 404 de la válvula de compuerta 402. Un ensamblaje de capota puede proporcionar una interfaz entre la válvula de compuerta 402 y el accionador 401. Durante una operación automática de la válvula de compuerta 402, presión hidráulica o neumática ingresa a una cámara 406 del accionador 401 definida por una cubierta 408 del accionador 401 y un diafragma 410 colocado sobre un miembro de operador 412. El miembro de operador 412 se mueve en respuesta a la presión hidráulica o neumática dentro de la cámara 406 y contra una fuerza que insta provista por un resorte 418. Un vástago de válvula 414 acoplado a una compuerta corrediza 416 de la válvula de compuerta 402 se mueve en respuesta al movimiento del miembro de operador 412. En esta manera, la operación automática del accionador 401 mueve la compuerta corrediza 416 de la válvula de compuerta 402 entre una posición cerrada mostrada en la figura 4 y una posición abierta como se muestra en la figura 6.

En una forma de realización, el accionador 401 puede ser seleccionado a partir de los accionadores neumáticos e hidráulicos descritos en la patente US 6,450,477, la cual se incorpora en la presente por referencia en su totalidad. El accionador 401 puede ser seleccionado a partir de cualquier otro accionador conocido en la industria para mover la compuerta corrediza 416 de la válvula de compuerta 402 entre las posiciones abierta y cerrada por operación automática.

Cuando se usa la operación automática del accionador 401, la fuerza que insta del resorte 418 se configura para actuar como un mecanismo a prueba de fallas. Cuando la presión en el accionador 401 se remueve, de manera inadvertida o de otra, el resorte 418 moverá a la válvula de compuerta 402 hacia una posición cerrada a prueba de fallas ilustrada en la figura 4 o una posición abierta a prueba de fallas ilustrada en la figura 12. Aunque el anulador mecánico 400 puede proporcionar medios adicionales para accionar la válvula de compuerta 402 en el caso de una falla, tal como una pérdida de presión, también puede anular el mecanismo a prueba de fallas. El anulador mecánico 400 puede prevenir que el resorte 418 mueva la válvula de compuerta 402 a la posición cerrada a prueba de fallas o a la posición abierta a prueba de fallas. La válvula de compuerta 402 está operando en un modo seguro cuando el mecanismo a prueba de fallas no ha sido anulado por el anulador mecánico y no se ha prevenido o inhibido el movimiento hacia la posición cerrada a prueba de fallas. Por lo tanto, el indicador de modo seguro 403 se configura para proporcionar una señal, tal como una indicación visual, comunicando a un operador de válvula que la válvula está o no operando en el modo seguro. La señal a partir del indicador de modo seguro 403 puede también comunicar que (1) la válvula se moverá a la posición cerrada a prueba de fallas en el caso de una pérdida de presión en el accionador, (2) la válvula ha sido accionada automáticamente en la posición abierta, y/o (3) el anulador mecánico no inhabilitará o interferirá con el mecanismo a prueba de fallas.

Como se ilustra en la figura 4, el anulador mecánico 400 se conecta al accionador 401 para proporcionar una operación manual para mover la compuerta corrediza 416 entre posiciones abierta y cerrada. El anulador mecánico 400 incluye una flecha superior 460, una palanca para rotación manual de la flecha superior 460, tal como un volante 500, un alojamiento 450 teniendo una perforación longitudinal a su través, un manguito de tracción 504 trabado de manera giratoria al alojamiento 450, y un cartucho de sello superior 550. El alojamiento 450 pasa a través de una apertura 452 en la cubierta 408 del accionador 401. Un soporte 454 formado por una porción del alojamiento 450 con un diámetro exterior incrementado proporciona un tope para colocar al alojamiento 450 en la apertura 452 de la cubierta 408. El alojamiento 450 puede sujetarse a la cubierta 408 por cualquier medio conocido, tal como una rosca o mediante soldadura.

El alojamiento 450 incluye una perforación superior 509, un hombro interior 511, una perforación superior 510, y una perforación inferior 512. El hombro interno 511 está dispuesto por debajo de la perforación superior 509, la perforación superior 510 se dispone por debajo del hombro interior 511, y la perforación superior 512 se dispone por debajo de la perforación superior 510. La perforación interior 512 tiene un diámetro interior mayor que la perforación superior 510. Un hombro ahusado 515 se localiza en la interfaz entre la perforación superior 510 y la perforación inferior 512.

El cartucho de sello superior 550 se dispone en la perforación superior 509 y puede removerse para reemplazo como una sola unidad sin desensamblar al accionador 401 o al anulador mecánico 400. El cartucho de sello superior 550 es de preferencia formado de un material similar a plástico tal como Delrin y se mantiene en su lugar por al menos un anillo retenedor 552 el cual de preferencia es acero inoxidable. El acceso al anillo retenedor 552 sin desensamble del accionador 401 permite la remoción del anillo retenedor 552 a partir de la parte superior del alojamien to 450, con ello permitiendo la remoción y el reemplazo del cartucho de sello superior 550. El cartucho de sello superior 550 contiene sellos de flecha superior reciprocantes duales 556 y sellos estáticos duales 558 para asegurar la integridad de sello y una larga vida. El cartucho de sello superior 550 incorpora un limpiador de varilla 554 para mantener una región de sellado de flecha por debajo del mismo limpia de tierra, grasa, y otros contaminantes para una vida más larga de los sellos de flecha superior 556. El limpiador de varilla 554 de preferencia se hace de Molythane 90. Estos y otros sellos pueden ser sellos en forma de T u otros sellos sustancialmente elastoméricos, tales como sellos de anillo en forma de 0.

La flecha superior 460 se extiende a través de la perforación longitudinal del alojamiento 450, el cartucho de sello superior 550, y el manguito de tracción 504. El diámetro interior del hombro interior 511 es mayor que el diámetro exterior de la flecha superior 460, pero más pequeño que el diámetro exterior del manguito de tracción 504. El hombro interior 511 permite el movimiento axial de la flecha superior 460 a su través mientras proporciona un tope posterior para el manguito de tracción 504. La flecha superior 460 puede también incluir un hombro configurado para vincular un hombro superior del manguito de tracción 504 para prevenir la remoción de la flecha superior 460 a partir del extremo superior del manguito de tracción 504.

El manguito de tracción 504 se dispone en el alojamien to 450 y es movible dentro de la perforación superior 510 y la perforación inferior 512. El manguito de tracción 504 incluye una perforación roscada 516 que corresponde con una rosca de tracción 514 sobre una superficie exterior de la flecha superior 460. En una forma de realización, la rosca de tracción 514 es una rosca Acme capaz de funcionar bajo cargas e incluye un número pequeño de roscas por pulgada, tal como cinco, de modo de disminuir el trabajo requerido para operar manualmente el accionador 401. La rosca de tracción 514 permite rotación no asistida de la flecha superior 460 con el volante 500. La vinculación roscada permite movimiento axial relativo entre la flecha superior 460 y el manguito de tracción 504 dentro del alojamiento 450. El diámetro exterior de la porción superior del manguito de tracción 504 es sustancialmente el mismo que el diámetro interior de la perforación superior 510 del alojamiento 450. Uno o más sellos 518, tales como anillos en forma de 0, son provistos en el diámetro exterior de la porción superior del manguito de tracción 504 para formar una vinculación sellada con la perforación superior 510 del alojamiento 450. Uno o más sellos 519, tales como anillos en forma de 0, son provistos en el diámetro interior de la porción superior del manguito de tracción 504 para formar una vinculación sellada con la flecha superior 460.

