MXPA02002861A

MXPA02002861A - Valvula de seguridad para el fondo de una perforacion.

Info

Publication number: MXPA02002861A
Application number: MXPA02002861A
Authority: MX
Inventors: Hubertus Paulus Mari Wilhelmus
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-10-23
Also published as: NO20021376D0; EG22116A; CA2384052A1; NO20021376L; AU761584B2; WO2001021934A1; EA200200395A1; BR0014112A; US6390199B1; CN1375035A; EP1214498A1; AU1019401A; EA003000B1; OA12027A

Abstract

Una valvula de seguridad para uso en una perforacion realizada en una formacion terrestre, que comprende un cuerpo de valvula (6), que tiene un pasaje de fluido para paso de una corriente de fluido de hidrocarburo que fluye desde la formacion terrestre via la perforacion a la superficie terrestre, un miembro de cierre (18) movil en relacion al cuerpo de la valvula entre una posicion abierta en la cual el pasaje de fluido (12) esta abierto y una posicion cerrada en la cual el miembro de cierre cierra el paso del fluido, y un dispositivo activador (30) para someter selectivamente el miembro de cierre (18) a una fuerza de arrastre de magnitud seleccionada, la fuerza de arrastre es ejercida por la corriente de fluido e induce al miembro de cierre a moverse desde la posicion abierta a la posicion cerrada del mismo. La valvula de seguridad comprende adicionalmente medios de control (46) para controlar el dispositivo activador para someter el miembro de cierre a la fuerza de arrastre.

Description

VÁLVULA DE SEGURID,AD PARA EL FONDO DE UNA PERFORACIÓN Descripción de la Invención La presente invención concierne a una válvula de seguridad para uso en una perforación realizada en una formación terrestre, que comprende un cuerpo de válvula que tiene un pasaje de fluido para el paso de una corriente del fluido de hidrocarburo que fluye desde la formación terrestre via la perforación hasta la superficie de la tierra, un miembro de cierre móvil, en relación al cuerpo de la válvula entre una posición abierta en la cual el pasaje de fluido se abre y una posición cerrada en la cual el miembro de cierre cierra el paso del fluido. La válvula de seguridad sirve para interrumpir la producción desde la perforación, ya sea por control desde la superficie o automáticamente en caso de condiciones de flujo indeseables. La situación siguiente tiene lugar por ejemplo, en caso de aumento en el gasto de los hidrocarburos como resultado de un accidente en un equipo de producción en la superficie. Por consiguiente se contempla generalmente, diseñar una válvula de seguridad para una perforación, de manera que la válvula cierre cuando el gasto en la perforación, alcance un umbral de gasto seleccionado.

