ES2963389T3

ES2963389T3 - Válvula de fuelle

Info

Publication number: ES2963389T3
Application number: ES09720386T
Authority: ES
Inventors: Erling Kleppa; Øyvind Stokka; Ole Sevheim
Original assignee: Petroleum Technology Co AS
Current assignee: Petroleum Technology Co AS
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2024-03-26
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: BRPI0908939B1; EP2265794A2; US8701779B2; DK2265794T3; BRPI0908939A2; CA2718215A1; NO328257B1; WO2009113875A3; WO2009113875A2; NO20081341L; MX2010010031A; EP2265794B1; CA2718215C; US20110067879A1

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de válvula que se emplea en conexión con pozos de petróleo y gas con el objetivo de aumentar la producción del pozo. El dispositivo de válvula comprende una carcasa externa (1), donde al menos una entrada (4) en la carcasa externa (1) está conectada a una salida (5) a través de un orificio longitudinal en la dirección longitudinal de la carcasa (1). Además, entre la entrada y la salida (4, 5) del dispositivo de válvula está montado un asiento de válvula (2) en el orificio, donde un cuerpo de válvula (3) cierra la conexión entre la entrada y la salida (4, 5). La posición del cuerpo de válvula (3) está controlada por un soporte (20), cuyo soporte (20) está conectado con un dispositivo de fuelle sensible a la presión (6) que comprende un elemento de fuelle superior e inferior (7, 71). A una presión externa dada, el elemento de fuelle inferior (71) en el dispositivo de fuelle (6) se comprimirá en la dirección axial del dispositivo de válvula, por lo que esta compresión hace que los elementos de impacto de los dos elementos de fuelle (7, 71) se muevan con respecto. entre sí, provocando así que el cuerpo de la válvula (3) se levante para separarse del tope con la válvula (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Válvula de fuelle

La presente invención se refiere a un dispositivo que se usa típicamente en conexión con pozos de petróleo y de gas con el objetivo de ayudar con la puesta en marcha y el inicio de la producción en un pozo y, más particularmente, la presente invención se refiere a una válvula controlada por presión que es capaz de operar dentro de un intervalo de presión delta predefinido.

Los hidrocarburos, tales como petróleo, gas y/o mezclas de los mismos, normalmente se encuentran en acumulaciones bajo presión en formaciones porosas en el lecho rocoso. Estas reservas naturales de hidrocarburos se explotan perforando uno o más pozos hacia abajo hacia el lecho de roca. Cuando se completa la perforación de estos pozos y el pozo de petróleo está en producción, varias instalaciones de procesamiento situadas sobre o por encima del lecho marino serán capaces de procesar total o parcialmente los hidrocarburos.

Hay algunos pozos de petróleo donde el flujo natural de hidrocarburos a la superficie no es suficiente para permitir o mantener la producción comercial. Esto puede ser debido, por ejemplo, a la viscosidad y/o el peso de los hidrocarburos, o al hecho de que la presión en el pozo de petróleo es demasiado baja para contrarrestar la presión hidrostática del fluido en el pozo junto con la contrapresión ejercida sobre el fluido en el pozo de petróleo por las instalaciones de procesamiento.

Para tales pozos de petróleo se han desarrollado por lo tanto una serie de sistemas y diferentes principios que pueden aumentar la producción de los pozos de petróleo por medio de la denominada elevación artificial. Los dos sistemas usados más comúnmente hoy en día son la inyección de agua y la inyección de gas. Con la inyección de gas, se inyecta gas natural bajo alta presión en el espacio anular entre el revestimiento y la tubería. Con este propósito se emplea normalmente una válvula controlada por presión, una denominada válvula de elevación por gas, con el fin de ser capaces de suministrar y controlar o comprobar la cantidad de gas que fluye hacia la tubería real. Las válvulas controladas por presión de este tipo también se pueden usar durante la fase de puesta en marcha del pozo, donde el fluido de terminación se puede encontrar tanto en el espacio anular del pozo como en la tubería. Con el fin de iniciar la producción en tal pozo, el fluido de terminación se debe desplazar desde el espacio anular, a través de una o más válvulas controladas por presión, y hasta a la superficie a través de la tubería.

Otra área similar de aplicación será después del cierre de un pozo, donde el fluido ha llenado al menos partes del espacio anular o donde el fluido de producción ha estado durante algún tiempo y el gas ha migrado a la superficie y donde la presión en el pozo es demasiado baja para que el pozo comience a producir sin recibir soporte de presión de la inyección de gas.

Cómo se configuran y sitúan en el pozo estas válvulas controladas por presión dependerá de una serie de parámetros. Por ejemplo, según el tamaño (diámetro) de la tubería y la presión de inyección disponible, los denominados puntos de inyección de gas se proporcionarán en uno o más puntos en la tubería, por lo que la configuración específica dispone una inyección de gas óptima. Las válvulas controladas por presión, tales como una válvula de elevación por gas, se instalarán entonces en estos puntos de inyección de gas a la misma o a diferentes profundidades en la dirección longitudinal de la tubería, con el objeto de iniciar la inyección de gas, logrando por ello una elevación artificial en el pozo.

La válvula o válvulas de elevación por gas entonces se pueden controlar o comprobar según varios principios diferentes, por ejemplo mediante una presión, donde es el diferencial de presión alrededor y/o a través de la válvula lo que permite una apertura o cierre controlado de la válvula.

Diversas realizaciones de válvulas de elevación por gas operadas por presión de la técnica anterior que comprenden uno o más fuelles se describen en los documentos US 2004/0182437, US 3.208.398, US 2007/0227739 y US 3.827.501. El documento WO 2008/150179 A1, que se publicó después de la fecha de prioridad de la presente solicitud, describe un dispositivo de válvula convencional para su uso en un pozo de petróleo en alta mar o en tierra. Por lo tanto, un objeto según la presente invención es proporcionar un dispositivo para controlar la inyección de un fluido dentro de una tubería.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo que se pueda conectar a una válvula de elevación por gas y usar por ello para controlar la inyección de gas en el pozo de petróleo y/o de gas.

Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un dispositivo que sea capaz de operar dentro de un área de presión predefinida.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un dispositivo que se pueda abrir o cerrar a una diferencia de presión dada entre dos fluidos.

Estos objetivos se logran con un dispositivo como se indica en la siguiente reivindicación independiente, donde características adicionales de la invención llegarán a ser evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes y la descripción a continuación.

Un dispositivo de válvula según la presente invención está previsto particularmente para su uso en conexión con una fase de puesta en marcha en un pozo de petróleo, donde tanto el espacio anular como la tubería se llenarán, por ejemplo, con fluido de terminación. Antes de que la producción de petróleo pueda comenzar en tal pozo, el fluido de terminación situado en el espacio anular del pozo se debe desplazar y sustituir con gas de inyección. Esto se logra bombeando gas natural o nitrógeno bajo alta presión en el espacio anular entre el revestimiento del pozo y la tubería, donde una o más válvulas controladas por presión dispuestas a lo largo de la tubería abrirán el camino para un flujo pasante del gas presurizado y del fluido de terminación desde el espacio anular hacia la tubería. A medida que el fluido de terminación fluye a través de las válvulas y hacia la tubería, se debe suministrar gas o nitrógeno bajo presión al espacio anular hasta que todo el fluido de terminación se desplace hacia la tubería. Entonces el pozo puede comenzar la producción.

Se debería entender, no obstante, que el dispositivo de válvula según la presente invención también puede tener otras áreas de aplicación, por ejemplo en pozos de petróleo y/o de gas donde el pozo no tiene suficiente presión para forzar los hidrocarburos hacia la superficie, o durante la puesta en marcha de un pozo que ha sido cerrado temporalmente, donde el fluido ha llenado al menos partes del espacio anular o donde el fluido de producción ha estado durante algún tiempo y el gas ha migrado a la superficie y donde la presión en el pozo es demasiado baja para que el pozo comience a producir sin recibir un soporte de presión a partir de la inyección de gas. .

La presente invención se refiere a un dispositivo de válvula que comprende un alojamiento externo, donde al menos una entrada en el alojamiento externo se conecta con al menos una salida a través de un orificio longitudinal en la dirección longitudinal del alojamiento. Además, entre la entrada y la salida, se dispone un asiento de válvula en el orificio o paso longitudinal del alojamiento, y un cuerpo de válvula se coloca en el asiento de válvula. El asiento de válvula controla el paso longitudinal. Cuando el cuerpo de válvula se apoya en el asiento de válvula, no se cerrará completamente durante una conexión entre la entrada y salida de la válvula. Esta “fuga” a través del asiento de válvula hará que se evite un bloqueo hidráulico de la válvula. Además, la entrada de la válvula se puede disponer en el dispositivo de válvula de modo que cuando el dispositivo se una a o monte en la tubería, la entrada estará en contacto con un espacio anular del pozo, mientras que la salida en el dispositivo de válvula se puede disponer de modo que se sitúe en el interior de la tubería real. Con una cantidad de presión suficiente, el cuerpo de válvula se elevará del asiento de válvula, formando por ello una conexión entre la entrada y la salida de la válvula, y permitiendo por ello que fluya gas presurizado y/u otro fluido desde el espacio anular, a través del dispositivo de válvula y hacia la tubería. Se entenderá que tanto la entrada como la salida de la válvula tienen que ser conectadas a un espacio lleno de fluido. En una realización preferida, la salida del dispositivo de válvula se proporcionará de tal manera que la salida de fluido a través de la salida ocurra en la dirección axial de la válvula.

Una de las terminaciones finales del dispositivo de válvula está dotada con un orificio pasante, donde este orificio conecta el exterior y el interior del alojamiento y forma un punto de conexión para una línea de suministro hidráulico. La línea de suministro se emplea para añadir un fluido presurizado al interior del alojamiento externo.

El dispositivo de válvula también se puede imaginar conectado o unido a otras unidades, por ejemplo, una válvula de elevación por gas. En este caso, la salida del dispositivo de válvula se conectará a la entrada de la válvula de elevación por gas. Cómo se puede formar esta conexión se conocerá por un experto en la técnica y no se describirá más aquí.

El alojamiento del dispositivo de válvula se puede fabricar en una sola pieza, o puede estar compuesto por varios elementos parciales, que juntos formarán el alojamiento externo.

Según la presente invención, un dispositivo de fuelle sensible a la presión se dispone en el orificio longitudinal del dispositivo de válvula. El dispositivo de fuelle tiene la forma de un elemento de fuelle doble, y se puede permitir que los elementos de fuelle se muevan tanto en dirección axial como radial cuando se someten a una influencia externa. Esto se logra por los elementos de fuelle que están dispuestos en el orificio longitudinal del alojamiento externo. Los elementos de fuelle tendrán entonces una dimensión radial que es menor que la dimensión del orificio longitudinal cuando se ve en la dirección longitudinal del orificio longitudinal. El resultado de esto es que los elementos de fuelle están rodeados por un volumen (que está circunscrito por el diámetro del orificio y la dimensión de los elementos de fuelle), donde este volumen a través de una entrada está en conexión fluida con un primer fluido, por ejemplo, un fluido presurizado situado en el espacio anular del pozo. Dado que se permite que el fluido presurizado fluya hacia el orificio a través de la entrada del dispositivo de válvula, los elementos de fuelle se rodearán por el fluido y además se someterán a la presión que tenga el fluido. Por ello, la presión será capaz de influir en la posición de los elementos de fuelle.

