MX2010011302A - Sistema de control de presion. - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema de control de fluido que incluye: un alojamiento que tiene en la entrada, una salida y una cámara de presión; un conjunto de lanzadera apto para moverse alternativamente en la cámara de presión para regular el flujo de un fluido de operación desde la entrada a la salida; el fluido de operación aplica una fuerza de apertura a un primer extremo del conjunto de lanzadera; un fluido de control para aplicar una fuerza de cierre a un extremo opuesto del conjunto de lanzadera; en donde el área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera, cuando está en una posición 'cerrada, es por lo menos 65% del área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta.

Description

SISTEMA DE CONTROL DE PRESIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Las modalidades reveladas en la presente son concernientes en general con un sistema de control de fluidos. Más específicamente, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un sistema de control de presión que tiene un área de contacto reducida entre componentes corriente arriba (dinámicos) y componentes corriente abajo (estáticos), tal como una tuerca de lanzadera y un asiente de válvula o un reborde estático, dando como resultado una sobretensión de presión reducida requerida para hacer mover inicialmente los componentes dinámicos desde una posición cerrada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Hay muchas aplicaciones en las cuales hay necesidad de controlar la contrapresión de un fluido que fluye en un sistema. Por ejemplo, en la preparación de pozos petroleros es acostumbrado sostener un tubo de perforación en barreno con un trépano en el extremo del mismo y a medida que el trépano se hace girar, hacer circular un fluido de perforación, tal como un lodo de. perforación, a través del interior de la columna de perforación hacia afuera del trépano y hacia afuera por el anulo de barreno a la superficie. Esta circulación de fluido es mantenida por el propósito de remover los cortes del barreno, para enfriar el trépano y para mantener, la presión hidrostática en el barreno para contrastar la formación de gases e impedir estallidos y los semejantes. En aquellos casos en donde el peso del lodo de perforación no es . suficiente para ' contener la presión del fondo del agujero en el pozo, se hace necesario aplicar .contrapresión adicional sobre el lodo de perforación en la superficie para compensar la cadencia de cabeza hidrostática y mediante esto mantener el pozo bajo control. Asi, en algunas instancias, un dispositivo de control de contrapresión es montado en la linea de flujo de retorno para el fluido' de perforación .

Los dispositivos de control de contrapresión son también necesarios para controlar "patadas" en el sistema provocados por la introducción de agua de sal o formación de gases al fluido de perforación que pueden conducir a una condición de estallido. En estas situaciones, una contrapresión adicional suficiente debe ser impuesta sobre el fluido de perforación, de tal manera que el fluido de formación es contenido en el pozo controlado hasta que el fluido o lodo más pesado se puede hacer circular a la columna de perforación y hacia arriba por el anulo para cerrar el pozo. También es deseable evitar la creación de contrapresiones excesivas que podrían provocar que la columna de perforación se pegue o provocar daños a la' formación, el ademe del pozo o el equipo de cabeza de pozo.

Sin embargo, el mantenimiento de una contrapresión óptima sobre el fluido de perforación es complicada por variaciones en ciertas características del fluido de perforación a medida que pasa a través del dispositivo de control de contrapresión. Por ejemplo, la densidad del fluido puede ser alterada por la introducción de desechos o gases de formación y/o la temperatura y volumen del fluido que entra al dispositivo de control pueden cambiar. Por consiguiente, la contrapresión deseada no será obtenida hasta que cambios apropiados sean realizados en la regulación del fluido de perforación expuesta a- estas condiciones cambiadas. Los dispositivos convencionales, tal como un regulador, requieren en general control manual de y ajustes al orificio del dispositivo de control de contrapresión para mantener la contrapresión deseada. Sin embargo, el control manual del dispositivo de regulación involucra un tiempo de retardo y en general es inexacto.

La patente estadounidense No. 4,355,784 revela un aparato y método para controlar la contrapresión de un fluido de perforación en el - medio ambiente anterior que trata a los problemas resumidos anteriormente. De acuerdo con esta disposición, una lanzadera perfectamente equilibrada se mueve en un alojamiento para controlar el . flujo y la contrapresión del fluido de perforación. Un extremo del conjunto de lanzadera está expuesto a la presión de fluido de perforación y su otro extremo está expuesto a la presión de un fluido de control.

