ITTO20130722A1 - Gruppo valvolare per la circolazione dei fanghi di trivellazione e elementi di trivellazione associati - Google Patents

Description

TITOLO: GRUPPO VALVOLARE PER LA CIRCOLAZIONE DEI FANGHI DI TRIVELLAZIONE E ELEMENTI DI TRIVELLAZIONE ASSOCIATI.

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo valvolare per la circolazione dei fanghi di trivellazione e agli elementi di trivellazione, quale ad esempio un’asta di perforazione o drill pipe, un elemento o porzione di giunzione o tool joint, un elemento innesto o sub, a cui tale gruppo valvolare può essere associato.

Detto gruppo valvolare è atto ad essere associato ad un’apertura radiale in comunicazione idraulica con un condotto assiale compreso negli elementi di trivellazione a cui detto gruppo valvolare è associato. Il gruppo valvolare secondo la presente invenzione comprende almeno due valvole radiali atte a realizzare una doppia barriera per la chiusura di un’apertura radiale, durante tutte le fasi di trivellazione del pozzo.

È noto ad un tecnico del ramo la necessità di circolare fanghi di trivellazione attraverso uno scalpello, posto all’estremo di una serie di elementi di perforazione, locato a fondo pozzo o in prossimità dello stesso, anche durante le fasi di inserimento o rimozione delle aste di perforazione, al fine di evitare danneggiamenti al foro scoperto. Infatti, le fluttuazioni della pressione di fondo dovute al funzionamento della pompa in perforazione e allo spegnimento della pompa durante l’inserimento o rimozione delle aste, possono generare frane e/o ingresso di fluidi nel pozzo. La circolazione attraverso lo scalpello dei fanghi durante le fasi d’inserimento o rimozione delle aste avviene grazie ad un elemento di trivellazione il quale, oltre a comprendere un foro passante posto lungo l’asse longitudinale, comprende un’apertura radiale atta a consentire appunto l’inserimento dei fanghi di trivellazione quando non è possibile pompare i fanghi direttamente tramite il foro longitudinale. Il problema è particolarmente sentito nella perforazione di tutti i pozzi critici come ad esempio nella realizzazione dei pozzi profondi, deviati o orizzontali ed extended reach wells.

È infatti necessario mantenere costante la pressione di fondo pozzo a livelli di valore desiderati, permettendo un aumento della performance e della sicurezza operativa.

Gli elementi di trivellazione dell’arte nota comprendono valvole o gruppi valvolari di sicurezza, tali da garantire sia la sicurezza durante le varie fasi operative sia di dirigere opportunamente i flussi dei fanghi ed evitare reflussi indesiderati.

Sono noti elementi di trivellazione comprendenti gruppi valvolari in cui in corrispondenza dell’apertura radiale è posta una valvola ad una sola barriera, ed è compresa un’ulteriore valvola assiale posta in corrispondenza del foro passante dell’elemento di trivellazione stesso. Inoltre, per garantire la corretta chiusura dell’apertura radiale, in particolare durante le fasi di trivellazione, in corrispondenza dell’apertura radiale stessa viene inserito un tappo removibile. Detto tappo removibile è fissato in un’apposita sede filettata, compresa nella parete interna dell’apertura radiale, posta a monte della suddetta valvola di sicurezza rispetto alla direzione del flusso di fango inserito tramite detta apertura radiale. Un esempio di tale elemento di trivellazione è illustrato nel documento brevettuale US3298385.

È noto che la valvola radiale, durante le fasi di rimozione o inserimento di una o più aste di perforazione segue la seguente sequenza operativa:

a) la valvola radiale rimane chiusa fino al momento in cui l’asta con cui la valvola è connessa viene incuneata sul piano sonda e bloccata per le operazioni di aggiunta o rimozione di una serie di elementi di perforazione normalmente denominata lunghezza di perforazione;

b) la valvola radiale, a seguito dello svitamento e della rimozione del tappo removibile di sicurezza, viene collegata al manifold, il quale è alimentato dalla pompa fango, ed alimentata in modo da permettere la circolazione del fango a fondo pozzo; c) la valvola radiale, al termine della fase di circolazione che la riguarda e a seguito delle operazioni di aggiunta o rimozione di una serie di elementi di perforazione o lunghezza di perforazione, viene nuovamente richiusa e, prima di essere estratta o discesa in pozzo, viene riavvitato il tappo removibile di sicurezza al fine di evitare fuoriuscite di fango dal foro passante radiale compreso nell’elemento di trivellazione. L’apertura radiale, è posta ad una quota tale da essere facilmente accessibile da un operatore. Ciò significa che ogni fuoriuscita indesiderata di fanghi di perforazione ad alta pressione da tale apertura radiale, è diretta verso gli stessi operatori, risultando pertanto pericolosa.

Il suddetto documento brevettuale non presenta una doppia barriera in corrispondenza dell’apertura radiale durante la fase di inserimento o rimozione delle aste, fase che richiede la presenza di operatori in prossimità della zona operativa. Questa parziale mancanza di protezione avviene proprio a seguito della rimozione del tappo removibile di sicurezza e ciò può causare notevoli problemi di sicurezza alle persone che operano in prossimità della valvola durante le fasi di apertura e chiusura dell’apertura radiale. Infatti, a seguito della rimozione del tappo di sicurezza vi è solamente un otturatore che mantiene chiusa l’apertura radiale. In caso di malfunzionamento di tale valvola radiale può avere luogo una fuoriuscita indesiderata dei fanghi, causa di notevoli problemi. La mancanza di sicurezza su tali dispositivi è proprio data dalla necessità di rimuovere il tappo di protezione e lasciare, per un periodo di tempo indeterminato, la sola valvola radiale a mantenere chiusa tale apertura con pressioni di circolazione che a volte superano i 5000 psi fino ad avvicinarsi ai 7500 psi. In tale situazione sarà solamente una valvola radiale ad evitare fuoriuscite indesiderate dei fanghi di trivellazione in una direzione pericolosa per gli operatori posti sul piano sonda in prossimità delle aste di perforazione.