REF: 136579 Sin embargo, la experiencia mostró que válvulas de seguridad convencionales, generalmente tienen una baja precisión con respecto al gasto al cual, cierra la válvula. Es un objeto de la invención proporcionar una válvula de seguridad mejorada para el fondo de una perforación, que venza los inconvenientes de las válvulas de seguridad para el fondo de las perforaciones convencionales. De conformidad con la invención, se proporciona una válvula de seguridad para uso en una perforación formada en una formación terrestre, que comprende - un cuerpo de válvula que tenga un pasaje de fluido para paso de una corriente de hidrocarburo fluido, que fluye desde la formación terrestre via la perforación a la superficie terrestre; - un miembro de cierre móvil, en relación al cuerpo de la válvula entre una posición abierta en la cual el pasaje del fluido está abierto y una posición cerrada en la cual el miembro de cierre, cierra el paso del fluido; - un dispositivo activador para someter selectivamente el miembro de cierre a una fuerza de arrastre de magnitud seleccionada, la fuerza de arrastre es ejercida por la corriente de fluido e induce el miembro de cierre a moverse desde la posición abierta a la posición cerrada del mismo; y ^H^^^faj^ ¡^^^t«^ Ui medios de control para controlar el dispositivo activador, para someter el miembro de cierre a la fuerza de arrastre. Sometiendo selectivamente el miembro de cierre a la fuerza de arrastre se logra que un cambio de etapa en la fuerza resultante que actúa sobre el miembro de cierre se crea en lugar de un cambio gradual como en las válvulas de seguridad convencionales. Como un resultado de que el miembro de cierre cierra el paso del fluido en respuesta al cambio de etapa de fuerza, se entiende que la fuerza de arrastre puede actuar directamente sobre el miembro de cierre o sobre una superficie de arrastre conectada al miembro de cierre. El dispositivo activador es operable adecuadamente entre una primera modalidad en la cual el flujo de la corriente de fluido contra el miembro de cierre se previene substancialmente, y una segunda modalidad en la cual el flujo de la corriente de fluido contra el miembro de cierre es permitida. En una modalidad preferida el miembro de cierre está dispuesto en un conducto y en donde la primera modalidad el dispositivo activador evita substancialmente el flujo de la corriente de fluido en el conducto, y en la segunda modalidad el dispositivo activador permite el flujo de la corriente de fluido en el conducto. Preferiblemente el dispositivo activador incluye una válvula de mariposa que tiene un elemento abatible dispuesto a contracorriente del elemento de cierre, dicho elemento abatible en la primera modalidad, cierra substancialmente el conducto y en la segunda modalidad substancialmente deja el conducto abierto. La invención se describirá en lo sucesivo con más detalle y a manera de ejemplo con referencia a los dibujos que la acompañan, en donde: La figura 1, muestra esquemáticamente una sección transversal longitudinal de una modalidad de una válvula de seguridad para el fondo de una perforación, conforme a la invención; La figura 2, muestra esquemáticamente la sección transversal 2-2 de la figura 1; La figura 3, muestra esquemáticamente la sección transversal 3-3 de la figura 2; La figura 4, muestra esquemáticamente la vista lateral 4-4 de la figura 2; La figura 5, muestra esquemáticamente un detalle de la modalidad alternativa de una válvula de seguridad para el -W"' fondo de una perforación, conforme a la invención; y La figura 6, muestra esquemáticamente la sección transversal 6-6 de la figura 5. En la figura 1, se muestra una perforación 1, formada en 5 una formación terrestre 2, para la producción de una corriente de hidrocarburo gas. La perforación 1, está provista con una tubería de revestimiento 3, fijada en la perforación por medio de una capa de cemento 4. Una válvula de seguridad para el fondo de una perforación 6, conforme a la invención está dispuesta concéntricamente en la tubería de revestimiento 3 y fijada a la tubería de revestimiento por medio de un obturador 8, que evita que el hidrocarburo gas se desvie de la válvula de seguridad 6. La dirección del flujo del gas se indica por flechas 9. 