La patente estadounidense No. 6,253,787 revela un dispositivo de regulación que opera automáticamente para mantener una contrapresión predeterminada sobre el fluido que fluye a pesar de cambios en la condiciones del fluido. Como se describe en la misma, para mantener el control exacto desdé la contrapres.ión aplicada durante el lanzamiento, una contrapresión debe ser ejercida sobre el conjunto de lanzadera por un fluido de control. La presión del .fluido en el pasaje de entrada actúa sobre un extremo correspondiente del conjunto de lanzadera con la misma fuerza impuesta sobre el otro extremo del conjunto de lanzadera por el fluido de control.

Refiriéndose ahora a la figura 1, se ilustra un diseño del arte previo de un sistema de control de contrapresión 10 que tiene una tuerca 50, similar a aquel como se ilustra en la figura 1 de la patente estadounidense no. 7,004,448. Durante el lanzamiento, la presión del fluido de operación de la cámara- 16 puede actuar sobre la superficie 50a y cualquier superficie expuesta en el extremo de la lanzadera 40. Las fuerzas aplicadas a la tuerca de lanzadera 50 y lanzadera 40 por el fluido de operación de la cámara 16 pueden ser equilibradas con la presión de un fluido de control en las cámaras 46a, 46b.

En tanto que es suficiente para equilibrar las presiones, durante el lanzamiento, cuando el conjunto de lanzadera está en una posición plenamente cerrada la superficie 50a se empalma a la superficie 70 del reborde estático y otros componentes corriente abajo, de tal manera que el fluido de operación en la cámara 16 puede solamente actuar sobre la porción expuesta de la lanzadera 40. Asi, para moverse desde una posición plenamente cerrada a una posición abierta, se puede requerir una sobrepresión de fluido de operación significativa. Por ejemplo, para un punto de ajuste de presión de lOOpsig (esto es una presión del fluido de control de 7 Kg/cm2 (100 libras fuerza/pulgada cuadrada manométricas) en la cámara 46a), se puede requerir una presión del fluido de operación de hasta 35 ' Kg/cm2 (500 libras/pulgada cuadrada manométricas) para hacer mover el conjunto de lanzadera desde la posición plenamente cerrada. Tal sobre detención de presión es indeseable.

Asi, existe la necesidad de un sistema de control de contrapresión que tenga una detención de sobrepresión disminuida cuando se mueve desde una posición¦ plenamente cerrada para evitar la creación de una contrapresión excesiva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un sistema de control de fluido que incluye: un alojamiento que tiene una entrada, una salida y una cámara de presión; un conjunto de lanzadera apto para moverse alternativamente en cámara de presión para regular el flujo de un fluido de operación desde la entrada a la salida; el fluido de operación aplica una fuerza de apertura a un primer extremo del conjunto de lanzadera; un fluido de control para aplicar una fuerza de cierre a un extremo opuesto del conjunto de lanzadera; en donde el área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera, cuando está en una posición cerrada, es por lo menos 65% del área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta.

En otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con sistema de control de fluido que incluye: un alojamiento que tiene un pasaje de entrada, una perforación axial, una porción de la cual forma una pasaje de salida y una cámara; un conjunto de lanzadera apto para movimiento en el alojamiento para conservar el flujo del fluido desde el pasaje de entrada al pasaje de salida, el fluido aplica una fuerza a un primer extremo del elemento de regulación; una fuente de fluido de control conectada a la cámara, de tal manera que el fluido de control aplica una fuerza igual sobre el extremo opuesto del conjunto de lanzadera para controlar la posición del elemento de regulación en el alojamiento, de tal manera para ejercer- una contrapresión sobre el fluido en el pasaje de entrada; el conjunto de lanzadera incluye una tuerca de lanzadera dispuesta próxima al primer extremo para retener los componentes del conjunto de lanzadera, la tuerca de lanzadera incluye por lo menos dos superficies que proveen un área de presión de fluido de operación, las por lo menos dos superficies incluyen: un resalto elevado' para acoplarse con un elemento de asiento cuando el conjunto de lanzadera está en una posición cerrada y para proveer un área de presión de fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está en una posición abierta; por lo menos una superficie para proveer áreas de presión de fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está ya sea en posición abierta o en posición cerrada; en donde el área de presión de fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está en la posición cerrada es por lo menos 65% del área de presión del fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está en la posición abierta.

Otros aspectos y ventajas serán evidentes a partir de la siguiente descripción y las verificaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de control de contrapresión del arte previo.

La figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de control de fluidos de acuerdo con modalidades reveladas en la' presente.

La figura 3a (vista superior), 3b (sección trasversal) y 3c (vista detallada) son diagramas esquemáticos de una tuerca de lanzadera¦ para un sistema de control de fluidos de acuerdo con modalidades reveladas en la presente.