Normalmente tale valvola radiale è una valvola a cerniera o flap valve, la quale in caso di malfunzionamento non riesce a chiudere in maniera ermetica l’apertura radiale dalla quale potrebbe quindi fuoriuscire il fango a causa delle pressioni in gioco.

Sono inoltre noti, dalla domanda di brevetto US2011203670, elementi valvolari comprendenti una valvola sferica comprendente più di un foro passante, ricavati all’interno dell’otturatore sferico in modo tale da poter selettivamente chiudere ed aprire l’apertura radiale ed il foro assiale longitudinale dell’elemento di trivellazione a cui tale elemento valvolare è associato.

Tale soluzione risulta essere, da un punto di vista puramente teorico, più sicura rispetto al caso evidenziato precedentemente, ma proprio a causa dell’utilizzo di una valvola sferica, all’atto pratico non è garantita la corretta chiusura ed apertura sia dell’apertura radiale sia del foro assiale longitudinale dell’elemento di trivellazione, specialmente ad alte pressioni.

La presente invenzione si propone di risolvere i suddetti problemi tecnici realizzando un gruppo valvolare atto selettivamente ad aprire e chiudere un’apertura radiale posta su un elemento di trivellazione con pressioni operative fino a 7500 psi, il quale garantisce una doppia barriera in ogni condizione operativa dell’impianto di trivellazione, incrementando la sicurezza durante le varie fasi operative, in special modo durante le fasi d’inserimento e rimozione delle aste di perforazione.

Un aspetto della presente invenzione riguarda un gruppo valvolare comprendente due barriere con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione 1.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda un elemento di trivellazione comprendente un gruppo valvolare secondo la presente invenzione.

Le caratteristiche ed i vantaggi del gruppo valvolare e dell’elemento di trivellazione a cui è associato saranno chiari ed evidenti dalla seguente descrizione esemplificativa e non limitativa di diverse forme di realizzazioni equivalenti e dalle figure allegate le quali illustrano rispettivamente:

• le figure 1A, 1B ed 1C mostrano, in diverse viste, le tre forme di realizzazione a titolo esemplificativo descritte nella seguente descrizione, in particolare: la figura 1A mostra in una vista prospettica una prima forma di realizzazione del gruppo valvolare in una configurazione completamente chiusa; la figura 1B mostra in una vista prospettica una seconda forma di realizzazione del gruppo valvolare in una configurazione completamente chiusa; la figura 1C mostra, in una vista in sezione rispetto al piano A-A, una terza forma di realizzazione del gruppo valvolare in una configurazione completamente chiusa;

• le figure 2A, 2B ed 2C mostrano, in una configurazione aperta, rispettivamente le valvole illustrate nelle figure 1A-1C, in particolare: la figura 2A mostra la prima forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 1A in una configurazione completamente aperta; la figura 2B mostra la seconda forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 1B in una configurazione completamente aperta; la figura 2C mostra la terza forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 1C in una configurazione completamente aperta;

• le figure 3A, 3B e 3C mostrano in diverse viste la prima forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 1A, in particolare la figura 3A il gruppo valvolare in una vista frontale, la figura 3B il gruppo valvolare in una sezione lungo un piano A-A, la figura 3C il gruppo valvolare in sezione lungo un piano B-B;

• le figure 4A, 4B e 4C mostrano in diverse viste la prima forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 2A, in particolare la figura 4A il gruppo valvolare in una vista frontale, la figura 4B il gruppo valvolare in una sezione lungo un piano A-A, la figura 4C il gruppo valvolare in sezione lungo un piano B-B;

• le figure 5A, 5B e 5C mostrano in diverse viste la seconda forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 1B, in particolare la figura 5A il gruppo valvolare in una vista frontale, la figura 5B il gruppo valvolare in una sezione lungo un piano A-A, la figura 5C il gruppo valvolare in sezione lungo un piano B-B;

• le figure 6A, 6B e 6C mostrano in diverse viste la seconda forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 2B, in particolare la figura 6A il gruppo valvolare in una vista frontale, la figura 6B il gruppo valvolare in una sezione lungo un piano A-A, la figura 6C il gruppo valvolare in sezione lungo un piano B-B;

• le figure 7A, 7B e 7C mostrano in diverse viste la terza forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 1C, in particolare la figura 7A mostra il gruppo valvolare associato ad un generico elemento di trivellazione in una vista in sezione rispetto al piano A-A, la figura 7B il gruppo valvolare e l’elemento di trivellazione in una sezione lungo un piano B-B, la figura 7C il gruppo valvolare e l’elemento di trivellazione in una vista frontale;

• le figure 8A, 8B e 8C mostrano in diverse viste la terza forma di realizzazione del gruppo valvolare di figura 2C, in particolare la figura 8A mostra il gruppo valvolare associato ad un generico elemento di trivellazione in una vista in sezione rispetto al piano A-A, la figura 8B il gruppo valvolare e l’elemento di trivellazione in una sezione lungo un piano B-B, la figura 8C il gruppo valvolare e l’elemento di trivellazione in una vista frontale;

• le figure 9A e 9B mostrano in viste in sezione di un elemento di trivellazione in cui sono associate, le valvole di figura 2A e 2B.

Con riferimento alle citate figure, il gruppo valvolare 2, secondo la presente invenzione è atto all’apertura ed alla chiusura selettiva di un’apertura radiale 84 posta su un elemento di trivellazione 8 per la circolazione di fanghi di trivellazione.

Ai fini della presente invenzione, con il termine elemento di trivellazione 8 s’intende un qualsiasi dispositivo di forma sostanzialmente cilindrica utilizzato per la realizzazione di un pozzo di estrazione che è inseribile all’interno del pozzo stesso, comprendente un foro longitudinale assiale 82 ed un’apertura radiale 84, come ad esempio illustrato nelle figure 8A, 8C, 9A e 9B.