Los elementos de fuelle están dispuestos en el dispositivo de válvula de tal manera que forman un elemento de fuelle superior e inferior.

Un elemento de fuelle en el dispositivo de fuelle sensible a la presión se compone preferiblemente de una serie de secciones o discos compuestos. También es concebible que un elemento de fuelle se pueda fabricar mediante mecanizado, fundición, etc. Además, los elementos de fuelle están hechos de un material metálico, pero también pueden estar hechos de un material no metálico, un material elastómero o un material compuesto. Además, en algunos casos, un elemento de fuelle puede estar hecho de diferentes materiales.

Cada uno de los elementos de fuelle contiene un fluido incompresible y, por lo tanto, se debe diseñar como una unidad cerrada. Esto se puede implementar de varias formas diferentes, por ejemplo, mediante un elemento de fuelle que se circunscribe y cierra en un extremo mediante un elemento de impacto (dardo), mientras que el extremo opuesto del elemento de fuelle se une a una pieza de fijación. En este caso, la pieza de fijación puede estar dotada con roscas en una parte de su longitud, permitiendo por ello que la pieza, junto con el elemento de fuelle, sea atornillada de manera segura en el interior del alojamiento del dispositivo de válvula.

De una manera similar al primer elemento de fuelle, el segundo elemento de fuelle puede estar circunscrito y cerrado en un extremo por un elemento de impacto (dardo), mientras que el extremo opuesto se puede conectar a través de una biela a un cuerpo de válvula.

Los elementos de fuelle se conectan con un dispositivo de soporte, donde los elementos de fuelle y el dispositivo de soporte forman juntos el dispositivo de fuelle sensible a la presión.

Alternativamente, los elementos de fuelle se pueden diseñar como unidades separadas e independientes, donde el elemento de impacto (el dardo) se fabrica como una parte integrada del elemento de fuelle real; el elemento de fuelle real también se puede fabricar como una unidad cerrada separada, después de lo cual el elemento de fuelle se conecta de una manera adecuada con un elemento de impacto (dardo).

En una realización preferida de la presente invención, los elementos de fuelle tienen una forma cilíndrica, pero también se pueden proporcionar en otras formas geométricas, por ejemplo, una forma cuadrada, rectangular u ovalada. Los elementos de fuelle pueden estar diseñados además para contener el mismo volumen de fluido o uno diferente.

Dado que es deseable en esta disposición tener un dispositivo de fuelle que funcione dentro de un área de trabajo predefinida, los elementos de fuelle se montan internamente en el orificio del alojamiento de tal manera que el soporte forme un límite (tope final) para que se permita realizar el movimiento de los elementos de fuelle superior e inferior respectivamente. Esto significa que si el elemento del fuelle superior se somete a una presión que hace que el elemento de fuelle se comprima en su dirección de compresión axial, el soporte, es decir, el tope final evitará que ocurra una extensión adicional del elemento de fuelle inferior. De manera similar, cuando la presión sobre el elemento de fuelle superior disminuye, se permitirá al elemento de fuelle inferior solamente un cierto grado de recorrido en su dirección de compresión axial antes de que el movimiento del elemento de fuelle se detenga por el tope final, impidiendo por ello que el elemento de fuelle superior se extienda aún más.

En una realización preferida, este tope final puede ser un manguito que se extiende en el interior del elemento de fuelle y en la dirección axial del elemento de fuelle, donde el tope final está montado en el soporte. El tope final se puede montar en cada uno de los elementos de fuelle o solamente en un elemento de fuelle.

Además, también se puede proporcionar una “pared” para restringir el movimiento radial de los elementos de fuelle, donde esto se puede conseguir, por ejemplo, mediante la pared que se proporciona en el volumen circunscrito por el diámetro del orificio y la dimensión del elemento de fuelle. Esta “pared” puede ser, por ejemplo, un manguito que está unido de una manera adecuada al soporte en un extremo y a la terminación final de la válvula en su otro extremo.

El soporte del dispositivo de fuelle se puede disponer de varias formas diferentes, pero en una realización preferida el soporte consiste en un cilindro cerrado dispuesto en el orificio longitudinal en el alojamiento externo, donde se proporciona un orificio pasante en las superficies superior e inferior del cilindro cerrado para la conexión a un elemento de fuelle. Los elementos de fuelle están dispuestos de tal manera que los elementos de impacto de los elementos de fuelle (dardos) estén unos mirando hacia otros.

Los elementos de impacto están diseñados además para formar una conexión de sellado con el cilindro cerrado en la dirección axial del cilindro, a través de un sistema de sellado, por ejemplo, por medio de juntas, etc. Los elementos de impacto se diseñarán además para formar un sello de metal con metal cuando se colocan en apoyo con los orificios proporcionados en las superficies superior e inferior del cilindro cerrado.

En una realización preferida de la presente invención, uno o ambos elementos de fuelle están diseñados de tal forma que cuando se haya logrado una compresión deseada del elemento de fuelle, el elemento de fuelle se comprimirá completamente, evitando por ello que se logre una compresión adicional del elemento de fuelle. Esto significa que en su posición comprimida máxima, el elemento de fuelle aparecerá como un elemento sólido y fijo, dándole por ello al elemento de fuelle una resistencia mecánica y resistencia a la presión grandes.

El dispositivo de válvula comprende además un dispositivo de tensión previa alrededor de los elementos de fuelle superior e inferior. En el volumen circunscrito por el orificio en el alojamiento externo y el elemento de fuelle, una de las soluciones según la presente invención puede ser que en cada elemento de fuelle se proporcione un paquete de nitrógeno que esté presurizado, donde el paquete de nitrógeno representa una tensión previa que tiene que ser superada para permitir que los elementos de fuelle se vean influenciados. Alternativamente, el paquete de nitrógeno se puede sustituir, por ejemplo, por resortes de copa o dispositivos elásticos similares. Los paquetes de nitrógeno o los dispositivos elásticos para cada uno de los elementos de fuelle pueden tener características elásticas (módulos de elasticidad) similares o diferentes.