La figura 4 es un diagrama esquemático en vista superior de una tuerca de lanzadera de acuerdo con modalidades reveladas en la presente.

La figura 5 es un diagrama esquemático de un sistema de control de fluidos de acuerdo con modalidades reveladas en la presente.

La figura 6 es una representación gráfica de una sobretensión de presión que puede ser encontrada con un sistema de control de arte previo.

La figura 7 es una representación gráfica de la sobretensión de presión mínima que puede ser obtenida con un sistema de control de presión de acuerdo con modalidades reveladas en la presente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En un aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un sistema de control de fluidos. En otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un sistema · de control de contrapresión que tiene una sobretensión de presión baja cuando se mueve desde una posición plenamente cerrada a una posición abierta. En otro aspecto, las modalidades reveladas en la presente son concernientes con un sistema de control de contrapresión que tiene un área de contacto reducida entre componentes corriente arriba (dinámicos) y componentes corriente abajo (estáticos) . En otro aspecto las modalidades reveladas én la presente son concernientes con un sistema de control de contrapresión que tiene un área de contacto disminuida entre una tuerca de lanzadera y un reborde estático.

Sistemas de control de fluido útiles en modalidades reveladas en la presente pueden incluir varios componentes dinámicos. y estáticos que interactúan durante la operación del sistema de control de contrapresión. La posición de los componentes dinámicos, similar al control de contrapresión de la patente estadounidense No. 6,253,787, pueden resultar en base a las presiones de un fluido de control y un fluido de operación que actúan sobre extremos opuestos de los componentes dinámicos. La manera en la- cual los componentes dinámicos y estáticos interactúan cuando el elemento de regulación está en una posición plenamente cerrada se ha encontrado que tiene un impacto profundo sobre la operación del sistema de control de contrapresión. Específicamente, se ha encontrado que el área de contacto excesiva entre los componentes dinámicos y componentes estáticos puede dar como resultado una presión de fluido de operación excesiva para provocar un movimiento inicial de los componentes dinámicos desde la posición plenamente cerrada.

Las modalidades de los sistemas de control de fluidos revelados en la presente pueden proveer un área de contacto disminuida entre componentes dinámicos y estáticos cuando están en una posición cerrada. El área de contacto disminuida puede permitir área superficial adicional de los componentes dinámicos a ser expuesta cuando el sistema de control de contrapresión está en una posición cerrada. Esto incrementa el área superficial disponible para que el fluido de operación-actúe sobre la misma, equilibrando asi más substancialmente con el área superficial disponible sobre la cual el fluido de control actúa, disminuyendo la presión del fluido de operación requerida para provocar el movimiento inicial de los componentes dinámicos desde la posición plenamente cerrada.

El área de contacto disminuida entre los componentes dinámicos y estáticos y la dimensión de presión resultante requerida para hacer mover los componentes dinámicos desde una posición cerrada puede ser obtenida al modificar uno o más de los componentes dinámicos y los componentes estáticos de acuerdo con las modalidades reveladas en la presente. La figura 2 - 4 y el texto relacionado describe varias modificaciones a componentes dinámicos es decir la tuerca de lanzadera, de acuerdo con modalidades reveladas en la presente. La figura 5 y el texto relacionado describen modificaciones a componentes estáticos, es decir un asiento de válvula o un reborde estático, de acuerdo con modalidades reveladas en la presente.

En el sentido más amplio los sistemas' de control de fluidos de acuerdo con modalidades reveladas en la presente pueden incluir un alojamiento que tiene una entrada, una salida y una cámara de presión. Un conjunto de lanzadera apto para moverse alternativamente en la cámara de presión puede ser usado para regular el flujo de un fluido de operación desde la entrada a la salida, en donde el fluido de operación aplica una fuerza de apertura a un primer extremo del conjunto de lanzadera. Se puede usar un fluido de control para aplicar una , fuerza de cierre a un extremo opuesto del conjunto de lanzadera.

Cuando está en una función abierta, el fluido de operación puede aplicar una fuerza al primer extremo del conjunto de lanzadera, en donde toda el área superficial del primer extremo está disponible para que el equilibrio de operación aplique una fuerza. Cuando está en una posición cerrada, una porción del primer extremo del conjunto de lanzadera puede estar en contacto de superficie a superficie con una porción de los componentes estáticos. El área superficial del primer extremo del conjunto de lanzadera en contacto con los componentes estáticos no está asi disponible para que el fluido de operación aplique una fuerza.