Il gruppo valvolare 2, secondo la presente invenzione, comprende un corpo valvola 3, il quale a sua volta comprende un’apertura d’ingresso 3A ed un’apertura d’uscita 3C. Detto corpo valvola 3 comprende inoltre un condotto 3B atto a porre in comunicazione tali aperture (3A, 3C) e definendo un percorso dei fanghi “p”.

Con il termine percorso dei fanghi “p” si intende il percorso che i fanghi di perforazione assumono durante l’immissione degli stessi fanghi tramite l’apertura radiale 84 dell’elemento di trivellazione 8, quando lo stesso gruppo valvolare 2 è associato all’elemento di trivellazione 8, come noto ad un tecnico del ramo.

Il gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione comprende almeno due otturatori (4, 6) posti in cascata lungo la direzione del percorso dei fanghi (p), realizzando almeno una doppia barriera.

Le forme di realizzazione del gruppo valvolare 2, esemplificative e non limitative descritte in seguito ed illustrate nelle figure, comprendono preferibilmente due otturatori (4, 6). In forme di realizzazione equivalenti non limitative, detti otturatori possono essere in numero maggiore di due, permettendo comunque di ottenere lo stesso effetto tecnico.

Preferibilmente, detti almeno due otturatori (4, 6) sono amovibili da detto gruppo valvolare 2, in particolare dal corpo valvola 3, cioè essi non possono essere rimossi dal corpo valvola 3 stesso rimanendone operativamente connessi.

Preferibilmente, detti almeno due otturatori (4, 6) sono posti, almeno in una configurazione operativa, lungo uno stesso primo asse “X”, preferibilmente sostanzialmente parallelo alla direzione del percorso dei fanghi “p”, o almeno lungo la stessa direzione.

Preferibilmente, detto primo asse “X” corrisponde con l’asse longitudinale dell’apertura radiale 84 compresa nell’elemento di trivellazione 8.

Preferibilmente, gli otturatori compresi nel gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione realizzano valvole normalmente chiuse.

Con il termine valvola normalmente chiusa s’intende una valvola che è atta a rimanere chiusa, ostruendo il passaggio di un fluido tramite il condotto 3B del corpo valvola 3, e la stessa valvola è atta ad aprirsi, consentendo il transito di un fluido solamente se opportunamente resa operativa.

Nelle forme di realizzazione illustrate nelle figure allegate, il gruppo valvolare 2, secondo la presente invenzione, comprende due otturatori (4, 6). In particolare comprende un primo otturatore 4 ed un secondo otturatore 6. Detto primo otturatore 4 è posto a valle lungo il percorso dei fanghi “p” rispetto ad un secondo otturatore 6.

Ancor più nel dettaglio realizzativo, detto primo otturatore 4 è posto in prossimità dell’apertura d’uscita 3C del corpo valvola 3, preferibilmente in corrispondenza, e detto secondo otturatore 6 è posto in prossimità di detta apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3. Detto secondo otturatore 6 è da considerarsi in corrispondenza dell’apertura d’ingresso 3A per le forme di realizzazione delle figure 1A e 1B. Per la forma di realizzazione di figura 1C, l’otturatore è da considerarsi in prossimità dell’apertura d’ingresso 3A.

Detto secondo otturatore 6 è amovibile dal gruppo valvolare 2, in particolare dal corpo valvola 3, rimanendo operativamente connesso con il gruppo valvolare 2 stesso, ed in particolare con il corpo valvola 3. Il secondo otturatore 6 in tutte e tre le forme di realizzazione esemplificative e non limitative è al più in prossimità dell’apertura d’ingresso 3A rimanendone operativamente connesso, cioè non è possibile rimuovere il secondo otturatore 6 del gruppo valvolare 2. In particolare è presente almeno un elemento di ritenuta 62 che impedisce al secondo otturatore 6 di essere completamente rimosso o separato dal corpo valvola 3.

Il secondo otturatore 6 è azionabile automaticamente, ad esempio tramite un elemento di apertura automatico o semiautomatico, non illustrato.

Ai fini della presente invenzione, con il termine azionamento di un otturatore si intende l’azione di passaggio fra le diverse configurazioni operative dell’otturatore.

In generale, detto secondo otturatore 6 comprende almeno un elemento di aggancio 7 tramite cui detto elemento di apertura è in grado di attivare o disattivare opportunamente detto secondo otturatore 6.

L’azionamento di detto secondo otturatore 6 avviene tramite un movimento rotatorio e/o traslatorio, ad esempio un movimento puramente rotatorio, un movimento traslorotatorio oppure un movimento puramente traslatorio.

In forme di realizzazioni equivalenti non limitative l’azionamento di detto secondo otturatore 6 avviene compiendo un movimento complesso in termini cinematici ma che comunque sia in grado di ottenere gli stessi effetti tecnici.

In generale, in detto secondo otturatore 6 è compreso un elemento di ritenuta 62 atto a consentire il movimento dello stesso secondo otturatore 6 fra una configurazione attiva o chiusa, in cui ostruisce il condotto 3B, impedendo il passaggio dei fanghi di trivellazione, ed una configurazione disattiva o aperta, in cui consente il transito dei fanghi di trivellazione.

Detto gruppo valvolare 2 comprende una porzione di fissaggio 22 atta ad essere fissata o associata ad un elemento di trivellazione 8. Nelle forme di realizzazione di figura 1A e 1B detta porzione di fissaggio è una porzione filettata. Detta porzione di fissaggio 22 è ad esempio ricavata sulla superficie esterna del corpo valvola 3, od ad essa associata come visibile nelle figure 1A, 1B, 2A, 2B, 3A-6C.

La porzione di fissaggio 22 è atta a impegnarsi con una porzione filettata complementare posta sui lembi interni dell’apertura radiale 84 di un elemento di trivellazione 8.

Nella forma di realizzazione di figura 1C il gruppo valvolare 2 è integrato all’interno dell’elemento di trivellazione oppure associabile ad un elemento di trivellazione, ad esempio tramite una porzione di fissaggio 22, oppure ponendolo in serie, ad esempio in serie ad un elemento di trivellazione 8 quale una stringa di aste di perforazione.