En una forma de realización, el extremo inferior del manguito de tracción 504 se configura para moverse axialmente con relación a la perforación inferior 512 del alojamiento 450 mientras está siendo trabado de manera giratoria con relación al alojamiento 450. Cualquier ensamblaje de traba giratorio conocido que prevenga la rotación del manguito de tracción 504 mientras permite que el manguito de tracción 504 (y la flecha superior 460) se muevan axialmente dentro del alojamiento 450 durante la operación automática del accionador 401 puede usarse. La figura 8 ilustra un nuevo ensamblaje de traba giratorio mediante mostrar una forma de realización de una sección transversal en la línea de sección 8-8 en la figura 4. La figura 8 ilustra el diámetro exterior del extremo inferior del manguito de tracción 504 teniendo una figura ovalada que corresponde con una figura ovalada del diámetro interior del alojamiento 450. Los diámetros de figura ovalada proporcionan una interferencia física que traba de manera giratoria al manguito de tracción 504 con el alojamiento 450 sin inhibir movimiento axial del manguito de tracción 504 con relación al alojamiento 450. El diámetro exterior del manguito de tracción 504 y la perforación del alojamiento 450 pueden formarse en varias maneras conocidas por los téenicos en la materia para prevenir el movimiento giratorio mientras permite el movimiento axial relativo. En una forma de realización, la porción inferior del manguito de tracción 504 puede tener una o más nervaduras que se extienden hacia una o más hendiduras longitudinales correspondientes formadas en la perforación inferior 512 del alojamiento 450 para permitir el movimiento axial relativo pero previenen el movimiento giratorio relativo. En una forma de realización, la porción inferior del manguito de tracción 504 puede alinearse con la perforación inferior 512 con un pasador que se extiende a través de las hendiduras longitudinales correspondientes en el manguito de tracción 504 y la perforación inferior 512.

Un ensamblaje de acoplamiento 458 previene la separa ción longitudinal entre una tuerca de retención 462 sujetada al miembro de operador 412 y la flecha superior 460 mientras aísla el movimiento giratorio de la flecha superior 460 del accionador 401 y la válvula de compuerta 402. El ensamblaje de acoplamiento 458 incluye un acoplador hembra 464 y cojinetes de bola 468. El extremo inferior de la flecha superior 460 gira alrededor del extremo superior de la tuerca de retención 462 y contra los cojinetes de bola 468. Un hombro inferior 472 sobre la flecha superior 460 se sujeta contra los cojinetes de bola 468, los cuales se colocan sobre el extremo superior de la tuerca de retención 462, por el acoplador hembra 464. El acoplador hembra 464 se conecta al extremo superior de la tuerca de retención 462 e incluyen un hombro superior que vincula al hombro inferior 472 de la flecha superior 460 para prevenir la separación de la flecha a partir de la tuerca de retención 462 y por ende el accionador 401 y la válvula de compuerta 402. La flecha superior 460 libremente gira con relación a la tuerca de retención 462 y elimina la transmisión de par de torsión al vástago de válvula 414, la compuerta corrediza 416, y/o los componentes del accionador 401 cuando se usa el anulador mecánico 400.

Formas de realización de la invención no requieren que el ensamblaje de acoplamiento conecte la flecha superior 460 con el miembro de operador 412. La flecha superior 460 del anulador mecánico 400 puede hacer contacto y aplicar fuerza directamente a una porción del accionador 401, tal como la tuerca de retención 462 o el miembro de operador 412, dependiendo del tipo de accionador usado. Por ejemplo, el extremo de la flecha superior 460 puede hacer contacto directamente con el extremo superior de la tuerca de retención 462. La tuerca de retención sólida 462 puede incluir un dispositivo de traba separado para prevenir que la tuerca de retención 462 sea desenroscada del miembro de operador 412 dado que la flecha superior 460 gira durante la operación manual del anulador mecánico 400. Alternativamente, otros medios de aislamiento de rotación conocidos pueden ser provistos para impedir la transferencia de la rotación de la flecha superior 460 a otros componentes dentro del accionador 401 y la válvula de compuerta 402.

Con referencia a la figura 6, una cámara 610 se forma dentro del alojamiento 450 entre el cartucho de sello superior 550 y el manguito de tracción 504. La cámara 610 se sella en un extremo superior por la vinculación entre el cartucho de sello superior 550, la perforación superior 509, y la flecha superior 560, y en un extremo inferior por la vinculación entre el manguito de tracción 504, la perforación superior 510, y la flecha superior 460. Comunicación de fluidos puede ser estableci da entre la cámara 610 y el accionador 401 cuando la flecha de tracción 504 se mueve hacia la perforación inferior 512, como se muestra en la figura 6. En particular, lo sellos 518 del manguito de tracción 504 se mueven a través del hombro ahusado 515 hacia la perforación inferior 512, con ello liberando la vinculación sellada con la perforación superior 510. Cuando el manguito de tracción 504 se localiza en la perforación inferior 512 y comunicación de fluidos se establece entre la cámara 610 y el accionador 401, la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro. Cuando la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro, la válvula puede moverse a la posición cerrada a prueba de fallas (mostrada en la figura 4) o la posición abierta a prueba de fallas (mostrada en la figura 12) por el mecanismo a prueba de fallas sin interferencia del anulador mecánico 400.

El indicador de modo seguro 403 comunica a un operador de válvula cuando la válvula está operando en el modo seguro. El indicador de modo seguro 403 incluye un dispositivo de indicación 600, tal como un sensor, que está conectado al alojamiento 450. El dispositivo de indicación 600 está en comunicación de fluido con la cámara 610 mediante un orificio 615 localizado a través del alojamiento 450. La presión en la cámara 610 puede usarse para accionar al dispositivo de indicación 600 para comunicar una señal al operador de válvula.

En una forma de realización, cuando la cámara 610 está a una primera presión, el dispositivo de indicación 600 puede comunicar una primera señal al operador de válvula para indicar que la válvula no está operando en el modo seguro. Cuando la cámara 610 está a una segunda presión que es diferente que la primera presión, el dispositivo de indicación 600 puede comunicar una segunda señal que es diferente que la primera señal al operador de válvula para indicar que la válvula está operando en el modo seguro. La presión en la cámara 610 puede ser la presión dirigida hacia el accionador 401 cuando comunicación de fluido se establece entre la cámara 610 y el accionador 401, como se muestra en la figura 6. La presión en la cámara 610 se comunica al dispositivo de indicación 600 a través del orificio 615 para accionar al dispositivo de indicación 600. En una forma de realización, las primera y/o segunda presiones pueden estar en un rango de alrededor de 0 psi a alrededor de 80 psi (0 a 551 kPa), 150 psi (1,034 kPa), o mayor. En una forma de realización, las primera y/o segunda señales pueden ser una indicación visual, tal como una luz coloreada o marcador, una indicación auditoria, y cualquier otro tipo de señal conocida por los téenicos en la materia.

En una forma de realización, el dispositivo de indicación 600 puede ser cualquier sensor comercial, tal como un sensor de presión, que puede usarse para indicar un cambio de presión en la cámara 610. En una forma de realización, el dispositivo de indicación 600 puede ser un indicador Rotowink, comercialmente disponible a través de Norgen Ltd. El indicador Rotowink es un dispositivo cargado por resorte accionado por presión de aire para uso en monitorización visual de circuitos neumáticos o fluidos. El dispositivo usa dos colores contrastantes (v.gr., negro, rojo, amarillo, verde) en una bola giratoria que puede ser observada desde cualquier ángulo para indicar la presencia o ausencia de presión.

La operación de la invención ilustrada en las figuras 4, 5, 6, 7 y 12 será descrita ahora. La figura 4 ilustra la válvula de compuerta 402 en la posición cerrada a prueba de fallas. El resorte 418 proporciona una fuerza configurada para instar el vástago de válvula 414, el miembro de operador 412, la flecha superior 460, y el manguito de tracción 504 en una dirección_ hacia arriba, con ello posicionando la compuerta corrediza 416 en la posición abierta. El asentamiento de la compuerta corrediza 416 en la posición abierta limita el movimiento axial hacia arriba de la flecha superior 460 y el manguito de tracción 504. El anulador mecánico 400 está en una posición no accionada y no interfiere con el cierre de la válvula de compuerta 402. La fuerza sobre el resorte 418 eleva la flecha superior 460 a una posición extendida, proporcionando una indicación visual de que la válvula de compuerta 402 está en la posición abierta. El indicador de modo seguro 403 puede propor cionar una primera indicación visual de que la válvula de compuerta 402 no está accionada automáticamente hacia el modo seguro de operación y/o la cámara 610 no está presurizada o ha experimentado un cambio de presión.