Cuando está en una posición cerrada, para modalidades de sistema de control de fluidos descritos en la presente, un área de presión de fluido de operación de primer extremo del conjunto de lanzadera es un porcentaje seleccionado del área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta. Como se usas en la presente, "área de presión de fluido" es usado para referirse a la suma de todas las áreas superficiales sobre las cuales el fluido, de operación o control pueden aplicar una ' fuerza componente paralela al eje de movimiento del conjunto de lanzadera. El porcentaje seleccionado puede ser de tal manera que una presión seleccionada mayor que el fluido de control puede ser requerida para hacer mover el conjunto de lanzadera desde una posición plenamente cerrada. Por ejemplo, cuando están en una posición plenamente cerrada, para un área de presión del cierre de operación, el 75% aquellas del área de presión del fluido de operación cuando está en una posición abierta, una presión' aproximadamente a 33% mayor que el punto de ajuste del fluido de operación puede ser requerida para hacer mover el conjunto de lanzadera desde la posición cerrada. En algunas modalidades, cuando ' está en una posición plenamente cerrada, el área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera puede tener un porcentaje seleccionado del área de presión del fluido de operación cuando está en una posición abierta de por lo menos 65%; entre 65 y 98% en otras modalidades; entre 70 y 95% en otras modalidades; entre 75 y 92% en otras modalidades y entre 80 y 90% en' todavía otras modalidades.

Cuando está en- una . posición abierta el área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera puede ser substancialmente igual al área de presión del fluido de control del extremo opuesto del conjunto de lanzadera, manteniendo asi una presión del fluido de operación aproximadamente igual a la presión del fluido de control. Asi, la presión del, punto de ajuste para el fluido de control se puede correlacionar directamente con la presión del fluido de operación. . ¦ ¦ El porcentaje seleccionado para el área de presión del fluido de operación puede ser obtenido al proveer un resalto elevado, canales de flujo u otros elementos similares, de tal manera que., cuando está en una posición cerrada, el fluido de operación puede aplicar presión a solamente una porción seleccionada del primer extremo del conjunto de lanzadera, el área de presión de fluido de operación. El área restante, del primer extremo cuando está cerrada, puede estar en contacto superficie a superficie con componentes de salida; tal como un asiento de válvula, un componente de desgaste o reborde estático o una porción del alojamiento. En algunas modalidades, el resalto elevado o canales de flujo pueden ser provistos, sobre el primer extremo del conjunto de lanzadera. En otras modalidades, el resalto elevado o canales de flujo pueden ser provistos sobre los componentes de salida. En todavía otras modalidades, tanto el primer extremo del conjunto de lanzadera como los componentes de salida puede incluir un resalto elevado o canales de flujo.

Varias modalidades del sistema de control de fluido descrito anteriormente son descritas a continuación con respecto a las figuras 2 - 5. Refiriéndose ahora a la figura 2, un sistema de control de fluido 10 que tiene una tuerca de lanzadera 80, de acuerdo con modalidades reveladas en la presente y detallado con respecto a la figura detallada 3a-3c, es ilustrado. El sistema de control de fluido 10 incluye un alojamiento 12 que tiene una . perforación axial 14 que se extiende a través de su longitud y que tiene un extremo de descarga 14a. Un pasaje de entrada que- se extiende radialmente 16 es también formado en el alojamiento 12 y se intercepta con la perforación 14. Bridas de conexión (no mostradas) pueden ser provistas en el extremo 14a de la perforación 14 y en el extremo de entrada de entrada del pasaje 16 para conectarlos a linea de flujo apropiadas. En fluido de perforación o fluido de formación de un pozo es introducido al pasaje de entrada 16, pasa a través del alojamiento 12 y se- descarga normalmente de extremo de entrada de la perforación 14 para su recirculación.

Un bonete 18 es asegurado al extremo del alojamiento 12 opuesto al extremo de , descarga 14a de la perforación 14. El bonete 18 es de sección transversal sustancialmente forma una T y tiene una porción cilindrica 18a que se extiende a la perforación 14 del alojamiento. Un anillo de sellado 19 se extiende en una hendidura formada en una superficie externa de la porción de bonete 18a y se acopla con una superficie interna correspondiente del alojamiento 12. El bonete 18 también incluye una porción transversal 18b que se extiende perpendicular a la porción cilindrica 18a y es sujetada al extremo correspondiente del alojamiento 12 de cualquier manera convencional .