In generale, detto primo otturatore 4 è preferibilmente una valvola a cerniera o flap.

In particolare, detto primo otturatore 4 ruota attorno ad un asse di rotazione “Y”, perpendicolare a detto primo asse “X”, lungo cui sono sostanzialmente posti detto primo e secondo otturatore (4, 6).

Detto primo otturatore 4 è connesso ad un primo elemento di ritenuta 42 il quale permette il corretto movimento del primo otturatore 4 fra le due configurazioni operative. Preferibilmente, detto elemento di ritenuta 42 mantiene in una configurazione chiusa detto primo otturatore 4. Nella forma di realizzazione preferita detto elemento di ritenuta 42 è una cerniera, ancor più preferibilmente una cerniera comprendente un elemento elastico, ad esempio una molla elicoidale.

Detto asse di rotazione “Y” è parallelo all’asse longitudinale del foro longitudinale assiale 82 compreso nell’elemento di trivellazione 8 a cui tale gruppo valvolare 2 è associato. Ciò permette di posizionare detto primo otturatore 4, quando è in una configurazione disattiva o aperta, in prossimità delle pareti del foro longitudinale assiale 82 riducendo l’ingombro dello stesso primo otturatore 4 rispetto al foro longitudinale 82. Tale conformazione permette, nelle fasi critiche, il passaggio dei dispositivi di servizio e di recupero, noti ad un tecnico del ramo, evitando che lo stesso primo otturatore 4 rappresenti un’ostruzione al passaggio dei dispositivi stessi.

Di seguito saranno descritte in modo dettagliato le caratteristiche tecniche ed i principi di funzionamento di tre forme di realizzazione, a titolo esemplificativo e non limitativo, della valvola radiale.

Forme di realizzazioni equivalenti e/o ibride dovranno essere considerate comprese nell’ambito di protezione della presente invenzione.

Nelle figure 1A, 2A è illustrata una prima forma di realizzazione del gruppo valvolare 2, in cui detto corpo valvola 3, in prossimità dell’apertura d’ingresso 3A è atta ad ospitare detto secondo otturatore 6. Detta apertura d’ingresso 3A comprende almeno un primo orifizio 31A, preferibilmente in numero di quattro equi-distanziati fra loro lungo una circonferenza, come desumibile dalle figure 4A, 4B e 4C. Il secondo otturatore 6 comprende altrettanti secondi orifizi 60, chiaramente visibili nelle figure 3A, 4A-4C. Detto secondo otturatore 6 è montato in modo girevole, preferibilmente attorno ad un asse parallelo a detto primo asse “X”, su un secondo elemento di ritenuta 62. Nella presente forma di realizzazione detto secondo elemento di ritenuta 62 è un perno su cui si innesta detto secondo otturatore 6, come visibile nelle figure 3B, 3C, 4B e 4C. Detto secondo elemento di ritenuta 62 consente al secondo otturatore 6 di compiere solamente un movimento rotatorio attorno ad un asse parallelo a detto primo asse “X”. Detto secondo attuatore 6 è in grado di ruotare per un angolo di rotazione predeterminato compreso fra 0 e 180°, in funzione del numero di primi e secondi orifizi (31A, 60) compresi.

Detti primi e secondi orifizi hanno preferibilmente una forma a settore di circonferenza, come ad esempio illustrato nella figura 4A.

La rotazione di detto secondo otturatore 6 permette di affacciare, almeno in parte, detti primi orifizi 31A e detti secondi orifizi 60, generando un percorso dei fanghi “p”, tramite cui i fanghi di perforazione possono scorrere.

Per consentire l’afflusso del fango di perforazione durante le fasi di alimentazione in direzione radiale di un elemento di trivellazione 8, il quale ospita il gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione, il secondo otturatore 6 viene fatto ruotare rispetto alla porzione del corpo valvola 3 in cui è alloggiato lo stesso secondo otturatore 6. La rotazione di detto secondo otturatore 6 è tale da aprire almeno un passaggio o luce di adduzione. La sezione di passaggio del fango attraverso l’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3 è visibile nelle figure 4B, 4C. In figura 9A è visibile il percorso dei fanghi “p” su un elemento di trivellazione 8 su cui il gruppo valvolare 2 è applicato.

La rotazione di detto secondo otturatore 6 è attuata da un dispositivo di apertura, automatico o semiautomatico.

Il primo otturatore 4 invece è di tipo a cerniera o flap ed è normalmente chiuso per effetto di un pre-carico di un elemento elastico quale una molla elicoidale, compresa nel primo elemento di ritenuta 42, in particolare una cerniera. Detto otturatore è in battuta su una camicia 31C corrispondente all’apertura d’uscita 3C del corpo valvola 3.

Detto primo otturatore 4, durante la fase di alimentazione in direzione radiale, si apre per effetto della spinta dei fanghi di perforazione durante il loro passaggio.

L’asse di apertura del primo otturatore 4 è verticale e parallelo all’asse longitudinale del foro passante 82 dell’elemento di trivellazione 8.

Al termine della fase di afflusso di fango attraverso il gruppo valvolare 2 posto in corrispondenza dell’apertura radiale 84 dell’elemento di trivellazione 8, la mancanza di fango stesso farà in modo che il primo otturatore 4 si richiuda e vada in battuta sulla camicia 31C, corrispondente all’apertura d’uscita 3C del corpo valvola 3, per effetto del mezzo elastico, quale ad esempio una molla elicoidale. Successivamente, il dispositivo di apertura, automatico o semiautomatico, provvederà a ruotare nuovamente il secondo otturatore 6, in modo tale da andare a richiudere i percorsi o luci realizzate in precedenza, ritornando così alla configurazione iniziale, chiusa. La chiusura di tali luci è causata dallo svanire dell’affacciamento fra detti primi orifizi 31A e detti secondi orifizi 60, mobili rispetto a detti primi orifizi 31A.