La figura 5 ilustra la válvula de compuerta 402 en una posición abierta después de una operación manual del accionador 401 usando el anulador mecánico 400. Para mover la compuerta corrediza 416 a la posición abierta usando el anulador mecánico 400, el operador de válvula manualmente gira el volante 500 para proporcionar rotación a la flecha superior 460. La rotación del volante 500 gira la flecha superior 460 para avanzar la flecha superior 460 a través del manguito de tracción 504 a través de la longitud de la rosca de tracción 514. Conforme la flecha superior 460 gira, la flecha superior 460 avanza a través del manguito de tracción 504 hasta que la porción superior de la rosca de tracción 514 se localiza en la porción inferior de la perforación roscada 516 del manguito de tracción 504. Durante la operación manual, el hombro inferior 511 proporciona el tope posterior que impide que el manguito de tracción 504 se mueva con relación al alojamiento 450. La rotación manual del volante 500 avanza mecánicamente la flecha superior 460 a través del alojamiento 450 para ya sea directa o indirectamente mover de manera axial el vástago de válvula 414 para colocar la válvula de compuerta 402 en la posición abierta. La flecha superior 460 es impulsada mecánicamente contra la fuerza que insta del resorte 418, con ello comprimiendo el resorte 418. La flecha superior 460 baja durante la operación manual a una posición retraída y proporcio nar una indicación visual de que la válvula de compuerta 402 está en la posición abierta. El operador de válvula también puede revisar el indicador de modo seguro 403 para determinar si la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro. La presión en la cámara 610 no debe haber cambiado significativamen- te entre la operación de la válvula de compuerta 402 a partir de la posición cerrada a prueba de fallas, mostrada en la figura 4, a la posición abierta por operación manual, mostrada en la figura 5. Por ende, el indicador de modo seguro 403 comunica la misma primera indicación visual al operador de válvula, el cual no ha cambiado por la operación mecánica de la válvula de compuerta 402. El indicador de modo seguro 403 puede por lo tanto indicar que la válvula de compuerta 402 no está operando en el modo seguro, no ha sido accionada automáticamente, ha sido accionada (por lo menos de manera parcial) usando el anulador mecánico 400, y/o puede ser impedida de moverse hacia la posición cerrada a prueba de fallas o la posición abierta a prueba de fallas.

La figura 6 ilustra la válvula de compuerta 402 en la posición abierta después de una operación automática del accionador 401. Se dirige presión hacia la cámara 406 del accionador 401 para superar la fuerza del resorte 418 y avanzar la flecha superior 460, el manguito de tracción 504, el miembro de operador 412, y el vastago de válvula 414 en una dirección hacia abajo para posicionar la compuerta corrediza 416 hacia la posición abierta. La flecha superior 460 y el manguito de tracción 504 se mueven juntos axialmente dentro de la perforación del alojamiento 450 hasta que los sellos 518 en el manguito de tracción 504 se mueven a través del hombro ahusado 515 y hacia la perforación inferior 512. Comunicación de fluidos se establece entre la cámara 610 y la cámara 406. La presión en la cámara 406 se comunica al dispositivo de indicación 600 mediante el orificio 615, con ello accionando el dispositivo de indicación 600. El cambio de presión en la cámara 610 acciona el indicador de modo seguro 403 para comunicar una segunda indicación visual que es diferente que la primera indicación visual. Dado que la flecha superior 460 también baja durante la operación automática a la posición retraída y proporciona una indicación visual de que la válvula de compuerta 402 está en la posición abierta, el operador de válvula puede usar al indicador de modo seguro 403 para determinar si la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro. La segunda indicación visual puede por lo tanto indicar que la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro, no ha sido accionada mecánicamente, ha sido accionada mecánicamente, y/o se moverá hacia la posición cerrada a prueba de fallas o la posición abierta a prueba de fallas al ocurrir la liberación de presión en el accionador 401. Cuando opera en el modo seguro, el extremo superior del manguito de tracción 504 se localiza por lo menos a una distancia X a partir del hombro interior 511 del alojamiento 450. En esta posición, el control manual mecánico 400 no inhabilitará ni interferirá con el mecanismo seguro a prueba de fallas. Cuando la presión en el accionador 401 se libera, el manguito de tracción 504 se localiza a una distancia suficiente del hombro interior 511 tal que no limite movimiento axial hacia arriba de la flecha superior 460 y por ende el vástago de válvula 414 y la compuerta corrediza 416.

En esta manera, la compuerta corrediza 416 puede moverse hacia la posición cerrada a prueba de fallas o la posición abierta a prueba de fallas.

La figura 7 ilustra la válvula de compuerta 402 en una posición abierta después de una operación automática del accionador 401 y una operación parcial del anulador mecánico 400. Antes y/o después de accionamiento automático de la válvula de compuerta 402, el anulador mecánico 400 puede ser accionado por lo menos parcialmente, de manera inadvertida o de otra manera. Si el volante 500 ha sido girado una o más veces, la flecha superior 460 y el manguito de tracción 504 se moverán entre sí en una posición desfasada ilustrada en la figura 7. Cuando está en la posición desfasada y si la válvula es accionada automáticamente, entonces el extremo superior del manguito de tracción 504 será posicionado a una distancia Y del hombro interior 511, lo cual impediría que la válvula de compuerta 402 se moviera a la posición cerrada a prueba de fallas o la posición abierta a prueba de fallas. En una forma de realización, la distancia Y puede ser cualquier distancia que sea menor que la distancia X identificada en la figura 6. Cuando la presión en el accionador 401 se libera, el extremo superior del manguito de tracción 504 toparía hacia atrás sobre el hombro interior 511 antes de que la compuerta corrediza 416 se cierre, y limita el movimiento axial hacia arriba necesario para mover la compuerta corrediza 416 hacia la posición cerrada a prueba de fallas o la posición abierta a prueba de fallas. Dependiendo de la cantidad de desfasamiento entre el manguito de tracción 504 y la flecha superior 460, la compuerta corrediza 416 puede localizarse en una posición parcialmente abierta/cerrada.También, cuando la válvula de compuerta 402 es accionada automáticamente y el manguito de tracción 504 se localiza a la distancia Y del hombro interior 511, la cámara 610 permanece aislada de comunicación de fluidos con la cámara 406 por los sellos 518 y 519. Cualquier ligero accionamiento del anulador mecánico 400 puede desfasar a la flecha superior 460 y el manguito de tracción 504 suficientemente para impedir que los sellos 518 se muevan a través del hombro ahusado 515 durante el accionamiento automático.