Los elementos de impacto de los elementos de fuelle, que están montados internamente en el soporte, es decir, en el cilindro cerrado, formarán entonces un “pistón flotante”. Al pistón flotante (los elementos de impacto) se le permitirá por ello que discurra en el área de trabajo predefinida para el dispositivo de fuelle, por lo que el pistón flotante se detiene por el soporte cuando entra en contacto con él. Los elementos de impacto se dotarán con un sistema de junta que evita que el fluido incompresible situado en un lateral del elemento de impacto fluya sobre el elemento de impacto y aterrice en el otro lado. Además, en el lado que mira hacia el orificio en las placas superior e inferior del cilindro cerrado, cada elemento de impacto se diseñará de modo que el elemento de impacto junto con el orificio formen un sello de metal con metal. En una realización alternativa de la presente invención los elementos de fuelle se conectan en un extremo a la pieza de fijación y al elemento de impacto respectivamente, mientras que sus extremos opuestos se conectarán de una manera apropiada con el orificio en las placas superior e inferior del cilindro cerrado, por lo que esta configuración forma un dispositivo de fuelle donde los elementos de fuelle superior e inferior están interconectados a través del cilindro cerrado. Los elementos de impacto descritos anteriormente se montan internamente en el cilindro cerrado, cuyos elementos de impacto forman el “pistón flotante”.

El volumen interno del dispositivo de fuelle, que está circunscrito por los elementos de fuelle superior e inferior y el cilindro cerrado, contiene un fluido incompresible.

Debajo del elemento de fuelle inferior se proporciona un elemento de guía, donde el elemento de guía está diseñado con un orificio pasante para recibir una biela que se conecta en un extremo con el elemento de fuelle inferior y en su extremo opuesto con un cuerpo de válvula. El elemento de guía está diseñado para soportar y controlar la biela, de modo que el cuerpo de la válvula termine en el apoyo correcto con el asiento de válvula. Además, el elemento de guía está diseñado para permitir un flujo a través de él, permitiendo por ello que el fluido circundante fluya a través de una o más entradas para alcanzar el elemento de fuelle inferior.

En una realización alternativa del dispositivo de válvula, un elemento anular está dispuesto y fijado internamente en el orificio longitudinal del alojamiento externo. Los elementos de fuelle del dispositivo de fuelle se fijan (pegan, sueldan, etc.) en cada lado del elemento anular, con el resultado de que los elementos de fuelle junto con sus terminaciones finales forman un dispositivo de fuelle cerrado. Un denominado tope, por ejemplo, en forma de un manguito que se extiende durante una cierta longitud en la dirección axial del dispositivo de válvula, está montado internamente en el dispositivo de fuelle. El tope se conecta de una manera adecuada al elemento anular. El tope se pretende que limite la compresión axial del dispositivo de fuelle, y cuando se haya alcanzado la compresión máxima de un elemento de fuelle, ayudará además a formar un elemento de fuelle “sólido” con resistencia mecánica y resistencia a la presión grandes. Un tope que puede restringir la expansión radial del dispositivo de fuelle también se puede montar en el dispositivo de válvula. En este caso el tope se monta internamente en el orificio longitudinal del alojamiento externo. Un elemento de impacto que esté montado internamente en el dispositivo de fuelle restringirá la contracción/expansión de los elementos de fuelle. El elemento de impacto puede tener la forma de una placa que está dispuesta para ser capaz de moverse libremente en un área de trabajo predefinida.

Según una tercera forma de realización del dispositivo de válvula, un manguito se conecta al interior de un elemento de fuelle del dispositivo de fuelle. El manguito tendrá además una longitud que le permitirá extenderse a través del elemento anular cuando el elemento de fuelle con el que está conectado tenga su extensión máxima.

El manguito tiene preferentemente una forma cilíndrica, pero también se puede proporcionar en otras formas geométricas, tales como una forma cuadrada, rectangular u ovalada. A través de su conexión con el elemento de fuelle y una terminación final, además, el manguito forma una cámara cerrada.

Una serie orificios pasantes se proporcionan en el manguito, donde los orificios están dispuestos a una distancia separada en la dirección axial del manguito. Los orificios se colocarán unos con relación a otros de tal manera que ambos orificios se situarán en un lado del elemento anular O cuando el elemento de fuelle en el que está dispuesto el manguito tenga su extensión máxima (entonces se cierra el dispositivo de válvula). Esta posición se logra cuando el elemento de fuelle que no contiene el manguito se ve influenciado por una presión (o bien por el dispositivo de tensión previa o bien por el fluido que se suministra en el orificio del dispositivo de válvula). El elemento de fuelle comenzará entonces a ser comprimido, forzando por ello al fluido incompresible a fluir de un elemento de fuelle al otro a través de los orificios. A medida que el fluido fluye a través de un elemento de fuelle al otro, el elemento de fuelle que contiene el manguito se extenderá en su dirección axial. Cuando este elemento de fuelle finalmente ha llegado a estar tan extendido que el cuerpo de válvula se pone en apoyo con el asiento de válvula, el dispositivo de válvula se sitúa por ello en su posición cerrada. Durante este proceso el manguito seguirá el movimiento del elemento de fuelle, y finalmente el manguito se habrá movido tanto con relación al elemento anular O que ambos orificios se situarán en el lado inferior del elemento anular O. Entonces no será posible un flujo adicional de fluido entre los elementos de fuelle. Dado que el elemento de fuelle que contiene el manguito está sometido a una presión externa alta cuando el dispositivo de válvula se monta en un pozo, este elemento de fuelle comenzará a ser comprimido. El manguito seguirá el movimiento del elemento de fuelle, haciendo por ello que el manguito se mueva de nuevo a través del elemento anular O. Después de una cierta compresión del elemento de fuelle, el manguito 27 se habrá movido tanto que al menos un orificio se sitúe en cada lado del elemento anular O. En esta posición el fluido incompresible será capaz de fluir de nuevo entre los elementos de fuelle, y este flujo hará que se logre un “equilibrio” entre los dos elementos de fuelle (se iguala la presión). En esta posición el dispositivo de válvula está en su posición abierta.