Un mandril 20 es asegurado en la porción del extremo del bonete 18 y un anillo de sellado 22 se extiende entre la superficie externa del mandril y la superficie externa correspondiente del bonete. Un vástago 30 es montado deslizantemente en una perforación axial que se extiende a través del mandril 20 y un anillo de sellado 22 se extiende en una hendidura formada en la superficie interna del mandril que define la última perforación. El anillo de sellado 32 se acopla con la superficie externa del vástago 30 a medida que el vástago se desliza en la perforación del mandril 20 bajo condiciones a ser descritas. Una porción del extremo del vástago 30 se proyecta desde los extremos correspondientes del mandril 2 y el bonete 18 y la otra porción del extremo del vástago 30 se proyecta desde el otro extremo del mandril 20 y a la perforación 14.

En algunas modalidades, un separador 34 es montado en el último extremo del vástago 30 de cualquier manera conocida y es capturado entre 2 anillos de inserción 35a y 35b cuya función será descrita en detalle posteriormente en la presente. Un elemento de regulación cilindrico 36 es dispuesto en la perforación 14 con un extremo que se empalma al separador 34. El elemento de regulación 36 es mostrado en una posición de operación de la figura 1 y se extiende en la intervención de la perforación 14 con el pasaje de entrada 16 para controlar el flujo de fluido desde el último al primero, como se describirá.

Una lanzadera cilindrica 40 es montada deslizantemente sobre el mandril 20 y un anillo de sellado 42 se extiende en una hendidura formada en una superficie externa de mandril y se copla con una superficie interna correspondiente de la lanzadera. Similarmente, un anillo de sellado 44 se extiende en una hendidura formada en una superficie externa de la lanzadera 40 y se acopla con una superficie interna correspondiente del alojamiento 12. La lanzadera 40 tiene una porción de diámetro reducido 40a que define con la superficie interna del alojamiento 12, una cámara de fluido 46a. Otra cámara de fluido 46b es definida entre la superficie externa del mandril .20 y la superficie interna correspondiente de ' la porción de bonete 18a. Las cámaras 46a y 46b comunican y reciben un fluido de control desde un pasaje 48a formado a través del bonete 18. Se comprenderá que el pasaje 48a es conectado a un sistema hidráulico (no mostrado) para hacer circular el fluido de control a y desde el pasaje. En este contexto, el fluido de control es introducido al pasaje 48a y por consiguiente, las cámaras 46a y 46b, a una presión de punto de ajuste predeterminada deseada tal como se determina por un regulador de. presión de punto de ajuste y medida por un manómetro ubicado en una consola asociada. Puesto que el regulador de presión, el manómetro y la consola son convencionales no son mostrados y no serán descritos en ningún detalle adicional.

El fluido de control entra a las cámaras 46a y 46b y actúa contra las porciones del extremo opuestas correspondientes de la lanzadera 40. La lanzadera' 40 está diseñada para moverse, de tal manera que la fuerza provocada por la presión del fluido de control de las cámaras 46a y 46b a la presión del punto de ajuste predeterminada actúan sobre las porciones del extremo expuestas correspondientes de la lanzadera 40 es igual a la fuerza provocada por la presión del fluido de perforación o fluido de formación en pasaje 16 que actúa sobre las porciones del extremo expuestas correspondientes del otro extremo de la lanzadera 40 y la tuerca de lanzadera 80. Asi, la lanzadera 40 está normalmente en una posición equilibrada como se describirá. Un pasaje 48b es también formado a través de la porción de bonete 18 para purgar aire del sistema a través de una válvula de purga o los semejantes (no mostrados antes de la operación) .

La lanzadera 40 tiene una porción del extremo 40b roscada externamente de diámetro reducido que se extiende sobre una porción del elemento de regulación 36. Un anillo de sellado 49 se extiende en una hendidura formada en una superficie interna en la porción del extremo 40b' se acopla con una superficie correspondiente del elemento de regulación 36. Una tuerca de lanzadera roscada internamente 80, detallada en la figura 3a-3c, se acopla de manera roscada en la porción del extremo 40b de la lanzadera 40 y se extiende sobre una brida anular 36a formada sobre el elemento de regulación 36, para capturar el elemento de regulación sobre la lanzadera 40. La lanzadera 40, en algunas modalidades, también tiene dos hendiduras espaciadas formadas en su diámetro interno para recibir los anillos de inserción 35a y 35b. Por consiguiente, el movimiento axial de la lanzadera 40 sobre el mandril fijo 40 provoca el movimiento axial correspondiente del elemento de regulación 36 y por consiguiente el separador 34 y el vástago 30.