Dado que la flecha superior 460 puede aún indicar visualmente que la válvula 402 está en la posición abierta en la figura 7, el operador de válvula también puede revisar el indicador de modo seguro 403 para determinar si la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro. La presión en la cámara 610 no deberá haber cambiado significativamente dado que está aislada de la cámara 406 por los sellos 518 y 519. Por ende, el indicador de modo seguro 403 comunica la misma primera indicación visual al operador de válvula, el cual no ha cambiado por el accionamiento automático de la válvula de compuerta 402. El indicador de modo seguro 403 puede por lo tanto indicar que la válvula de compuerta 402 no está operando en el modo seguro, ha sido accionada (por lo menos parcialmente) usando el anulador mecánico 400, y/o puede ser impedida de moverse hacia la posición cerrada a prueba de fallas. Cuando el accionador 401 es presuri-zado, el operador de válvula puede girar el volante 500 para avanzar el manguito de tracción 504 hacia la perforación inferior 512 hasta que la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro. El operador de válvula puede girar el volante 500 hasta que el indicador de modo seguro 403 cambie a partir de la primera indicación visual a la segunda indicación visual, v.gr., cuando comunicación de fluidos se establece entre la cámara 406 y la cámara 610, para asegurar que la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro.Alternativamente, el operador de válvula puede liberar la presión en el accionador 401 para permitir que el manguito de tracción 504 tope hacia atrás contra el hombro interior 511, y luego girar el volante 500 para mover el anulador mecánico 400 hacia la posición no accionada tal que la flecha superior 460 y el manguito de tracción 504 no estén en una posición desfasada, como se describió anteriormente. El accionador 401 puede ser re-accionado automáticamente tal que el indicador de modo seguro 403 indique que la válvula esté operando en el modo seguro.

La figura 9 ilustra la válvula de compuerta 402 en una posición abierta después de una operación automática del accionador 401 de acuerdo con una forma de realización. La válvula de compuerta 402, el accionador 401, y el anulador mecánico 400 ilustrado en la figura 9 pueden incluir cada uno las formas de realización descritas anteriormente con respecto a las figuras 4-8. La figura 9 además ilustra una perforación 462 dispuesta a través de la flecha superior 460, una válvula antiretorno 464 dispuesta en un extremo inferior de la flecha superior 460 y en comunicación con la perforación 462, y un miembro de retención 466 acoplado a la flecha superior 460 para soportar la válvula anti-retorno 464 en el extremo inferior de la flecha superior 460. En una forma de realización, la perforación 462 puede estar dispuesta a través de la flecha superior 460 en cualquier manera conocida por un téenico en la materia para permitir comunicación de fluidos entre la cámara 610 y la cámara 406. En una forma de realización, la válvula anti-retorno 464 puede ser cualquier tipo de válvula conocida por un técnico en la materia, tal como una válvula de una vía, que sea capaz de operar para controlar el flujo de fluido a través de la perforación 462 en cualquier dirección. En una forma de realización, el miembro de retención 466 puede ser cualquier tipo de miembro conocido por los técnicos en la materia, tal como un anillo de retención, que sea capaz de operar para mantener la válvula anti-retorno 462 en vinculación con la flecha superior 460 y/o la perforación 462. La flecha superior 460 ilustrada en la figura 9 puede usarse en cualquiera de las formas de realización descritas con respecto a las figuras 4-8.

En la operación, la perforación 462 puede ser configu rada para aliviar cualquier presión de fluidos que se localiza en la cámara 610, lo cual puede ocasionar un cierre de presión e impedir que el mecanismo a prueba de fallas cierre la válvula de compuerta 402. Por ejemplo, cuando la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro como se ilustra en la figura 9, la cámara 610 está en comunicación de fluidos con la cámara 406 del accionador 401 y se llena con fluido presurizado. Conforme la presión en la cámara 406 se reduce, el resorte 418 comienza a mover la válvula de compuerta 402 hacia la posición cerrada, como se ilustra en la figura 4, y la cámara 610 se sella al ocurrir la vinculación de los sellos 518 con la superficie interior de la perforación superior 510. Cualquier fluido que pueda ser retenido en la cámara 610 es aliviado a través de la perforación 462 hacia la cámara 460. En una forma de realización, el fluido puede ser forzado a través de la perforación 462 y la válvula anti-retorno 464 bajo su propia presión y/o como se presuriza conforme el volumen de la cámara 610 se reduce por el movimiento del manguito de tracción 504 hacia el hombro 511 mediante el resorte 418. La válvula anti-retorno 464 puede permitir que fluido fluya a partir del extremo superior de la flecha superior 460, a través de la perforación 462 y hacia la cámara 406, e impedir que fluido fluya hacia la perforación 462 y por ende hacia la cámara 610 a partir del extremo inferior de la flecha superior 460. En una forma de realización, la flecha superior 460 puede incluir una o más compuertas 468 localizadas adyacentes a la salida de la válvula anti-retorno 464 para ayudar con ventilación de presión de fluido hacia la cámara 406. En una forma de realización, uno o más sellos 519 pueden situarse entre la flecha superior 460 y el miembro de tracción 504 para impedir que cualquier trayectoria de fuga no pretendida comunique fluidos a la perforación 462 durante la operación de la válvula de compuerta 402.

En una forma de realización, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 descritos en la presente con respecto a las figuras 1-3 y 13 pueden usarse en combinación con el anulador mecánico 400, el accionador 401, la válvula de compuerta 402, y/o el indicador de modo seguro 403, como se describe en la presente con respecto a las figuras 4-9. En una forma de realización, el transductor de presión 280 ilustrado en la figura 2 puede conectarse al alojamiento 450, similar al dispositivo de indicación 600 ilustrado en las figuras 6, 7, y 9. El transductor de presión 280 puede ser capaz de operar para medir la presión en la cámara 610 mediante el orificio 615 y enviar una señal al ensamblaje de controlador 220 correspondiente a la presión medida. El ensamblaje de controlador 220 puede entonces enviar una señal al sistema de computador 150 mediante telemetría cableada o inalámbrica para la monitorización y el despliegue de la presión medida en tiempo real. En esta manera, los sistemas de control de ESD 200, 300, 700 pueden usarse para monitorizar y verificar de manera remota si la válvula de compuerta 402 está operando en el modo seguro, como se describió anteriormente.

Las figuras 10A-10H y 11-11D ilustran un ensamblaje de válvula 1000 de acuerdo con una forma de realización. Las figuras 10A-10H ilustran una vista en perspectiva superior, una vista lateral izquierda, una vista en perspectiva inferior, una vista frontal, una vista superior, una vista lateral derecha, una vista inferior, y una vista trasera, respectivamente, del ensamblaje de válvula 1000. La figura 11 ilustra una vista superior del ensamblaje de válvula 1000, y las figuras 11A-11D ilustran vistas en sección transversal A-A, B-B, C-C, y D-D, respectivamente, del ensamblaje de válvula 1000. El ensamblaje de válvula 1000 puede usarse como el ensamblaje de válvula 260 descrito anteriormente. El ensamblaje de válvula 1000 incluye una primera porción de cuerpo 1010, una segunda porción de cuerpo 1015, un primer asiento 1020, y un segundo asiento 1030. Las primera y segunda porciones de cuerpo 1010, 1015 pueden formarse a partir de una sola pieza de material, o pueden incluir dos piezas separadas de material que se conectan juntas. Los primer y/o segundo asientos 1020, 1030 pueden sujetarse de manera removible a la primera porción de cuerpo 1010 para obtener acceso a una compuerta 1055 que se dispone de manera movible en la primera porción de cuerpo 1010 para controlar comunicación de fluidos a su través. Las primera y segunda porciones de cuerpo 1010, 1015 pueden propor cionarse con uno o mas agujeros de montaje 1011, 1012, 1013 para sujetar al ensamblaje de válvula 1000 dentro del alojamiento 210 y/o a uno o mas componentes de los sistemas de control de ESD 200, 300. La primera porción de cuerpo 1010 puede incluir una primera entrada de fluido 1040 para recibir fluido a partir del ensamblaje de bomba 240. La primera entrada de fluido 1040 puede incluir una trayectoria de fluido 1041 dispuesta a través de la primera porción de cuerpo 1010 a partir de un primer extremo a un segundo extremo, adyacente al primer asiento 1020. Segundas y tercera entradas de fluido 1042, 1045 (la tercera entrada de fluido 1045 estando dispuesta a través del primer asiento 1020) pueden opcionalmente proporcionarse para recibir fluido a partir del ensamblaje de bomba 240. Como se ilustra, las segunda y tercera entradas de fluido 1042, 1045 opcionales se tapan con uno o mas miembros de sellado, pero incluyen trayectorias de fluido que están en comunicación con la trayectoria de fluido 1041 de la primera entrada de fluido 1040. La primera porción de cuerpo 1010 puede también incluir una primera salida de fluido 1050 para dirigir fluido al accionador de las válvulas de seguridad superficial y/o sub-superficial 120, 130 para accionar las válvulas. La primera salida de fluido 1050 también puede incluir una trayectoria de fluido 1051 dispuesta a través de la primera porción de cuerpo 1010 a partir de un primer extremo a un segundo extremo, adyacente al segundo asiento 1030.La primera porción de cuerpo 1010 puede además incluir una trayectoria de fluido 1052 que se extiende a partir del primer asiento 1020 al segundo asiento 1030 para proporcionar comunicación de fluido entre la primera entrada de fluido 1040 y la primera salida de fluido 1050. La compuerta 1055 puede disponerse en la trayectoria de fluido 1052 entre los primer y segundo asientos 1020, 1030 para controlar comunicación de fluidos entre la primera entrada de fluido 1040, la primera salida de fluido 1050, y una primera salida de alivio 1060 del segundo asiento 1030 como se describe mas adelante. Uno o mas agujeros de maquinado 1051, 1052 (ilustrados como estando tapados) pueden formare en la primera porción de cuerpo 1010 para formar las trayectorias de fluido dispuestas a través del cuerpo, como se describe en la presente.