El dispositivo de válvula según la presente invención también puede comprender dispositivos de bloqueo y sensores, cuyos dispositivos de bloqueo serán capaces de bloquear el dispositivo de válvula en una posición deseada entre las dos posiciones extremas del dispositivo de válvula, donde estas dos posiciones extremas constituyen las posiciones cerrada y abierta del dispositivo de válvula. El dispositivo de válvula permanecerá entonces, por ejemplo, en la posición bloqueada hasta que el dispositivo de bloqueo se vea influenciado para su apertura, lo que puede ocurrir, por ejemplo, después de que el dispositivo sensor haya medido una cierta presión circundante. El dispositivo de bloqueo puede ser, por ejemplo, eléctrico, electromagnético, etc.

También es concebible que, en lugar de verse influenciado por la presión de un fluido circundante, al menos uno de los elementos de fuelle esté influenciado por un mecanismo de activación. En este caso, el mecanismo de activación se puede diseñar para transferir o aplicar una fuerza al elemento de fuelle, causando por ello que el elemento de fuelle se comprima o se extienda en su dirección axial. El mecanismo de activación puede estar compuesto, por ejemplo, por una “transmisión helicoidal”, un cilindro hidráulico o similar, donde el mecanismo de activación se controla eléctricamente, hidráulicamente, etc.

Otras ventajas y características especiales de la presente invención llegarán a ser evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, las figuras adjuntas y las siguientes reivindicaciones.

La invención se describirá ahora con mayor detalle con referencia a las siguientes figuras, en las que:

la figura 1 es una sección transversal longitudinal de una primera realización del dispositivo de válvula según la presente invención,

la figura 2 es una sección transversal longitudinal de una segunda realización del dispositivo de válvula según la presente invención, y

la figura 3 es una sección transversal longitudinal de otra realización del dispositivo de válvula según la figura 2. Las figuras ilustran diferentes realizaciones del dispositivo de válvula según la presente invención, donde el dispositivo de válvula se pretende que se instale en una tubería. Un experto en la técnica entenderá cómo se hace esto y, por lo tanto, no se cubre en la descripción.

Las figuras 1 y 2 ilustran los componentes principales del dispositivo de válvula según la presente invención. El dispositivo de válvula se representa como una válvula de elevación por gas, que comprende un alojamiento externo 1, cuyo alojamiento externo 1 se compone de varios elementos parciales 101, 102, 103. El alojamiento externo 1 estará dotado además con una cavidad interna. En un extremo del alojamiento 1 está dispuesto un asiento de válvula interno 2, cuyo asiento de válvula 2 está adaptado para su cooperación con un cuerpo de válvula 3. En un estado cerrado de la válvula de elevación por gas, el cuerpo de válvula 3 por lo tanto se apoya contra el asiento de válvula 2, como se ilustra en la figura 1. El asiento de válvula 2 y el cuerpo de válvula 3 están diseñados de tal manera que cuando el dispositivo de válvula está situado en una posición cerrada, habrá una cierta fuga entre el asiento de válvula 2 y el cuerpo de válvula 3. Esta conexión no sellada evitará un bloqueo hidráulico del dispositivo de válvula. No obstante, dado que el cuerpo de válvula 3 se puede mover axialmente en el alojamiento exterior 1, la posición del cuerpo de válvula 3 se puede cambiar a una posición donde el cuerpo de válvula 3 se eleva fuera del apoyo con el asiento de válvula 2, formando por ello una conexión de fluido entre una entrada 4 y una salida 5 de la válvula de elevación por gas. La entrada 4 está compuesta por uno o más orificios pasantes en la circunferencia de la válvula de elevación por gas, mientras que la salida 5 está dispuesta para tener un flujo axial fuera de la válvula de elevación por gas. Las figuras muestran además que la entrada 4 y la salida 5 de la válvula de elevación por gas están dispuestas a cada lado del asiento de válvula 2.

Internamente, en el alojamiento externo 1, se proporciona un dispositivo de fuelle sensible a la presión 6 que comprende un elemento de fuelle doble 7, 71. El elemento de fuelle superior 7, como se ilustra en la figura, está conectado a un elemento de impacto 8. En el extremo opuesto al elemento de impacto 8, el elemento de fuelle 7 está unido por medio de unos medios de fijación 9 al elemento parcial 101. Esto hace que el elemento de fuelle 7 con el elemento de impacto 8 y los medios de fijación 9 forme una cavidad cerrada 10, cuya cavidad 10 se llena con un fluido incompresible. El elemento de fuelle 7, por ejemplo, puede tener forma de acordeón, permitiendo por ello que el dispositivo de fuelle 6 se mueva en su dirección axial cuando se ve influenciado por una fuerza. En el alojamiento externo 1 también se proporciona al menos un orificio pasante 11, cuyo orificio 11 conecta el exterior y el interior del alojamiento 1. El orificio pasante 11 forma un punto de conexión para una línea de suministro hidráulico (no mostrada), cuya línea de suministro se usa para suministrar un fluido al interior del alojamiento externo. El fluido también puede estar bajo presión. Cuando la presión del fluido externo es tan grande que influye en el elemento de fuelle 7, el elemento de fuelle 7 se someterá a una influencia radial, y dado que el elemento de fuelle 7 está lleno de un fluido incompresible, cuando se comprime por un movimiento radial, el elemento de fuelle 7 se expandirá en su dirección axial. El dispositivo de fuelle 6 también comprende un elemento de fuelle inferior 71, un extremo del cual está conectado a una biela 13. En su extremo opuesto, el elemento de fuelle 71 está conectado a un elemento de impacto 8.