La rotazione di detto secondo otturatore 6 avviene grazie ad un elemento di apertura il quale impegnandosi con almeno un elemento di presa 7, compreso in detto secondo otturatore 6, è in grado di ruotare fra le due configurazioni operative di detto secondo otturatore 6.

Preferibilmente, detto almeno un elemento di presa 7 è posto esternamente al corpo valvola 3, al fine di poter interagire con detto dispositivo di apertura, come ad esempio visibile nelle figure 1A, 2A, 3A-4C.

Ancor più preferibilmente, detto almeno un elemento di presa 7 è in numero di quattro disposti equi - distanziati lungo una circonferenza, disposti in alternanza a detti secondi orifizi 60 lungo una stessa circonferenza, come chiaramente visibile in figura 3A, 4A.

Nelle figure 1B, 2B è illustrata una seconda forma di realizzazione in cui detto corpo valvola 3, in prossimità dell’apertura d’ingresso 3A è atta ad ospitare detto secondo otturatore 6. Nella configurazione operativa chiusa, detta apertura d’ingresso 3A vincola assialmente e radialmente detto secondo otturatore 6. Detto secondo otturatore 6 è montato in modo girevole, preferibilmente attorno ad un asse parallelo a detto primo asse “X”, ed è in grado di traslare, di una quantità finita, grazie ad almeno un secondo elemento di ritenuta 62, compiendo un movimento lungo lo stesso asse “X”. Nella presente forma di realizzazione detto almeno un secondo elemento di ritenuta 62 è una pluralità di camme fissate ad un capo ai lembi esterni dell’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3, cui si innesta detto secondo otturatore 6, come ad esempio visibile nelle figure 5A-6C. Detto elemento di ritenuta 62 è in grado di ruotare attorno ad un asse perpendicolare a detto primo asse “X” al fine di permettere la traslazione del secondo otturatore 6. Al capo opposto detto almeno un secondo elemento di ritenuta 62 è cooperante con un alloggiamento 61. Detto alloggiamento 61 è preferibilmente una scanalatura, ricavata nel secondo otturatore 6, come visibile nelle figure 5B, 5C, 6B e 6C. Detto secondo elemento di ritenuta 62 consente al secondo otturatore 6 di compiere un movimento traslatorio lungo un asse parallelo a detto primo asse “X”. Detto secondo otturatore 6 è in grado di ruotare per un angolo di rotazione predeterminato compreso fra 0 e 90°. Detto secondo otturatore 6 è in grado di traslare per una lunghezza finita tale da poter fuoriuscire dalla sede del corpo valvola 3 e generare un percorso dei fanghi “p” tale da consentire il passaggio dei fanghi di perforazione.

La roto-traslazione di detto secondo otturatore 6 permette di generare un percorso dei fanghi “p”, attraverso il quale i fanghi di perforazione possono scorrere.

Detto alloggiamento 61 coopera con detto secondo elemento di ritenuta 62 in modo tale da consentire la rotazione del secondo otturatore 6, permettendo lo scorrimento del secondo estremo dell’elemento di ritenuta 62 lungo il perimetro dell’alloggiamento 61, preferibilmente in una scanalatura. Lo stesso alloggiamento 61 coopera con detto secondo elemento di ritenuta 62 in modo tale da consentire la traslazione del secondo otturatore, trattenendo detto secondo estremo dell’elemento di ritenuta, definendo in tal modo la corsa massima della traslazione che il secondo otturatore 6 può compiere, come chiaramente visibile nelle figure 2B e 6B, senza essere completamente rimosso.

Per consentire l’afflusso del fango di perforazione durante le fasi di alimentazione in direzione radiale di un elemento di trivellazione 8, il quale ospita il gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione, il secondo otturatore 6 viene fatto ruotare rispetto alla porzione del corpo valvola 3 in cui è alloggiato lo stesso secondo otturatore 6, ed estratto, senza essere rimosso, da tale sede, ad esempio compiendo un movimento traslatorio, preferibilmente lungo detto asse “X” in modo tale da aprire almeno un passaggio o luce di adduzione. La sezione di passaggio del fango attraverso l’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3 è visibile nelle figure 6B, 6C.

La roto-traslazione di detto secondo otturatore 6 è attuata da un dispositivo di apertura, automatico o semiautomatico.

Il primo otturatore 4, anche in questa forma di realizzazione è di tipo a cerniera o flap ed è normalmente chiuso, ad esempio per effetto di un pre-carico di un elemento elastico quale una molla elicoidale, compresa nel primo elemento di ritenuta 42, in particolare una cerniera. Detto primo otturatore è normalmente chiuso ed è in battuta su una camicia 31C corrispondente all’apertura d’uscita 3C del corpo valvola 3.

Detto primo otturatore 4, durante la fase di alimentazione in direzione radiale, si apre per effetto della spinta dei fanghi di perforazione durante il loro passaggio.

L’asse di apertura del primo otturatore 4 è verticale e parallelo all’asse longitudinale del foro passante 82 dell’elemento di trivellazione 8.

Al termine della fase di afflusso di fango attraverso il gruppo valvolare 2 posto in corrispondenza dell’apertura radiale 84 dell’elemento di trivellazione 8, la mancanza di fango stessa farà in modo che il primo otturatore 4 si richiuda e vada in battuta sulla camicia 31C, corrispondente all’apertura d’uscita 3C del corpo valvola 3, per effetto del mezzo elastico, quale ad esempio una molla elicoidale. Successivamente, il dispositivo di apertura, automatico o semiautomatico, provvederà a traslare e ruotare nuovamente il secondo otturatore 6, in modo tale da andare a richiudere i percorsi o luci realizzate in precedenza, ritornando così alla configurazione iniziale, chiusa. La chiusura di tali luci è causata dall’ostruzione da parte del secondo otturatore 6 dell’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3, a seguito della traslazione e al serraggio stagno successivamente alla rotazione.