Dos revestimientos cilindricos 54a y 54b son provistos de la preparación 14 corriente hacia abajo en la intersección con el pasaje 16. Un asiento de regulación 56 es también dispuesto en la perforación corriente arriba del revestimiento 54b y un anillo de cerrado 58 se extiende en una hendidura formada en la superficie externa del asiento de regulación y se acopla con una porción correspondiente de la superficie interna del alojamiento 12. El asiento de regulación 56 y por consiguiente, los revestimientos 54a y 54b son retenidos en la perforación 14 por un elemento de moldura estático 60. Los revestimientos 54a y 54b y el asiento de regulación 56 definen un pasaje de descargas 62 en la perforación 14 del alojamiento 12 que se extiende desde la intersección de la perforación 14 y el pasaje 16 al extremo 14a de la perforación 14. El diámetro interno del asiento de regulación 56 es dimensionado en relación con diámetro externo del elemento de regulación 56 para recibir el mismo en un ajuste relativamente hermético.

La manufactura de componentes específicos del sistema de presión revelado ante la presente pueden variar de aquellos descritos en relación con la figura 2. Por ejemplo, en algunas modalidades, el mandril 20 y bonete 18 pueden ser formados en una sola parte, eliminando así la necesidad de un anillo de sellado 22. Adicionalmente, el separador 34 y la lanzadera 40 pueden ser manufacturados como una sola parte, eliminando así la necesidad de anillos de inserción 35a y 35b. Otra diferencia de manufactura menores con respecto a componentes del sistema de presión pueden también ser usados sin desviarse del cause de modalidades reveladas en la presente..

Refiriéndose a las figuras 3a-3c, se ilustra una modalidad de lanzadera 80. de acuerdo con modalidades reveladas en la presente, en donde los números semejantes representan partes semejantes. La figura 3a es una vista superior de la tuerca de lanzadera 80, que puede incluir un resalto elevado 82 y una superficie de brida 84. Refiriéndose ahora a la figura 36, como se menciona anteriormente, la tuerca de la lanzadera 80 incluye una porción tubular 86, que tiene una sección roscada interna 88 que se puede acoplar de manera roscada con la porción del extremo de la lanzadera 40. La superficie de brida interna 90 puede ser usada para extenderse sobre una brida anular formada sobre un elemento de regulación 36, para retener el elemento de regulación 36 en su lugar durante el lanzamiento de conjunto de lanzaderas. La hendidura 92 puede ser usada para retener juntas teóricas u otros elementos de sellado entre la tuerca de la lanzadera 80 y el elemento de regulación 36.

El área superficial expuesta total de la tuerca 80 que tiene un componente normal a el eje A del movimiento de lanzadera 40; por ejemplo, superficies normales a el eje A y superficies angulares con respecto el eje A, pueden permitir que el flujo de operación en la cámara 16 aplique una fuerza componente paralela al eje A. Como se ilustra en la figura 3b, el resalto elevado 82, superficie de brida 84 .y superficie ahusada 96 cada una puedan proveer un área superficial sobre la cual el fluido de operación puede actuar, impartiendo una fuerza paralela al eje A. Cuando la lanzadera 40 está en una posición de operación, toda el área superficial de la cara superior puede estar expuesta y disponible para que el fluido de operación actúe sobre la misma; cuando está en una posición plenamente cerrada, el resalto elevado 82 se puede empalmar con un componente corriente abajo, . disminuyendo asi el área superficial disponible total sobre la cual el fluido de operación puede actuar. La sobretensión de presión requerida para hacer mover en conjunto de lanzadera desde una posición plenamente cerrada disminuirá a medida que el área superficial disponible de la cara superior y otros componentes de la lanzadera se aproxima a la cantidad de área superficial sobre la cual el fluido de control puede actuar sobre el otro extremo de la lanzadera 40.

Refiriéndose a la ' figura 2-3, cuando está en una posición cerrada, el resalto elevado 82 se puede poner en contacto con una porción de superficie 94 de la moldura estática 56, formando una interfase de superficie a superficie que proporciona ' el cierre del sistema de control de contrapresión, cerrando o restringiendo severamente el flujo del fluido de operación de la cámara 16 a la cámara 62. Como es conocido para aquellos experimentados en el arte desechos, arena, granalla, etc., en el fluido de operación pueden dañar la superficie 82 cuando cierra contra la superficie 94, lo que puede limitar la habilidad del sistema de control de presión para eliminar completamente el flujo de la cámára 16 a la cámara 62.