Los elementos de fuelle superior e inferior 7, 71 están conectados a un soporte, cuyo soporte comprende un cilindro cerrado 20 que se monta y une por medio de dispositivos de fijación adecuados internamente en el alojamiento externo 1. En las placas superior e inferior 21, 22 del cilindro cerrado 20, se proporciona un orificio 23 para pasar a través de los elementos de fuelle 7, 71. Los elementos de fuelle 7, 71 entonces se dispondrán de tal manera que los elementos de impacto 8 de los elementos de fuelle 7, 71 estén uno mirando hacia el otro.

Un elemento de guía 12, por ejemplo en forma de placa, está montado internamente en el alojamiento externo 1, donde el elemento de guía está montado por debajo del elemento de fuelle 71. El elemento de guía 12 ayuda a soportar y guiar la biela 13, asegurando por ello que el cuerpo de válvula 3 se sitúe correctamente en el asiento de válvula 2. El elemento de guía 12 puede ser de tal forma que no cubra la totalidad de la cavidad interna, dado que el fluido, que se sitúa en el exterior del dispositivo de válvula y está fluyendo hacia la cavidad del dispositivo de válvula a través de una abertura de entrada 4, debe ser capaz de influir en el elemento de fuelle inferior 71.

Alrededor de los elementos de fuelle superior e inferior 7, 71 se proporcionan, además, paquetes de nitrógeno o resortes 24, estos que tienen una tensión previa deseada que se ha de superar antes de que los elementos de fuelle 7, 71 comiencen a verse influenciados.

La válvula de elevación por gas se abre para la conexión de fluido entre la entrada 4 y la salida 5 por el cuerpo de válvula 3 que se mueve fuera del apoyo con el asiento de válvula 2. Esto se logra mediante un diferencial de presión entre el fluido situado en el espacio cerrado interno 14 y el fluido situado en el dispositivo de fuelle 6. Dado que la presión del fluido situado en el espacio cerrado interno 14 es mayor que la presión en el dispositivo de fuelle 6, el fluido que rodea el elemento de fuelle 71 junto con el paquete de nitrógeno 24 comprimirá el elemento de fuelle 71 en la dirección axial. Debido a su incompresibilidad, el elemento de fuelle 71 empujará el elemento de impacto 8 hacia el interior del cilindro cerrado 20, comprimiendo por ello el elemento de fuelle 71. Esto da como resultado que la biela 13, que está conectada al elemento de fuelle inferior 71, después de la compresión del elemento de fuelle, haga por ello que el cuerpo de válvula 3 se salga del apoyo con el asiento de válvula 2. El resultado de esto es que el fluido que ha fluido hacia la cavidad 14 del alojamiento externo 1 a través de la entrada 4 puede fluir a través del asiento de válvula 2, a través de la válvula de gas en la dirección axial de la válvula de elevación por gas, y finalmente fuera hacia la tubería a través de la salida 5.

La figura 2 ilustra una segunda realización del dispositivo de fuelle sensible a la presión 6 y el diseño del mismo con mayor detalle. Por el bien de la simplicidad, se omiten el resto de los elementos del dispositivo de válvula. Aquí se puede ver que el dispositivo de fuelle 6 se representa como una unidad separada, que comprende un elemento de fuelle 7, 71. Los elementos de fuelle 7, 71 se montan (pegan, sueldan, etc.) en cada lado de un elemento anular O, con el resultado de que los dos elementos de fuelle 7, 71 con sus terminaciones finales forman una unidad cerrada. El elemento anular O será más ancho que el espesor del fuelle, de modo que una parte del elemento anular O “sobresaldrá” en cada lado del fuelles. El dispositivo de fuelle 6 se monta internamente en el alojamiento externo 1 a través del elemento anular O. En cada lado de la parte del elemento anular O que se extiende en el interior del elemento de fuelle 7, 71, se montarán los topes internos 25, con el fin de evitar una compresión axial adicional de los elementos de fuelle 7, 71. En la realización ilustrada, los topes 25 están compuestos por un manguito que se extiende en la dirección axial del dispositivo de válvula. La longitud de los topes 25 es de manera que el elemento de fuelle 7, 71 se comprimirá completamente cuando entre en contacto con el tope 25, con el resultado de que en esta posición el elemento de fuelle 7, 71 será un elemento sólido y fijo con resistencia mecánica y resistencia a la presión grandes. Los topes 25 impedirán además una compresión radial del elemento de fuelle 7, 71.

En el exterior de los elementos de fuelle 7, 71, es decir, entre el orificio longitudinal en el alojamiento 1 y los elementos de fuelle 7, 71, se monta un tope externo 26. El tope externo 26 es un manguito que se monta internamente en el orificio longitudinal, por lo que el tope externo 26 limitará la extensión de los elementos de fuelle 7, 71 en la dirección radial.