La roto-traslazione di detto secondo otturatore 6 avviene grazie ad un elemento di apertura il quale impegnandosi con almeno un elemento di presa 7, compreso in detto secondo otturatore 6, è in grado di movimentare fra le due configurazioni operative detto secondo otturatore 6. In particolare detto elemento di apertura è in grado di ruotare detto secondo otturatore 6 e, sempre lo stesso elemento di apertura, è in grado di estrarre, senza rimuovere, il secondo otturatore dalla propria sede, ad esempio agendo su detto almeno un elemento di ritenuta 62 oppure applicando una forza di trazione sullo stesso secondo otturatore 6.

Preferibilmente, detto almeno un elemento di presa 7 è posto esternamente al corpo valvola 3, al fine di poter interagire con detto dispositivo di apertura, come chiaramente visibile ad esempio dalle figure 1B, 2B, 5A, 6A.

Ancor più preferibilmente, detto almeno un elemento di presa 7 è in numero di quattro disposti equi - distanziati lungo una circonferenza, come visibile nelle figure 5A e 6A.

Detto almeno un elemento di ritenuta 62 comprende preferibilmente un mezzo elastico 622 atto a mantenere in una configurazione desiderata detto secondo otturatore 6, ad esempio chiusa.

Nella forma di realizzazione illustrata detto mezzo elastico 622 agisce su detto elemento di ritenuta 62 in modo tale che, in assenza di forze esterne, in particolare atte ad estrarre il secondo otturatore 6, lo stesso secondo otturatore 6 ostruisca l’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3, grazie ad un pre-carico di detto mezzo elastico 622. Tale caratteristica aumenta notevolmente l’efficienza della fase di chiusura e la relativa sicurezza del gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione. Detto mezzo elastico 622 è preferibilmente una molla elicoidale.

Nelle figure 1C, 2C è illustrata una terza forma di realizzazione in cui in prossimità dell’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3 è atto ad operare detto secondo otturatore 6. Nella configurazione operativa chiusa, detta apertura d’ingresso 3A è ostruita da detto secondo otturatore 6 che s’inserisce fra l’apertura d’ingresso 3A ed il condotto 3B. Detto secondo otturatore 6 è ad esempio a saracinesca. Detto secondo otturatore 6 è montato in modo da traslare o roto-traslare essenzialmente lungo un asse, preferibilmente lungo un asse parallelo all’asse di rotazione “Y” di detto primo otturatore 4, come ad esempio visibile nelle figure 1C, 2C, 7A e 8A.

Detto otturatore 6 trasla o roto-trasla in un alloggiamento 61, preferibilmente un’intercapedine. Detto alloggiamento 61 è ricavato nel corpo valvola 3 oppure fra la parete esterna del corpo valvola 3 e una parete di un elemento di trivellazione 8. Nella presente forma di realizzazione, come illustrato nelle figure allegate ed in particolar modo evidente nelle figure 7B e 8B, il corpo valvola 3 è di forma cilindrica cava, definendo un’apertura assiale, la quale sarà coincidente all’apertura assiale 82 dell’elemento di trivellazione 8 a cui sarà associato. In corrispondenza della faccia interna è compresa l’apertura d’uscita 3C, mentre l’apertura d’ingresso 3A è posta sulla faccia esterna. Detto secondo otturatore 6 è posto coassiale a detto corpo valvola 3 in modo tale che possa ruotare e/o traslare rispetto a detto corpo valvola 3, in particolare rispetto ad un asse parallelo a detto asse “Y”. Preferibilmente, il secondo otturatore 6 è interposto fra due porzioni del corpo valvola 3, in particolare fra una prima porzione 33, in cui è compresa l’apertura d’uscita 3C, ed una seconda porzione 35, in cui è compresa detta apertura d’ingresso 3A. Nel dettaglio, come visibile nelle figure 7B e 8B, la prima porzione 33, il secondo otturatore 6 e la seconda porzione 35 sono realizzati da tre cilindri concentrici. Detta seconda porzione 35 può essere la stessa struttura esterna dell’elemento di trivellazione 8. Detto secondo otturatore 6 è in grado di muoversi relativamente a dette due porzioni (33, 35) del corpo valvola 3.

Detto secondo otturatore 6 comprende almeno un secondo orifizio 60, preferibilmente uno solo di forma circolare.

Nella presente forma di realizzazione, detto almeno un secondo elemento di ritenuta 62 è una guida, ad esempio realizzata o ricavata sulla seconda porzione 35 del corpo valvola 3, cui si innesta l’elemento di aggancio 7, quest’ultimo fissato in modo rigido a detto secondo otturatore 6, come visibile nelle figure 7C e 8C. Detto secondo elemento di ritenuta 62 è preferibilmente una guida, ancor più preferibilmente è una scanalatura come visibile nelle figure 1C, 2C, 7A e 8A.

Detto secondo elemento di ritenuta 62 è atto a guidare detto elemento di aggancio 7 in modo tale da traslare o roto-traslare attorno ad un asse, ad esempio perpendicolare a detto primo asse “X”, al fine di permettere la traslazione o roto-traslazione del secondo otturatore 6 lungo sostanzialmente un asse parallelo all’asse di rotazione “Y”. Detta traslazione o roto-traslazione consente al secondo otturatore 6 di disimpegnare l’apertura d’ingresso 3A, ad esempio fuoriuscendo dal condotto 3B, oppure affacciando detto secondo orifizio 60 con l’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3 e con il condotto 3B.

Detto secondo elemento di ritenuta 62 consente al secondo otturatore 6 di compiere un movimento traslatorio o roto-traslatorio, essenzialmente lungo un asse parallelo a detto asse di rotazione “Y”. Nelle forme di realizzazione preferita detto secondo otturatore 6 ruota per un angolo di rotazione predeterminato compreso fra 0 e 90° e contestualmente trasla sostanzialmente lungo un asse parallelo a detto asse “Y”, generando un percorso dei fanghi “p” tale da consentire il passaggio dei fanghi di perforazione.

La traslazione o roto-traslazione di detto secondo otturatore 6 permette generare un percorso dei fanghi “p”, tramite cui i fanghi di perforazione possono scorrere, come ad esempio illustrato nelle figure 1C, 8A e 8B.