Debido a los daños comúnmente obtenidos por los componentes del sistema de control de fluido, se creía previamente que un . área de contacto grande entre los componentes estáticos y dinámicos era requerida para mantener las operaciones del sistema de control de fluido, restringiendo el paso del fluido de la cámara 16 a la cámara .62, con una proporción de descarte o proporción de falla baja. Sin embargo, la operación del sistema de- control de fluidos 10 puede ser sostenida por periodos extensos, aún con el área de contacto reducida en modalidades del sistema de control definidos revelados én la presente. Los componentes de desgaste tales como la moldura estática 56 y la tuerca de lanzadera 80, pueden ser reemplazados después de que el desgaste es suficiente para impedir una eficiencia de control de presión. De esta manera, el reemplazo completo del sistema de control de contrapresión no es necesario y solamente se necesita el reemplazo de varios componentes se encuentran desgaste.

Refiriéndose otra vez a las figuras 3a y 3b, el resalto elevado 82 puede tener un espesor t que puede ser. definido como el diámetro externo ODRS del resalto elevado 82 menos el diámetro interno IDRS del resalto elevado 82. El ancho superficial total w de la superficie de brida 82, 84 puede ser definido como el diámetro externo ODFS de la superficie de brida 84 menos el diámetro interno IDRS del resalto elevado 82.

El área de contacto de superficie a superficie entre el resalto elevado 82 y la superficie 94 debe ser suficiente para proveer el cierre del sistema de control de contrapresión, y cada día debe ser suficiente para proveer desgaste en tanto se mantiene' la operabilidad del sistema de control de contrapresión sobre la vía de servicio respectiva de la tuerca de lanzadera 80. Adicionalmente, el área de contacto y la superficie expuesta deben proveer resistencia e integridad suficientes de la tuerca de lanzadera 80 y resalto elevado 82, de tal manera que la tuerca de lanzadera 80 y résalto elevado 82 puede sostener impacto repetido con la moldura estática durante la operación del sistema de control de contrapresión. En algunas modalidades, la proporción de espesor t del resalto elevado al ancho total w de la superficie de brida puede fluctuar de 0.01 a 0.35; de 0.02 a 0.25 en otras modalidades; de 0.03 a 0.2 en otras modalidades y de. 0.05 a 0.1 en todavía otras modalidades. De esta manera, el área superficial suficiente puede ser provista sobre la cual el fluido de operación puede actuar, disminuyendo la sobretensión de presión requerida para hacer mover el conjunto de lanzadera desde una posición plenamente cerrada.

Refiriéndose ahora a la figura 3c, el resalto elevado 82 se puede extender por una altura h por encima de la superficie de brida 84. La altura h también debe ser suficiente para permitir algún desgaste de la tuerca de lanzadera 80 en donde se mantiene una altura suficiente por encima de la superficie de brida 84. El desgaste excesivo del resalto elevado 82 puede dar como resultado una disminución del área de contacto de superficie a superficie entre la tuerca de lanzadera 80 y la moldura estática 86, dando como resultado asi una disminución en la presión requerida para hacer mover el conjunto de lanzadera desde una posición plenamente cerrada. En algunas modalidades, la altura h puede fluctuar de aproximadamente 0.75 mm a aproximadamente 6.5mm (aproximadamente 0.03 pulgadas a aproximadamente 0.25 pulgadas), que · puede depender el tamaño global del sistema de control de contrapresión y la severidad del servicio esperado, entre otras variables. En otras modalidades, la altura h puede fluctuar de aproximadamente 1.25 mm a aproximadamente 5 mm (aproximadamente 0.05 pulgadas a aproximadamente 0.2 pulgadas); de aproximadamente 2.5 mm a aproximadamente 3.8 mm (aproximadamente 0.1 pulgadas a aproximadamente 0.15 pulgadas) en todavía otras modalidades.

Como se ilustra en las figuras 3a-3c, la extensión tubular del resalto elevado 83 desde la superficie de brida 84 puedes ser ahusada con respecto al eje A. por ejemplo, la cara superior del resalto elevado 82 puede ser ahusada desde el resalto elevado 82 a la superficie de brida 84 a lo largo de la superficie 96, en los que la superficie 96 puede formar un ángulo a con respecto al eje A. El ángulo a puede fluctuar de aproximadamente 0° a aproximadamente 30° en algunas modalidades; de aproximadamente 5° a aproximadamente 25° en otras modalidades; de aproximadamente 10° a aproximadamente 20° en otras modalidades y aproximadamente 15° en todavía otras modalidades. La superficie 98 puede formar un ángulo similar con respecto al eje A, que puede ser el mismo o diferente de aquel formado por la superficie 96. Al ahusamiento usado para la superficie 98 debe corresponder al ahusamiento de la superficie externa de empalme del elemento de regulación 36 (véase figura 2) o puede ser usado para retener un sello, tal como una junta de TEFLON, entre elementos de regulación 36 y las tuercas de lanzadera 80.