Si, por ejemplo, el fluido situado en el orificio longitudinal del dispositivo de válvula y que rodea el elemento de fuelle 71 tiene una presión que es lo suficientemente grande para comprimir el elemento de fuelle 71 en su dirección radial, el elemento de fuelle 71 se comprimirá en la dirección axial del dispositivo de válvula hasta que un punto predeterminado en el elemento de fuelle 71 entre en contacto con los topes 25. Una influencia adicional sobre el elemento de fuelle 71 no hará que el elemento de fuelle 7 se comprima aún más. De manera similar, también se detendrá el recorrido del elemento de fuelle 7. Esta realización dará como resultado la formación de un área de trabajo predefinida para el dispositivo de válvula, donde la apertura y el cierre de la válvula se pueden controlar con precisión. Además, una presión mayor e imprevista no influirá en el elemento de fuelle 7, 71 de tal manera que él o ellos se expongan a una influencia excesiva, lo que puede hacer que el elemento de fuelle 7, 71 se rasgue, rompa, etc.

Internamente en el dispositivo de fuelle sensible a la presión 6 hay montado un elemento de impacto 8 “flotante”. El elemento de impacto 8 puede tener, por ejemplo, forma de una placa y preferiblemente está dotado con al menos un orificio pasante. Bajo la influencia de una presión externa, el elemento de impacto “flotante” se dispondrá de modo que pueda moverse libremente en un área de trabajo predefinida en la dirección axial del dispositivo de fuelle sensible a la presión 6. El soporte (el elemento anular), no obstante, restringirá el movimiento del elemento de impacto 8 flotante. El elemento de impacto 8 formará entonces un sello de metal con metal con el elemento anular, y se detendrá un movimiento adicional de los elementos de fuelle.

En la figura 3 se ilustra una realización alternativa del dispositivo de válvula según la figura 2, donde se proporciona un manguito 27 en el dispositivo de fuelle 6. El manguito 27 está cerrado en un extremo por una placa 28, y en su otro extremo el manguito 27 se conecta con el elemento de fuelle 71, en el interior del mismo, con el resultado de que el manguito 27 forma un recipiente cerrado. El manguito 27 se puede conectar al elemento de fuelle 71 mediante soldadura, pegado o de alguna otra manera adecuada.

El manguito 27 tiene preferiblemente una forma cilíndrica, pero también se puede proporcionar en otras formas geométricas, tales como una forma cuadrada, rectangular u ovalada. El manguito 27 tendrá además una longitud que le permita extenderse a través del elemento anular cuando el elemento de fuelle 71 tenga su extensión máxima, es decir, cuando el dispositivo de válvula esté cerrado.

Dado que el manguito 27 está conectado al elemento de fuelle 71, el manguito 27 tiene que ser conectado de manera deslizable al elemento anular O, haciendo por ello que el manguito 27 se mueva a través del elemento anular O cuando el elemento de fuelle 71 se comprime o extiende debido a la influencia del dispositivo de fuelle 6. Entre el manguito 27 y el elemento anular O se puede proporcionar un dispositivo de sellado, evitando por ello que el fluido incompresible en el dispositivo de fuelle 6 fluya sobre el elemento anular O.

En el manguito 27 se proporcionan al menos dos orificios pasantes 29, donde los orificios 29 se disponen a una distancia separada en la dirección axial del manguito 27. Los orificios 29 se colocarán de tal manera uno con relación al otro que ambos orificios 29 se situarán en un lado del elemento anular O cuando el elemento de fuelle 71 se sitúe en su posición sobresaliente máxima (luego se cierra el dispositivo de válvula). Esta posición se logra cuando el elemento de fuelle 7 se ve influenciado por una presión (o bien por el dispositivo de tensión previa 24 o bien por la adición de fluido). El elemento de fuelle 7, que se somete a una presión mayor que el elemento de fuelle 71, comenzará entonces a ser comprimido, por lo que el fluido incompresible fluirá desde el elemento de fuelle 7 hacia el elemento de fuelle 71 a través de los orificios 29. A medida que el fluido del elemento de fuelle 7 fluye sobre el elemento de fuelle 71, el elemento de fuelle 71 se extenderá en su dirección axial. El elemento de fuelle 71 finalmente ha llegado a estar tan extendido que el cuerpo de válvula 3 se lleva en apoyo contra el asiento de válvula 2, por lo que el dispositivo de válvula está en su posición cerrada. Durante este proceso, la manguito 27, que está conectado al elemento de fuelle 71, seguirá el movimiento del elemento de fuelle 71, y finalmente el manguito 27 se habrá movido tanto con relación al elemento anular O que ambos orificios 29 se situarán en un lado inferior del elemento anular O. Entonces no será posible un flujo adicional de fluido desde el elemento de fuelle 7 al elemento de fuelle 71. Debido al hecho de que, cuando el dispositivo de válvula se monta en un pozo, el elemento de fuelle 71 se expone a una presión externa alta, el elemento de fuelle 71 comenzará a ser comprimido. El manguito 27 seguirá el movimiento del elemento de fuelle 71, haciendo por ello que el manguito 27 se mueva de nuevo a través del elemento anular O. Después de una cierta compresión del elemento de fuelle 71, el manguito 27 se habrá movido tanto que al menos un orificio se sitúe en cada lado del elemento anular O. En esta posición, el fluido incompresible será capaz de fluir desde el elemento de fuelle 71 sobre el elemento de fuelle 7, con el resultado de que este flujo hará que se logre un “equilibrio” entre los dos elementos de fuelle 7, 71 (se iguala la presión). En esta posición el dispositivo de válvula está en su posición abierta.

Por el bien de la simplicidad, en las figuras 2 y 3 solamente se ilustran las características específicas en y alrededor del dispositivo de fuelle 6 del dispositivo de válvula, pero se apreciará que el dispositivo de válvula también debe incluir otros elementos que se describen en relación con la figura 1.