Durante operación, fluido puede fluir a través de por lo menos una de las entradas de fluido 1040, 1042, 1045 mas allá de la compuerta 1055 que se dispone dentro de la trayectoria de fluido 1052 de la primera porción de cuerpo 1010 entre los primer y segundo asientos 1020, 1030, y luego a través de la salida de fluido 1050. Aunque fluido está fluyendo a través del ensamblaje de válvula 1000 a los accionadores de las válvulas 120 y/o 130, la presión en la primera porción de cuerpo 1010 forza a la compuerta 1055 para sellar comunicación con la primera salida de alivio 1060. La primera salida de alivio 1060 proporciona comunicación de fluido al depósito de fluido 250, para descargar al fluido en la primera porción de cuerpo 1010 y los accionadores de válvula cuando se desea durante operación. Una segunda salida de alivio 1070 puede también proporcionarse para liberar rápidamente fluido a partir de la primera porción de cuerpo 1010 y los accionadores de válvula. La segunda salida de alivio 1070 puede incluir una trayectoria de fluido 1071 que hace intersec- ción con la trayectoria de fluido 1041 de la primera entrada de fluido 1040, pero que incluye una válvula de alivio en línea para liberar fluido a partir de las trayectorias de fluido al depósito de fluido 250 en el caso de que la presión en la primera porción de cuerpo 1010 excede una presión predeterminada. Una compuerta de interruptor de presión 1019 puede disponerse a través de la primera porción de cuerpo 1010 que hace intersección con la trayectoria de fluido 1051 de la primera salida de fluido 1050. La compuerta de interruptor de presión 1019 puede usarse como medios para comunicar la presión en la primera porción de cuerpo 1010 a uno o mas sensores/transductores que están en comunicación con los sistemas de control de ESD 200, 300 y/o los ensamblajes de controlador 220, 320. Usando la presión medida por los sensores/transductores mediante la compuerta de interruptor de presión 1019, los ensamblajes de controlador 220, 320 pueden controlar selectivamente,v.gr., encender y apagar, los ensambla jes de bomba 240, 340 para accionar las válvulas 120, 130, como se describe en la presente.

La segunda porción de cuerpo 1015 puede incluir una salida de control de fluido 1090 que dirige flujo a partir de la trayectoria de fluido 1041 de la primera entrada de fluido 1040 mediante una trayectoria de fluido 1091 a un ensamblaje de válvula de control, tal como un ensamblaje de válvula de solenoide. El ensamblaje de válvula de solenoide también puede estar en comunicación con los ensamblajes de controlador 220, 320 para controlar operación (v.gr., abrir y cerrar) del ensamblaje de válvula 100 para con ello controlar el accionamiento de las válvulas 120, 130 según se desee. La segunda porción de cuerpo 1015 puede además incluir una segunda salida de control de fluido 1080 para liberar fluido a partir de las trayectorias de fluido en la segunda porción de cuerpo 1015 mediante una trayectoria de fluido 1081 y el ensamblaje de válvula de control al depósito de fluido 250. Cuando el ensamblaje de válvula de control es accionado para descargar presión de fluido al depósito de fluido 250, la liberación de presión en la trayectoria de fluido 1041 de la primera entrada de fluido 1040 y la retro-presión en la trayectoria de fluido 1051 de la primera salida de fluido 1050 puede mover la compuerta 1055 a una posición dentro de la primera porción de cuerpo 1010 donde el fluido en la primera porción de cuerpo 1010 y los accionadores de válvula se libera rápidamente al depósito de fluido 250 mediante la primera salida de alivio 1060, la segunda salida de alivio 1070, y/o la segunda salida de control de fluido 1080. En esta manera, el ensamblaje de válvula 1000 puede usarse selectivamente para suministrar y mantener fluido en uno o mas accionadores de válvula de las válvulas 120, 130, y para selectivamente liberar y descargar fluido a partir de los accionadores de válvula al depósito de fluido 250.

La figura 13 ilustra el sistema de control de ESD 700 de acuerdo con una forma de realización, las formas de realización del sistema de control de ESD 700 descritas en la presente puede ser aplicables al sistema de control de ESD 300. Por conveniencia, los componentes en el sistema de control de ESD 700 que son similares a los componentes en el sistema de control de ESD serán etiquetados con el mismo indicador numérico. El sistema de control de ESD 200 puede incluir el alojamiento 730 para soportar el ensamblaje de controlador 220, la fuente de potencia 230, un ensamblaje de compresor (o impulso de fluidos) 740, una válvula anti-retorno 715, un interruptor de presión 710, un ensamblaje de filtro/secador 705, y el ensamblaje de panel solar 270. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 y/o cualquiera de los demás componentes pueden estar dispuestos externos a y/o adyacentes al alojamiento 730.

El sistema de control de ESD 700 puede ser "auto-contenido" o una "unidad individual", lo que significa que el sistema de control de ESD 700 no depende de ninguna fuente neumática, hidráulica, o eléctrica externa para su operación para cerrar el pozo de petróleo/gas. En otras palabras, la fuente de potencia 230, el ensamblaje de compresor 740 y otros componentes están dentro del alojamiento 730 y de esta manera la unidad de control de ESD 700 es una unidad portátil integral. Por ejemplo, si hay una ruptura de una línea de flujo de producción corriente abajo de la válvula de seguridad superficial 120, y/o si hay una pérdida de presión de pozo en la válvula de seguridad subsuperficial 130, el sistema de control de ESD 700 es capaz de operar para cerrar de manera efectiva las válvulas de seguridad 120, 130, con ello cerrando el pozo de petróleo/gas, y alertar al personal apropiado que ha ocurrido un cierre sin la ayuda de ninguna fuente de potencia externa adicional, tal como compresores o motores externos.

El sistema de control de ESD 700 puede también incluir uno o más transductores/dispositivos 280, 282, 284, 286 y 288 para monitorizar y/o medir una o más propiedades físicas, como se describe en la presente. El sistema de control de ESD 700 puede ser configurado para controlar una o más válvulas, tales como válvulas de control de flujo o válvulas de estrangulamiento, que están en comunicación con las líneas de flujo de las válvulas 120, 130 para controlar el flujo de fluido a través del sistema de control de cabeza de pozo 100. El sistema de control de ESD 700 puede también incluir una válvula de vaciado rápido 725 en la línea 211. La válvula de vaciado rápido 725 es una válvula manual que está configurada para descargar fluido neumático a un área fuera del alojamiento 730. De manera adicional, la válvula anti-retorno 715 puede estar ubicada en la línea 211. La válvula anti-retorno 715 es una válvula que permite el flujo de fluido en una dirección, desde el ensamblaje de compresor 744 a la válvula 120, y restringe el flujo de fluido en la dirección opuesta.