Il secondo elemento di ritenuta 62 è conformato in modo tale che l’elemento di aggancio 7 possa essere movimentato al fine di consentire il passaggio del secondo otturatore 6 fra le due configurazioni operative.

Come visibile nelle figure 7C e 8C, detto elemento di ritenuta 62 comprende due tratti orizzontali, disallineati fra loro, interconnessi da un tratto inclinato, almeno rispetto ad uno di essi.

Detti due tratti orizzontali consentono rispettivamente di mantenere il secondo otturatore in una configurazione operativa, aperta o chiusa. Il tratto inclinato è tale da consentire, tramite l’elemento di aggancio 7, di traslare o roto-traslare il secondo otturatore 6. Detto elemento di ritenuta 62 definisce la corsa della traslazione o roto-traslazione che il secondo otturatore 6 può compiere, come chiaramente visibile nelle figure 7C e 8C.

Per consentire l’afflusso del fango di perforazione durante le fasi di alimentazione in direzione radiale di un elemento di trivellazione 8, il quale ospita il gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione, il secondo otturatore 6 viene fatto traslare o roto-traslare rispetto alle porzioni (33, 35) del corpo valvola 3 compiendo un movimento sostanzialmente lungo detto asse “Y”, in modo tale da aprire almeno un passaggio o luce di adduzione. In particolare, detto passaggio o luce di adduzione si ottiene dall’affacciamento almeno parziale di un secondo orifizio 60 compreso nel secondo otturatore 6 con l’apertura d’ingresso 3A ed il condotto 3B del corpo valvola. La sezione di passaggio del fango attraverso l’apertura d’ingresso 3A del corpo valvola 3 è visibile nelle figure 8A e 8B.

La traslazione o roto-traslazione di detto secondo otturatore 6 è attuata da un dispositivo di apertura, automatico o semiautomatico.

Il primo otturatore 4, anche in questa forma di realizzazione è di tipo a cerniera o flap ed è preferibilmente normalmente chiuso, ad esempio per effetto di un pre-carico di un elemento elastico quale una molla elicoidale, compresa nel primo elemento di ritenuta 42.

Tutte le caratteristiche descritte nelle precedenti forme di realizzazione inerenti a detto primo otturatore 4 devono essere considerate valide anche per la seguente forma di realizzazione.

Al termine della fase di afflusso di fango attraverso il gruppo valvolare 2 posto in corrispondenza dell’apertura radiale 84 dell’elemento di trivellazione 8, la mancanza di fango stesso farà in modo che il primo otturatore 4 si richiuda e vada in battuta sulla camicia 31C, per effetto del mezzo elastico. Successivamente, il dispositivo di apertura, automatico o semiautomatico, provvederà a traslare o roto-traslare nuovamente il secondo otturatore 6, in modo tale da andare a richiudere i percorsi o luci realizzate in precedenza, ritornando così alla configurazione iniziale, chiusa. La chiusura di tali luci è causata dallo sfumare dell’affacciamento fra detto secondo orifizio 60 e l’apertura d’ingresso 3A e del condotto 3B del corpo valvola 3, a seguito della traslazione o rototraslazione.

La traslazione o roto-traslazione di detto secondo otturatore 6 avviene grazie ad un elemento di apertura il quale impegnandosi con almeno un elemento di presa 7, compreso in detto secondo otturatore 6, è in grado di movimentare fra le due configurazioni operative detto secondo otturatore 6. In particolare detto elemento di apertura è in grado di traslare o roto-traslare detto secondo otturatore 6.

Preferibilmente, detto almeno un elemento di presa 7 è posto esternamente al corpo valvola 3 ma interno rispetto al profilo del corpo di trivellazione 8, al fine di poter interagire con detto dispositivo di apertura, come chiaramente visibile ad esempio dalle figure 7C e 8C.

Ancor più preferibilmente, detto almeno un elemento di presa 7 è uno solo.

In tutte le forme di realizzazione, detto secondo otturatore 6 rimane sempre associato a detto corpo valvola 3 senza essere rimosso dallo stesso corpo valvola.

Detto elemento di trivellazione 8 è di forma sostanzialmente cilindrica e, come sopracitato, comprendente un foro longitudinale assiale 82 ed un’apertura radiale 84 a cui è associata un gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione.

Detto elemento di trivellazione comprende una valvola assiale 9, posta in corrispondenza del foro longitudinale assiale 82. Detta valvola assiale 9 è preferibilmente una valvola a cerniera o flap atta ad ostruire il transito dei fanghi di trivellazione in una direzione assiale, in special modo contraria ad una circolazione dei fanghi “f” quando detto gruppo valvolare 2 è aperto per la circolazione dei fanghi dall’apertura radiale 84, secondo il percorso dei fanghi “p”. La circolazione dei fanghi “f” è ad esempio illustrata nelle figure 7A, 9A, 9B.

Detta valvola assiale nella configurazione aperta è atta a posizionarsi in un alloggiamento 86 compreso nelle pareti del foro assiale 82 dello stesso elemento di trivellazione 8.

Non saranno descritti ulteriormente la valvola assiale 9 e l’elemento di trivellazione 8 poiché noti ad un tecnico del ramo.

Il gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione è in grado di operare con pressioni di lavoro di 7500 psi, con una portata di fango di perforazione compresa fra i 3500-4000 litri al minuto.

Il gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione e l’elemento di trivellazione 8 a cui viene associato il suddetto gruppo valvolare 2, è atto a migliorare la sicurezza della perforazione, mirata alla salvaguardia sia della vita delle persone, sia dell’ambiente sia dei dispositivi impiegati durante la trivellazione.

Il gruppo valvolare 2 è applicabile ad un qualsiasi elemento di trivellazione ed è in grado di essere impiegato in tutte le attività di perforazione di pozzi petroliferi.

Il gruppo valvolare 2, è applicabile a titolo esemplificativo e non limitativo in operazioni di trivellazione che impiegano aste di perforazione di diametro 5”, 5 1/2” e 5 7/8” ed elementi di trivellazione 8 di diametro 6 5/8”, 7”, 7 1/4” e 7 1/2”.