15 La válvula de seguridad 6, incluye un conducto en la forma del cuerpo de la válvula tubular 10, que tiene una pluralidad de entradas de gas en la forma de ranuras 12, provistas en el cuerpo de la válvula tubular y una salida de gas 14, en comunicación del fluido con las ranuras 12, via una abertura de válvula 16. Un asiento de válvula 17, se extiende alrededor de la abertura de la válvula 16 en el lado a contracorriente de la misma. Un miembro de cierre 18 está dispuesto en el cuerpo de la válvula 10, el miembro de cierre tiene una superficie frontal 20 emparejada con el asiento de la válvula 17. El miembro de cierre 18, es móvil en dirección axial del cuerpo de la válvula 10, entre una posición abierta (como se muestra en la figura 1) en la cual la superficie frontal 20, está localizada lejos del asiento de la válvula 17 y una posición cerrada en la cual la superficie frontal 20, contacta el asiento de la válvula 17 y asi cierra la válvula. Un pequeño huelgo radial 22 está presente entre la superficie exterior del miembro de cierre 18 y la superficie interior del cuerpo de la válvula 10. Un resorte de tensión espiral 24, se proporciona en el cuerpo de la válvula tubular 10, un extremo del resorte 24 es conectado al miembro de cierre 18, el otro extremo al miembro de detención 26 dispuesto en el cuerpo de la válvula. El miembro de detención 26 es ajustable en dirección axial del cuerpo de la válvula 10 a fin de ajustar la fuerza de tensión del resorte 24. Cuando este en posición de reposo, el resorte 24 mantiene el miembro de cierre 18, en la posición abierta del mismo. Refiriéndonos a la figura 2, la parte terminal a contracorriente del cuerpo de la válvula 10, está provisto con un dispositivo activador en la forma de una válvula de mariposa 30, operable entre una modalidad cerrada en la cual el flujo de la corriente de gas contra el miembro de cierre 18 se evita substancialmente, y una modalidad abierta en la cual el flujo de la corriente de gas en el interior del cuerpo de la válvula 10 y contra el miembro de cierre 18 es permitido. La válvula de mariposa 30, incluye un cuerpo abatible 31 dispuesto en el interior del cuerpo de la válvula tubular 10 y tiene una abertura de flujo 33, y un elemento abatible 32, conectada a la flecha rotatoria 34, que divide el elemento abatible 32, en porciones 36, 37 de diferentes áreas superficiales. Para ilustrar esta disposición, la excentricidad entre ejes de simetría 39a del elemento abatible y el eje longitudinal 39b de la flecha 34 se ha indicado en la figura 2 por la señal de referencia 38. Refiriéndonos adicionalmente a la figura 3, la flecha rotatoria 34 se extiende a través de una cámara 40, proporcionada en el cuerpo de la válvula 31. La flecha 34 tiene una superficie de leva, formada por una porción de superficie plana 43 de la flecha, la porción de superficie plana 43, se extiende paralela al elemento abatible 32 y que está localizado en la cámara 40. La superficie restante del eje 34 tiene una sección transversal circular. Un resorte de lámina flexible 42, está dispuesto en la cámara 40 de manera que ambos extremos del resorte de lámina flexible 42, estén fijados a las paredes de la cámara 40 y que una porción central del resorte de lámina flexible 42 asiente completamente en la porción de superficie plana 43 de la flecha 34, cuando el elemento abatible 32 está en su posición cerrada. El resorte de lámina flexible 42 y la flecha 34, forman un sistema para contrarrestar la rotación inicial del elemento abatible 32, desde la posición cerrada a la posición abierta del mismo como un resultado del flujo de la corriente de fluido contra las porciones superficiales 36, 37 de diferentes áreas superficiales. Refiriéndonos adicionalmente a la figura 4, la flecha 34 se extiende en un alojamiento 44, provisto en el exterior del cuerpo de la válvula 10. Una hélice 46 está dispuesta en el alojamiento 44 y conectado fijamente a la flecha 34 de manera que la hélice 46, se extienda a un ángulo seleccionado a, en relación a la dirección del flujo 9 cuando el elemento abatible 32 está en su posición cerrada (el elemento abatible 32 y el resorte de lámina flexible 42 están indicados en lineas imaginarias en la figura 4). La hélice 46 forma un medio activador para activar la rotación inicial del elemento abatible contra la acción del sistema para proveer el par de torsión cuando el gasto de la corriente exceda un umbral de gasto seleccionado.