El alojamiento 730 puede incluir cualquier miembro de soporte estructural, tal como un recipiente a prueba de explosio nes, para proteger los componentes ahí almacenados contra daños y elementos ambientales. La ventilación apropiada del alojamien- to 730 puede ser provista mediante agujeros de ventilación y/o un ventilador solar impulsado, independiente montado en o a través del alojamiento 730. El alojamiento 730 puede además incluir una panel de acceso o puerta para facilidad de acceso al interior del alojamiento, y puede configurarse para unión al árbol 110 o la válvula de seguridad superficial y sub-superficial 120, 130 respectiva. En una forma de realización, los componentes estructurales del sistema de control de ESD 700, en la medida de lo posible, pueden hacerse de acero inoxidable. El ensamblaje de controlador 220 puede ser dispuesto en el alojamiento 730 y puede incluir una unidad de microprocesador 222, una pantalla 224 y un teclado 226. En una forma de realización, el ensamblaje de controlador 220 puede ser a prueba de intemperie, y puede ser intrínsecamente seguro para proveer potencia como sea necesario a uno o más componentes del sistema de control de ESD 700. La unidad de microprocesador 222 puede incluir un controlador lógico programable, incluyendo un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) que está en comunicación con los uno o más transductores/dispositivos 280, 282, 284, 286 y 288, así como el ensamblaje de compresor 740 y los ensamblajes de válvula 710, 720.

En una forma de realización, el ensamblaje de compresor 740 puede incluir un motor intrínsecamente seguro 742 y un compresor 744, que pueden estar ubicados, cada uno, en el alojamiento a prueba de explosiones 730. Como se señala en la presente, el ensamblaje de compresor 740 puede suministrar fluido neumático desde un lugar fuera del alojamiento 730 para accionar la válvula de seguridad 120, 130 a la cual está conectado. El fluido neumático puede ser fluido ambiental, tal como aire, fuera del alojamiento 730. En una forma de realización, el ensamblaje de compresor 740 puede tener múltiples compresores y/o motores en paralelo.

En una forma de realización, el fluido neumático puede ser suministrado desde un depósito 735 opcional ubicado fuera del alojamiento 730. El depósito 735 puede estar conectado al ensamblaje de filtro/secador 705 para suministrar fluido al ensamblaje de compresor 740. El depósito puede también estar conectado al ensamblaje de válvula 720 y/o la válvula 725 para recibir el fluido descargado del sistema. El depósito 735 puede incluir un medidor de nivel, tal como un vidrio de mira, para indicar el nivel de fluido en el depósito 735. El depósito 735 puede también incluir un sensor de nivel que está en comunicación con el ensamblaje de controlador 220 y es capaz de operar para monitorizar en tiempo real el nivel de fluido en el depósito 735. En caso que el nivel de fluido caiga debajo de un límite predeterminado (v.gr., un límite preestablecido), debido a la evaporación del fluido, por ejemplo, el sensor de nivel puede proveer una alarma para alertar a un operador en el sitio en el sistema de control de cabeza de pozo 100 y/o en la ubicación remota vía el ensamblaje de controlador 220 y el sistema de computador 150. El ensamblaje de controlador 220 puede cerrar automáticamente el sistema de control de cabeza de pozo 100 al recibir una señal del sensor de nivel.

Como se señala en la presente, la señal del transductor de presión 280 puede ser registrada y/o comunicada al sistema de computador 150 vía el ensamblaje de controlador 220 para proveer monitorización en tiempo real de la presión en la línea de flujo 135. La presión medida puede ser desplegada en la pantalla 224 y/o en una pantalla del sistema de computador 150. En respuesta a la comparación de la presión medida con una o más condiciones predeterminadas, el ensamblaje de controlador 220 puede ser configurado para operar la válvula de seguridad 120, 130 respectiva a la que está conectado. Por ejemplo, el ensamblaje de controlador 220 puede ser usado para indicar el ensamblaje de compresor 740 suministrar fluido neumático, tal como aire ambiental, a la válvula de seguridad superficial 120 para abrir la válvula. Al recibir la señal del ensamblaje de controlador 220, el ensamblaje de válvula 720 puede ser configurado para abrir un circuito definido por las líneas 211, 215 entre la válvula de seguridad superficial 120 y el ensamblaje de filtro/ secador 705 para permitir que el ensamblaje de compresor 740 indique al fluido que entra en ensamblaje de filtro/secador 705 hacia la válvula de seguridad superficial 120, con ello abriendo la válvula de seguridad superficial 120. La válvula de seguridad superficial 120 puede ser mantenida en la posición abierta mientras el transductor de presión 280 monitoriza de manera continua la presión en la línea de flujo 135. El ensamblaje de controlador 220 puede ser programado para cerrar la válvula de seguridad superficial 120 al recibir una señal del transductor de presión 280 que corresponde a una medición de presión que es mayor o menor que un rango de presión preestablecido. El rango de presión preestablecido puede ser ingresado en el ensamblaje de controlador 220 mediante captura manual usando el teclado 226 y la pantalla 224. El rango de presión preestablecido puede también ser ingresado en el ensamblaje de controlador 220 de manera remota desde el sistema de computador 150. Cuando la señal es recibida del transductor de presión 280 de que la presión en la línea de flujo 135 cae fuera del rango de presión preestablecido almacenado en la unidad de microprocesador 222, el ensamblaje de controlador 220 puede indicar automáticamente al ensamblaje de compresor 740 dejar de suministrar fluido presuri-zado a la válvula de seguridad superficial 120 y/o permitir al ensamblaje de válvula 720 descargar el fluido neumático, con ello cerrando la válvula de seguridad superficial 120. Puede usarse monitorización continua en tiempo real de la presión en la línea de flujo 135 para verificar que la válvula de seguridad superfi cial 120 haya sido cerrada.

Puede proveerse potencia al ensamblaje de controlador 220 y el ensamblaje de compresor 740 a partir de la fuente de potencia 230. La fuente de potencia 230 puede ser capaz de operar para proveer una corriente de baja corriente (amperios) al ensamblaje de controlador 220 y/o el ensamblaje de compresor 740. El ensamblaje de controlador 220 está configurado para controlar el interruptor de presión 710, el cual puede ser inspeccionado de manera visual para monitorizar la presión en la línea 211. En una forma de realización, el interruptor de presión 710 puede ser configurado para apagar el ensamblaje de compresor 740 cuando la presión en el accionador de las válvulas de seguridad 120, 130 alcanza una lectura de presión predeterminada.

La figura 14 ilustra un sistema de control de pozo 800 en un sitio de pozo para conducir una operación de perforación de pozo, tal como una operación de fractura. El sistema de control de pozo 800 puede ser configurado con uno más de los sistemas de control 200, 300 y 700 descritos en la presente. El sistema de control de pozo 800 incluye una fuente de fluido 810, tal como un depósito o tanque, o un vehículo que comprende un tanque de almacenamiento para almacenar fluido. Una bomba 820, u otro ensamblaje de impulso de fluido, es provista para bombear fluido desde la fuente de fluido 810 a un pozo. En particular, el fluido de la fuente de fluido 810 es bombeado a través de la línea de flujo o de fluido 811 a un múltiple 830, el cual dirige el fluido presurizado a uno o más cabezales de pozo 840, 841, 842, 843 vía las líneas de fluido 831, 832, 833, 834, respectiva mente. Como se ilustra, el cabezal de pozo 840 puede controlar el flujo de fluido presurizado hacia un pozo 850 que forma una intersección con una formación 860 para conducir una operación de fractura, como se conoce convencionalmente en la materia.