El modo de operación del dispositivo de válvula se explicará ahora con respecto a la realización ilustrada en la figura 1. A través de una línea de suministro conectada al orificio pasante 11, se suministra un fluido bajo presión al área alrededor del elemento de fuelle 7. Esta presión se controla desde el exterior, y la magnitud de esta presión dependerá del área de aplicación del dispositivo de válvula. La presión en el espacio anular del pozo se aumentará simultáneamente, con el resultado de que el fluido que rodea al dispositivo de válvula fluirá hacia el orificio longitudinal a través de la entrada 4. Cuando la presión de este fluido es lo suficientemente grande para superar el sesgo en los paquetes de nitrógeno o los resortes 24, así como la contrapresión creada en el cilindro cerrado 20, el elemento de fuelle 71 se ve influenciado de modo que se comprima en su dirección axial. A causa del fluido incompresible en la cavidad cerrada 10, el elemento de fuelle 71 moverá entonces el elemento de impacto 8 hacia arriba internamente en el cilindro cerrado 20. Después de una cierta compresión del elemento de fuelle 71, el cuerpo de válvula, que está conectado al elemento de fuelle 71 a través de la biela 13, se elevará fuera del apoyo con el asiento de válvula 2, permitiendo por ello que el fluido fluya a través de la entrada 4, a través de la válvula y fuera de la salida 5.

Solamente se explican y describen anteriormente elementos con relación a la invención y una persona experta en la técnica entenderá que el alojamiento externo se puede diseñar como una unidad o puede estar compuesto por varios elementos conectados. Además, el dispositivo de válvula debería tener dispositivos adecuados para su conexión o montaje en un flujo de fluido de proceso. Un experto apreciará además que varias versiones y modificaciones de la realización descrita e ilustrada se pueden proporcionar dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de válvula para su uso en un pozo de petróleo en alta mar o en tierra, que comprende un alojamiento (1) que tiene un interior, una entrada (4) y una salida (5), donde la entrada y la salida (4, 5) están conectadas con un paso longitudinal interno, un asiento de válvula (2) y un cuerpo de válvula (3) que controla el flujo de un primer fluido desde la entrada (4) a la salida (5) a lo largo del paso longitudinal interno, el dispositivo que comprende además un dispositivo sensible a la presión (6) que comprende un elemento de fuelle superior e inferior (7, 71), a cuyo dispositivo sensible a la presión (6) se le asigna un soporte (20, O) que asegura los elementos de fuelle superior e inferior (7, 71) internamente en el alojamiento (1) contra el movimiento radial y restringe además el movimiento de los elementos de fuelle superior e inferior (7, 71) respectivamente en la dirección axial del dispositivo de válvula, caracterizado por que los elementos de fuelle superior e inferior (7, 71) y el soporte (20) forman un sistema cerrado que tiene una cavidad (10) que se llena con un fluido incompresible, una terminación final del dispositivo de válvula tiene un orificio pasante (11) que forma un punto de conexión para una línea de suministro hidráulico por medio de la cual se puede suministrar un segundo fluido al interior del alojamiento, el dispositivo sensible a la presión (6) está dispuesto de manera que el elemento de fuelle inferior (71) esté rodeado por un volumen del paso longitudinal interno que contiene el primer fluido y el elemento de fuelle superior (7) está rodeado por un volumen que contiene el segundo fluido, el soporte (20, O) que define un área de trabajo del dispositivo de válvula cuando el dispositivo sensible a la presión (6) se expone a la presión del primer y segundo fluidos, por lo que el dispositivo sensible a la presión (6) controla el cuerpo de válvula (3) con relación al asiento de válvula (2).

2. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado por que el elemento de fuelle (7) está circunscrito en un extremo por unos medios de fijación (9) y en el extremo opuesto por un elemento de impacto (8), formando por ello una cavidad (10).

3. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado por que el soporte (20) comprende un cilindro cerrado, donde las superficies superior e inferior del cilindro están dotadas con un orificio (23) para pasar a través de los elementos de fuelle superior e inferior (7, 71).

4. Un dispositivo de válvula según una de las reivindicaciones 1 a 2,

caracterizado por que las placas superior e inferior (21, 22) del soporte (20) restringen el movimiento axial del dispositivo sensible a la presión (6).

5. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado por que el elemento de guía (12) está dotado con un orificio pasante para recibir una biela (13).

6. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado por que un dispositivo de tensión previa (24) que está dispuesto alrededor de los elementos de fuelle superior e inferior (7, 71) comprende un paquete de nitrógeno o resortes.

7. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado por que cada uno de los elementos de fuelle superior e inferior (7, 71) está conectado a un elemento de impacto (8), cuyo elemento de impacto (8) está montado en el soporte (20).

8. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 7,

caracterizado por que el elemento de impacto (8) está montado de manera estanca en el soporte (20).

9. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 8,

caracterizado por que el elemento de impacto (8) está dispuesto para sellar el soporte (20) en las posiciones de tope superior e inferior respectivamente del dispositivo de válvula.

10. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 9,

caracterizado por que en sus posiciones de tope superior e inferior, respectivamente, el elemento de fuelle (7, 71) está diseñado para tener una compresión máxima.

11. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado por que el asiento de válvula (2) y el cuerpo de válvula (3) cuando el cuerpo de válvula (3) se pone en apoyo con el asiento de válvula (2) forman una conexión abierta.

12. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado por que al menos un elemento de fuelle (7, 71) está conectado con un mecanismo de activación.

13. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1,

caracterizado porque un manguito (27) está conectado internamente en el elemento de fuelle (71).

14. Un dispositivo de válvula según la reivindicación 1, en donde un extremo del elemento de fuelle inferior (7, 71) está conectado a una biela (13) en la que se monta el cuerpo de válvula (3).

15. Una válvula de elevación por gas para controlar la inyección de gas en un pozo de petróleo y/o de gas que comprende un dispositivo de válvula según cualquier reivindicación anterior.