Il gruppo valvolare 2, è anche applicabile a titolo esemplificativo e non limitativo in operazioni di trivellazione che impiegano aste di perforazione di diametro 6 5/8” ed elementi di trivellazione 8 di diametro 8”, 8 1/4” e 8 1/2”.

Il gruppo valvolare 2 secondo la presente invenzione permette di mantenere il flusso del fango nella direzione voluta dall’operatore ed impedisce riflussi del fango di perforazione.

La possibilità di realizzare la circolazione continua durante la perforazione e di mantenere la pressione costante a fondo pozzo, anche durante il cambio dell’asta, ha i seguenti vantaggi:

- migliora la pulizia del foro dai detriti di perforazione, migliora la stabilità stessa della formazione, non subendo le pareti del foro in trivellazione stress legati alla variazione di pressione dovuti all’accensione o spegnimento della pompa di circolazione dei fanghi e, come conseguenza, previene le prese della batteria di trivellazione e pertanto riduce i tempi non produttivi (NPT, non productive time);

- elimina l’effetto “balloning” e facilita l’individuazione di un eventuale ingresso di fluidi di strato in pozzo, permettendo di intervenire in tempi rapidi sul problema, con un forte aumento della sicurezza;

- permette una trivellazione “near balance”, cioè con un peso del fango vicino al gradiente dei pori della formazione, facilitando il raggiungimento di target di giacimento talvolta inaccessibili con le tecnologie standard;

- riduce i tempi ed i costi di trivellazione.

Il gruppo valvolare 2, secondo la presente invenzione, permette il passaggio all’interno della batteria di aste di perforazione di uno o più strumenti necessari per le verifiche o gli interventi ritenuti necessari in caso di problematiche nella realizzazione del pozzo di trivellazione, o di svitare o addirittura tagliare un asta di perforazione nello stesso pozzo.

RIFERIMENTI NUMERICI:

Gruppo valvolare 2 Porzione di fissaggio 22 Corpo valvola 3 Apertura d’ingresso 3A Primo orifizio 31A Condotto 3B Apertura d’uscita 3C Camicia 31C Prima porzione 33 Seconda porzione 35 Primo otturatore 4 Primo elemento di ritenuta 42 Secondo otturatore 6 Secondo orifizio 60 Alloggiamento 61 Secondo elemento ritenuta 62 Mezzo elastico 622 Elementi di aggancio 7 Elemento di trivellazione 8 Foro assiale 82 Apertura radiale 84 Alloggiamento 86 Valvola assiale 9 Percorso dei fanghi “p” Primo asse “X” Asse di rotazione “Y”

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo valvolare (2) per l’apertura e la chiusura selettiva di un’apertura radiale (84) posta su un elemento di trivellazione (8) per la circolazione di fanghi di trivellazione; detto gruppo valvolare (2) comprende un corpo valvola (3), comprendendo un’apertura d’ingresso (3A) ed un’apertura d’uscita (3C), ed un condotto (3B) atto a porre in comunicazione tali aperture (3A, 3C) definendo un percorso dei fanghi (p); caratterizzato dal fatto di comprendere almeno due otturatori (4, 6) posti in cascata lungo la direzione del percorso dei fanghi (p), realizzando almeno una doppia barriera.
2. 2. Gruppo valvolare secondo la rivendicazione 1, in cui detti almeno due otturatori (4, 6) sono posti lungo uno stesso primo asse (X) e realizzano valvole normalmente chiuse.
3. 3. Gruppo valvolare secondo la rivendicazione 2, in cui un primo otturatore (4) è posto a valle lungo il percorso dei fanghi (p) rispetto ad un secondo otturatore (6); detto secondo otturatore (6) è azionabile automaticamente.
4. 4. Gruppo valvolare secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui un secondo otturatore (6) è amovibile dal gruppo valvolare (2).
5. 5. Gruppo valvolare secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto secondo otturatore (6) comprende almeno un elemento di aggancio (7) tramite cui un elemento di apertura è in grado di attivare o disattivare detto secondo otturatore (6).
6. 6. Gruppo valvolare secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l’azionamento di tale secondo otturatore (6) avviene tramite un movimento rotatorio.
7. 7. Gruppo valvolare secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l’azionamento di tale secondo otturatore (6) avviene tramite un movimento roto-traslatorio.
8. 8. Gruppo valvolare secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo otturatore (6) comprende un elemento di ritenuta (62) atto a consentire il movimento del secondo otturatore (6) fra una configurazione attiva, in cui ostruisce il condotto (3B) impedendo il passaggio dei fanghi di trivellazione, ed una configurazione disattiva, in cui consente il transito dei fanghi di trivellazione.
9. 9. Gruppo valvolare secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui è compresa una porzione di fissaggio (22) atta ad essere fissata o associata ad un elemento di trivellazione (8).
10. 10. Gruppo valvolare secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto primo otturatore (4) è una valvola a cerniera o flap.
11. 11. Gruppo valvolare secondo la rivendicazione 10, in cui detto primo otturatore (4) ruota attorno ad un asse di rotazione (Y) perpendicolare ad un primo asse (X) lungo cui sono sostanzialmente posti detto primo e secondo otturatore (4, 6), in cui detto asse di rotazione (Y) è parallelo all’asse longitudinale di un foro longitudinale assiale (82) compreso in un elemento di trivellazione (8) a cui tale gruppo valvolare è associato.
12. 12. Elemento di trivellazione (8) di forma sostanzialmente cilindrica comprendente un foro longitudinale assiale (82) ed un’apertura radiale (84), caratterizzato dal fatto che in corrispondenza dell’apertura radiale (84) è associato un gruppo valvolare (2) secondo una delle rivendicazioni dalla 1 alla 11.
13. 13. Elemento di trivellazione secondo la rivendicazione 12, comprendente una valvola assiale (9) posta in corrispondenza del foro longitudinale assiale (82).