Una línea de fluido 812 está en comunicación de fluidos con la línea de fluido 811 en un lugar corriente abajo de la bomba 820. La línea de fluido 812 puede también estar en comunicación de fluidos con la fuente de fluido 810 o con cualquiera otro ensamblaje tipo depósito de fluidos. La válvula de seguridad 120 está en línea con la línea de fluido 812 para controlar el flujo de fluido desde la línea de fluido 811 a la fuente de fluido 810. La válvula de seguridad 120 puede estar configurada como una válvula de alivio abierta a prueba de fallas o una válvula de seguridad cerrada a prueba de fallas, y es capaz de operar usando uno o más de los sistemas de control 200, 300, 700. La válvula de seguridad 120 es capaz de operar usando un fluido de trabajo neumático/hidráulico, que puede ser suministra do desde un depósito de fluidos interno o externo a los sistemas de control 200, 300, 700 (como se describe en la presente) y/o desde la fuente e fluidos 812 directamente o vía una de las líneas de fluido. El transductor 280, tal como un transductor de presión, mide la presión en la línea de fluido 812 y comunica la característica medida a los ensamblajes de controlador de los sistemas de control 200, 300, 700, los cuales comparan la característica medida con una o más condiciones predeterminadas. El sistema de computador 150 permite monitorización, control y operación remotos de la válvula de seguridad 120 usando los sistemas de control 200, 300, 700 descritos en la presente.

En una forma de realización, pueden proveerse una o más líneas de fluido 812 para comunicación de fluidos entre las líneas de fluido 811, 831, 832, 833, 834 (incluyendo el múltiple y/o los cabezales de pozo) y la fuente de fluido 810 u otro depósito de fluidos. En una forma de realización, una o más válvulas de seguridad 120 y/o sistemas de control 200, 300, 700 pueden proveerse en línea con una o más de las líneas de fluido 811, 831, 832, 833, 834 (incluyendo el múltiple y/o los cabezales de pozo). En una forma de realización, uno o más transductores 280 pueden ser provistos para medir propiedades físicas (v.gr., presión, temperatura, tasa de flujo, volumen de flujo, etc.) de una o más de las líneas de fluido 811, 831, 832, 833, 834 (incluyendo el múltiple y/o los cabezales de pozo).

En operación, la bomba 820 puede ser accionada para bombear fluido desde la fuente de fluidos 810 al múltiple 830 vía la línea de fluido 811. La válvula de seguridad 120 puede ser accionada hacia una posición cerrada usando un fluido de trabajo, como se indica por los sistemas de control 200, 300, 700 para impedir o restringir sustancialmente el flujo de fluido a través de la línea de fluido 812. El fluido presurizado puede por tanto dirigirse desde el múltiple 830 a los cabezales de pozo 840, 841, 842, 843 vía las líneas de fluido 831, 832, 833, 834 para conducir una operación de fractura, tal como en la formación de pozo 860. La válvula de seguridad 120 puede ser monitorizada de manera continua en forma remota usando el sistema de computador 150. El transductor 280 puede también monitorizar y medir propiedades físicas continuamente, tales como la presión de fluidos en la línea de fluido 811, y comunicar las propiedades físicas medidas al sistema de control 200, 300, 700 para comparar con una o más condiciones predeterminadas. En caso que la presión en la línea de fluido 811 exceda una condición predeter minada (como se programa en el ensamblaje de controlador del sistema de control), el sistema de control es capaz de operar para liberar el fluido de trabajo que mantiene la válvula de seguridad 120 en la posición cerrada, y la válvula de seguridad 120 es capaz de operar para moverse automáticamente hacia la posición abierta (tal como mediante el resorte 418 u otro miembro que inste) para aliviar la presión en la línea de fluido 811 y descargar el fluido presurizado de regreso hacia la fuente de fluidos 810 u otro depósito vía la línea de fluido 812. El sistema de control de pozo 800 por tanto es capaz de operar para impedir la sobre-presurización u otras condiciones de las líneas de fluido 811, 831, 832, 833, 834 (incluyendo el múltiple y/o los cabezales de pozo) que pueden llevar a una falla.

Después de cualesquiera operaciones para remediar necesarias para eliminar cualquier restricción al flujo hacia los cabezales de pozo, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser capaz de operar para accionar la válvula de seguridad 120 hacia la posición cerrada para continuar con una o más operaciones de perforación de pozo. Las ventajas del sistema de control de pozo 800 incluyen la capacidad para aliviar el alto volumen de fluidos, el flujo elevado, y la presión elevada, de manera rápida, eficiente y repetida para impedir la falla del sistema de perforación de pozo. Ventajas adicionales incluyen la capacidad para monitorizar y controlar el sistema 800 de manera remota.

En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado para accionar la válvula de seguridad 120 en una condición predeterminada, tal como una presión fija, la cual está por debajo de la presión de trabajo nominal de uno o más de las líneas de fluido, múltiples, y/o cabezales de pozo. En caso que la presión en las líneas de fluido alcance o exceda la presión fija predeterminada (como se mide por el transductor 280), el sistema de control 200, 300, 700 accionará la válvula de seguridad 120 hacia la posición abierta para aliviar la excesiva presión de fluido. En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado con una condición predeterminada, tal como una presión de restablecimiento. Por ejemplo, en el caso del accionamiento de la válvula de seguridad 120 debido a una falla, el sistema de control 200, 300, 700 puede impedir la operación de la válvula de seguridad 120 de regreso hacia la posición cerrada hasta que el transductor 280 mida la presión de restablecimiento predeterminada en las líneas de fluido.

En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado para accionar la válvula de seguridad 120 en anticipación de una falla. Por ejemplo, el sistema de control 200, 300, 700 puede incluir un generador electrónico de ondas para generar una señal de onda que corres ponde al volumen, la tasa, la presión de flujo de fluido, etc., y que son monitorizados por el ensamblaje de controlador respecto de cualesquiera cambios o fluctuaciones que indican una falla en uno o más puntos en el sistema de control de pozo 800. En el caso de una indicación de falla, el sistema de control 200, 300, 700 puede operar la válvula de seguridad 120 para accionamiento hacia la posición abierta.

En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede monitorizar, rastrear, y registrar la operación de la válvula de seguridad 120 y/o las mediciones del transductor 280. En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado con uno o más anuladores mecánicos y/o eléctricos para operación independiente, manual o directa de la válvula de seguridad 120. En una forma de realización, un transductor 280 puede ser acoplado a la válvula de seguridad 120 para monitorizar la presión de trabajo dentro del accionador de válvula, lo que puede ayudar a determinar la vida de la válvula, la fuerza requerida para accionar, y si se requiere mantenimien to.

En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado para disparar o accionar una o más alarmas o alertas (de audio/visuales) para indicar una falla potencial o real; que la válvula de seguridad 120 ha sido accionada; y/o que se han detectado una o más condiciones distintas, tales como H2S (u otros gases nocivos), fuego, y/o daños al sistema de control. En una forma de realización, las alarmas o alertas pueden ser comunicadas mediante el sistema de computador 150. En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado para impedir la operación remota en caso de que la válvula de seguridad 120 haya sido accionada, y puede requerir de restablecimiento manual del sistem .

En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede incluir un sistema de posicionamiento geográfico para rastrear la ubicación del sistema de control y las válvulas de seguridad, que puede desplegarse, monitorizarse y rastrearse usando el sistema de computador 100. En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede almacenar información relacionada con una operación de una perforación de pozo particular, incluyendo historia de mantenimiento y operativa, información de contacto con empleados, y/o estado de la válvula de seguridad. En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado para abrir y/o cerrar la válvula de seguridad 120 dentro de un marco de tiempo predeterminado. En una forma de realización, el sistema de control 200, 300, 700 puede ser configurado para accionar la válvula de seguridad 120 en uno o más intervalos de tiempo predeterminados.