La flecha 34 está además provista con un resorte enespiral 48 (Fig. 2) que desvia la flecha 34 a la posición en la cual el elemento abatible 32 está en la posición cerrada del mismo. 5 Durante operación normal una corriente de hidrocarburo gas producida desde la formación terrestre fluye a un gasto normal a través de la tubería de revestimiento 3 en la dirección 9 hasta la válvula de seguridad 6. El elemento abatible 32 está en su posición cerrado por la acción del resorte en espiral 48 y la acción del resorte de lámina flexible 42, y el elemento de cierre 18, está en posición abierta por la acción del resorte de tensión 24. El elemento abatible 32, evita el flujo de la corriente de gas en el cuerpo de la válvula 10 y contra el elemento de cierre 18. Además, la corriente de gas ejerce una fuerza de arrastre en la hélice 46 actuando asi para alinear la hélice con la corriente, y causar con esto la rotación inicial del elemento abatible 32. Sin embargo, la alineación es contrarrestada por la acción del resorte de lámina flexible 42 mientras que el gasto de la corriente no exceda del umbral de gasto. La corriente de gas fluye desde via las ranuras 12 hasta la abertura de la válvula 16 y desde ahi hasta la salida de gas 14. Desde la salida de gas 14, el gas fluye adicionalmente hasta la tubería de revestimiento 3 en la dirección 9 hasta un equipo de proceso (no mostrada) en la superficie. Si el gasto de la corriente excede el umbral de gasto, por ejemplo debido a una calda de presión no deseada en el equipo de proceso en la superficie, la fuerza de arrastre ejercida en la hélice se incrementa y causa que la alineación de la hélice con la corriente y con esto la rotación del eje 43 y el elemento abatible 32 contra la acción del resorte de lámina flexible 42 que se desvia contra la flecha 34. Cuando el eje 34 gira, el resorte de lámina flexible 42 se repliega crecientemente hasta que el resorte de lámina flexible 42 se vuelve a asentar contra la porción cilindrica del eje de giro 34. La rotación adicional del eje de giro 34 no es entonces contrarrestada más tiempo por el resorte de lámina flexible 42, y el flujo de la corriente contra el elemento abatible 32 proporciona un momento de giro que causa que el elemento abatible 32 gire a su posición abierta. Con el elemento abatible 32, en su posición abierta, se permite a la corriente fluir al interior del cuerpo de la válvula 10 y contra el miembro de cierre 18. Como un resultado el miembro de cierre 18 se somete a una fuerza de arrastre que causa que el miembro de cierre 18 se mueva a la posición cerrada del mismo contra la acción del resorte 24, con lo cual se evita cualquier flujo adicional a través de la válvula de seguridad 6. En ausencia de flujo, la hélice 46 no se somete más tiempo a una fuerza de arrastre con lo que permite que el resorte en espiral 48, se desvie el elemento abatible 32 a su posición cerrada. El miembro de cierre 18 retendrá su posición cerrada mientras que una diferencia de presión a través del miembro de cierre 18 evite el retorno del miembro de cierre 18 a su posición abierta. Cuando la producción va ser reanudada la presión de gas en el equipo de superficie es aumentada de manera que la fuerza del resorte 24 empuje al miembro de cierre 18 otra vez a su posición abierta. Refiriéndonos a las figuras 5 y 6, se muestra un detalle de una modalidad alternativa de una válvula de seguridad conforme a la invención, la modalidad alternativa es ampliamente similar a la modalidad descrita con referencia a las figuras 1-4, excepto que el medio activador es un dispositivo activador por medio de fluido 49 en vez de la hélice mencionada anteriormente. En la figura 5, se muestra la parte final a contracorriente de la modalidad alternativa que incluye el alojamiento de la válvula 10, la válvula de mariposa 30, el cuerpo de la válvula 31, el elemento abatible 32, el resorte de lámina flexible 42 y el resorte en espiral 48. El dispositivo activador por medio de fluido 49, incluye una entrada de fluido 50, una primera salida de fluido 52 y una segunda salida de fluido 54. Un puerto 56 proporciona la comunicación del fluido entre el exterior del alojamiento de la válvula 10 y la unión entre la primera salida 52 y la segunda salida 54. La segunda salida 54 está dispuesta de manera que una corriente de fluido que deja la segunda entrada 54 fluye contra la mas amplia de las porciones de superficie 36, 37. La entrada 50, las salidas 52, 54, y el puerto 56 dispuestos de manera que si el gasto de la corriente de gas no excede el umbral de gasto, una sub-corriente de la corriente de gas que se introduce en la entrada 50 deja el dispositivo 49 hasta la primera salida 52, y que si el gasto de la corriente de gas excede el umbral de gasto , la sub-corriente deja el dispositivo 49 hasta la segunda salida 54. La sub-corriente es desviada en la segunda salida 54 en virtud de una presión disminuida en el puerto 56 al gasto más alto de la corriente de gas. La operación normal de la modalidad alternativa es similar a la operación normal de la modalidad descrita con referencia a las figuras 1-4, excepto que en vez de la rotación inicial del elemento abatible que es activado por la hélice, dicha rotación inicial es activada por el activador por medio de fluido 49. En vez del resorte de lámina flexible que se desvia contra la superficie de la leva de la flecha a manera de contrarrestar la rotación inicial del elemento abatible, un elemento solenoide activado puede ser desviado contra la superficie de la leva de manera que contrarreste la rotación inicial del elemento abatible. Preferiblemente el elemento solenoide activado es desviado contra la superficie de la leva si se proporciona la energía eléctrica al solenoide, y retirado desde la superficie de la leva si no se proporciona energía al solenoide. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Una válvula de seguridad para uso en una perforación realizada en una formación terrestre, caracterizada porque comprende : - un cuerpo de válvula que tiene un pasaje de fluido para el paso de una corriente de fluido de hidrocarburo que fluye desde la formación terrestre via la perforación a la superficie terrestre; - un miembro de cierre móvil en relación al cuerpo de la válvula entre una posición abierta en la cual el pasaje de fluido está abierto y una posición cerrada en la cual el miembro de cierre, cierra el pasaje de fluido; - un dispositivo activador para someter selectivamente el miembro de cierre a una fuerza de arrastre de magnitud seleccionada, la fuerza de arrastre es ejercida por la corriente de fluido y que induce al miembro de cierre a moverse desde la posición abierta a la posición cerrada del mismo; y medios de control para controlar el dispositivo activador, para someter el miembro de cierre a la fuerza de arrastre.
2. La válvula de seguridad de la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo activador es operable entre una primera modalidad en la cual el flujo de la corriente de fluido contra el miembro de cierre es evitado substancialmente, y una segunda modalidad en la cual el flujo de la corriente de fluido contra el miembro de cierre es permitido.
3. La válvula de seguridad de la reivindicación 2, caracterizada porque el miembro de cierre está dispuesto en un conducto y porque en la primera modalidad el dispositivo activador evita substancialmente el flujo de la corriente de fluido en el conducto, y en la segunda modalidad el dispositivo activador permite fluir la corriente de fluido en el conducto.
4. El dispositivo de seguridad de la reivindicación 3, caracterizado porque el dispositivo activador incluye una válvula de mariposa que tiene un elemento abatible dispuesto a contracorriente del miembro de cierre, el elemento abatible es rotatorio entre una posición cerrada en la cual el elemento abatible cierra substancialmente el conducto y una posición abierta en la cual el elemento abatible deja substancialmente el conducto abierto.
5. La válvula de seguridad de la reivindicación 4, caracterizada porque el elemento abatible es rotatorio aproximadamente sobre un eje que divide el elemento abatible en porciones de diferentes áreas superficiales, y porque el medio de control incluye un sistema para ejercer un par de torsión seleccionado en el elemento abatible, el par de torsión contrarresta la rotación inicial del elemento abatible desde la posición cerrada a la posición abierta del mismo, como un resultado del flujo de la corriente de fluido contra el elemento abatible.
6. La válvula de seguridad de la reivindicación 5, caracterizada porque el elemento abatible está fijado a una flecha rotatoria aproximadamente, el eje de rotación y el sistema para ejercer el par de torsión incluyen una superficie de leva proporcionada a la flecha y uno de los elementos seleccionados de un resorte activado desviado contra la superficie de la leva y un solenoide activado desviado contra la superficie de la leva.
7. La válvula de seguridad de la reivindicación 6, caracterizada porque la superficie de la leva incluye una porción de superficie substancialmente plana de la flecha.
8. La válvula de seguridad de cualquiera de las reivindicaciones 5-7, caracterizada porque los medios de control incluyen medios de activación que activan la rotación inicial del elemento abatible contra la acción del sistema para proporcionar el par de torsión.
9. La válvula de seguridad de la reivindicación 8, caracterizada porque el medio activador está dispuesto para activar la rotación inicial del elemento abatible cuando el gasto de la corriente exceda un umbral de gasto seleccionado.
10. La válvula de seguridad de la reivindicación 9, caracterizada porque el medio activador incluye una hélice dispuesta en la corriente y que es rotatoria sobre el eje en una orientación angular fijada en relación al elemento abatible de manera que la hélice esté desalineada con la corriente cuando el elemento abatible esté en la posición cerrada del mismo.
11. La válvula de seguridad de la reivindicación 9, caracterizada porque el medio activador incluye un dispositivo activador por medio de fluido que tiene una entrada de fluido, una primera salida de fluido dispuestas para dirigir una sub-corriente de la corriente de fluido que entra en la entrada de fluido en una de las porciones seleccionadas del elemento abatible, una segunda salida dispuesta para dirigir la sub-corriente alejándose del elemento abatible, y medios para desviar la sub-corriente desde una de las salidas seleccionadas a la otra de las salidas.
12. La válvula de seguridad substancialmente como se describió anteriormente con referencia a los dibujos. lá dif ^ -.*.^