La figura 15 ilustra el sistema de control de pozo 800 de acuerdo con una forma de realización. El sistema de control de pozo 800 incluye una válvula de compuerta 402 y un accionador de válvula 401, cuyas operaciones fueron descritas anteriormente con respecto a por lo menos las figuras 4-12. Una válvula piloto 870 (u otro sensor mecánico, eléctrico, y/o hidráulico de un tipo similar de funcionalidad) puede acoplarse al accionador de válvula 401, y puede ser capaz de operar para controlar la comunicación de fluidos entre el accionador de válvula 401 y un depósito de fluido 875 vía la línea de fluido 872. Una bomba 876 puede ser provista para bombear fluido de accionador desde el depósito 875 al accionador de válvula 401 para accionar la válvula 402 hacia la posición cerrada.

Al ocurrir el accionamiento de la válvula piloto 870, el fluido accionador puede ser liberado del accionador de válvula 401 de regreso al depósito 875, tal que la válvula 402 pueda ser instada automáticamente hacia la posición abierta. La válvula piloto 870 puede ser accionada mediante presión de fluidos vía la línea de fluido 871, la cual está en comunicación con la línea de fluido 811. En caso que la presión de fluido dirigida a los cabezales de pozo 840-843 excede una magnitud predeterminada, la presión de fluido accionará la válvula piloto 870 (vía la línea de fluido 871) para liberar el fluido accionador del accionador de válvula 401 al depósito 875 (vía la línea de fluido 872), y con ello instar automáticamente la válvula 402 hacia la posición abierta a prueba de falla para liberar la presión de fluido excesiva de regreso a la fuente de fluido 810 (vía la línea de fluido 812), como se describió antes.

En una forma de realización, la válvula piloto 870 puede operar como una válvula anti-retorno o una válvula de una vía en una primera posición o posición no accionada, para permitir que el fluido accionador sea bombeado hacia el acciona-dor de válvula 401 mientras que impide que el fluido accionador fluya fuera del accionador de válvula 401. Cuando la válvula piloto 870 está en una segunda posición o posición accionada, el fluido accionador puede fluir fuera del accionador de válvula 401 al depósito 875. La válvula piloto 870 puede monitorizar y estar en comunicación con la presión de fluido en cualquiera de las líneas de flujo 811 y 830-834. En una forma de realización, el fluido accionador puede ser forzado hacia el depósito 875 por el miembro que insta 418 actuando sobre el miembro operador 412, como se describió antes.

Aunque lo anterior se dirige a formas de realización de la invención, formas de realización otras y adicionales de la invención pueden concebirse sin salir del alcance básico de la misma, y el alcance de la misma se determina por las reivindica ciones que siguen.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de control para controlar una válvula de seguridad unidad a una línea de flujo en un sitio de pozo, el sistema de control comprendiendo: un ensamblaje de controlador configurado para recibir una señal de un transductor conectado a la línea de flujo, donde la señal corresponde a una propiedad física medida; un ensamblaje de válvula en comunicación con el ensamblaje de controlador; y un ensamblaje de impulso de fluidos en comunicación con el ensamblaje de controlador, donde el ensamblaje de controlador es capaz de operar para accionar el ensamblaje de impulso de fluidos para suministrar fluidos a la válvula de seguridad para accionar la válvula de seguridad a una primera posición, y donde el ensamblaje de controlador es capaz de operar para accionar el ensamblaje de válvula para accionar la válvula de seguridad a una primera posición.

2. El sistema de la reivindicación 1, comprendiendo además un alojamiento para sostener el ensamblaje de controlador, el ensamblaje de válvula, y el ensamblaje de impulso de fluidos.

3. El sistema de la reivindicación 2, donde el fluido es suministrado a partir de un depósito dispuesto fuera del alojamiento.

4. El sistema de la reivindicación 1, donde el ensamblaje de impulso de fluidos es un compresor y el fluido es un fluido neumático.

5. El sistema de la reivindicación 1, donde el ensamblaje de impulso de fluidos es una bomba y el fluido es un fluido hidráulico.

6. El sistema de la reivindicación 1, comprendiendo además una fuente de potencia para suministrar potencia al ensamblaje de controlador, el ensamblaje de válvula, y el ensamblaje de impulso de fluidos.

7. El sistema de la reivindicación 1, donde la primera posición es una posición cerrada y la segunda posición es una posición abierta.

8. El sistema de la reivindicación 1, comprendiendo además un alojamiento para sostener el ensamblaje de impulso de fluidos, y un filtro unido al alojamiento para filtrar el fluido que entra al alojamiento por medio del ensamblaje de impulso de fluidos.

9. El sistema de la reivindicación 1, donde el fluido es aire ambiental.

10. El sistema de la reivindicación 1, donde el ensamblaje de controlador es capaz de operar para comunicar una señal correspondiente a la propiedad física medida a un sistema de computador remoto.

11. El sistema de la reivindicación 1, donde el ensamblaje de controlador es un controlador lógico programable, y donde el ensamblaje de válvula es capaz de operar para liberar o regresar fluido de la válvula de seguridad para accionar la válvula de seguridad a la segunda posición.

12. Un método para controlar una válvula de seguridad unida a una línea de flujo en un sitio de pozo, el método comprendiendo: proporcionar un sistema de control que tiene un alojamiento, un ensamblaje de controlador, un ensamblaje de impulso de fluidos, y un ensamblaje de válvula; suministrar fluido a la válvula de seguridad usando el ensamblaje de impulso de fluidos para accionar la válvula de seguridad a una primera posición; monitorizar la propiedad física en la línea de flujo usando el ensamblaje de controlador; y accionar el ensamblaje de válvula usando el ensamblaje de controlador para accionar la válvula de seguridad a una segunda posición con base en una comparación de la propiedad física monitorizada con una condición predeterminada.

13. El método de la reivindicación 12, donde el fluido es un fluido neumático dispuesto externo al alojamiento, y comprendiendo además filtrar el fluido neumático al entrar al alojamiento por medio de ensamblaje de impulso de fluidos.

14. El método de la reivindicación 12, donde el fluido es un fluido hidráulico dispuesto en un depósito dentro del alojamiento que está en comunicación con el ensamblaje de impulso de fluidos .

15. El método de la reivindicación 12, comprendiendo además medir la propiedad física usando un transductor configura do para comunicar una señal correspondiente a la propiedad física medida al ensamblaje de controlador.

16. El método de la reivindicación 12, donde la primera posición es una posición cerrada y la segunda posición es una posición abierta.

17. El método de la reivindicación 12, donde el fluido es un fluido neumático, y donde el ensamblaje de impulso de fluidos es un compresor.

18. El método de la reivindicación 12, donde el fluido es un fluido hidráulico, y donde el ensamblaje de impulso de fluidos es una bomba.

19. El método de la reivindicación 12, comprendiendo además comunicar una señal desde el ensamblaje de controlador a un sistema de computador remoto, donde la señal corresponde a una característica operativa de la válvula de seguridad.

20. El método de la reivindicación 12, comprendiendo además accionar la válvula de seguridad mediante comunicar una señal desde un sistema de computador remoto al ensamblaje de controlador.

21. Un método para controlar el flujo de fluido a través de una línea de flujo en un sitio de pozo, el método comprendiendo: proporcionar un sistema de control que tiene una válvula de seguridad, un accionador de válvula, y un sensor; accionar la válvula de seguridad hacia una posición cerrada suministrando fluido accionador al accionador de válvula; monitorizar la presión de fluido en la línea de flujo usando el sensor mientras se mantiene la válvula de seguridad en la posición cerrada; y accionar el sensor usando presión de fluido en la línea de flujo, con ello liberando el fluido accionador del accionador de válvula y moviendo la válvula de seguridad hacia una posición abierta para aliviar la presión de fluido en la línea de flujo.