Similarmente, refiriéndose ahora a la figura 4, se ilustra una vista superior de una tuerca de lanzadera o moldura estática que tiene canales de flujo. Una tuerca de lanzadera 100, por ejemplo puede incluir un resalto elevado 102 sin dar aquellos descritos anteriormente. Además, se pueden proveer superficies elevadas adicionales 104 de diseño y/o configuración variada, de tal manera que un canal de flujo 106 entre superficies elevadas adicionales 104 proveen un área de presión del fluido de operación en tanto que la superficies elevadas adicionales 104 limitan el área de presión del fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está en posición cerrada. Aunque se ilustra en donde las superficies adicionales se proyectan hacia afuera desde el resalto elevado 102, otros diseños que proveen un área de flujo y que limitan el área de presión de fluido de operación son también consideradas, tal como un diseño en espiral o una colocación aleatoria de superficies elevadas.

Aunque se ilustra anteriormente con respecto a un resalto elevado sobre una tuerca de lanzadera, una disminución en el área de contacto entre la moldura estática y una tuerca de lanzadera puede ser obtenida al modificar la moldura estática. Refiriéndose ahora a la figura 5, una moldura estática 120 puede incluir un resalto elevado 122. Cuando está en una posición plenamente cerrada la cara superior 124 de una tuerca de lanzadera 126 se puede poner en contacto contra el resalto elevado 122 de la moldura estática 120, permitiendo asi que el fluido de operación en la cámara 16 actúe sobre la presión restante de la cara superior 124, tal como es el área superficial del espesar expuesto x.

Como se describe en relación con las figuras 2-5, las superficies elevadas provistas ya sea sobre conjuntos de lanzadera tal como la tuerca de lanzadera o sobre los componentes de salida, tales como la moldura estática, pueden ser usados para disminuir el área de contacto entre el conjunto de lanzadera y los componentes de salida, proporcionando un área superficial adicional sobre la cual el fluido de operación puede actuar deduciendo la sobretensión de la presión requerida para hacer mover el conjunto de lanzadera desde una posición plenamente cerrada. Otras modalidades de la presente revelación pueden incluir varios diseños de las partes componentes para dar como resultado un área superficial de teórica de lanzadera adicional sobre la' cual el fluido de operación puede actuar, deduciendo la sobretensión de presión. Por ejemplo, se pueden proveer resaltos elevados tanto en la tuerca de lanzadera como la moldura estática. Como otro ejemplo,' la tuerca de la lanzadera se puede empalmar con componentes corriente abajo diferentes a una moldura estática, tal como un asiento de regulación, cuando está en la posición plenamente cerrada; en tal instancia; el diseño de uno o ambos de componentes corriente abajo y la tuerca de lanzadera pueden ser modificados para proveer el área superficial de tuercas de lanzadera adicional. Sin consideración del diseño real, como se describe anteriormente, cuando está en una posición brevemente cerrada, el área de presión del fluido de operación, disponible sobre la cual el fluido de operación pude aplicar un componentes de fuerza paralelo al eje del movimiento de lanzadera da como resultado una disminución en la sobretensión de presión requerida para hacer mover la lanzadera desde una posición plenamente cerrada.

EJEMPLOS El desempeño de un. sistema de control de contrapresión de acuerdo con modalidades reveladas en . la presente, que incluyen un resalto elevado y áreas superficiales de respuesta incrementada cuando está en una posición plenamente cerrada, es comparado con un sistema de control de presión del arte previo, similar " a aquellos mostrados en la figura 1. En respuesta al cambio en varios parámetros de perforación, un cambio en el punto de ajuste para la contrapresión a ser mantenida por el sistema de control de presión es algunas veces reguerido para mantener la presión en el fondo del agujero por encima de un mínimo deseado, tal como 28 Kg/cm2 (400 libras fuerza/pulgada cuadrada manométricas) .

Refiriéndose ahora a la figura 6, el punto de ajuste de contrapresión para un sistema de control de presión del arte previo es incrementado inicialmente desde alrededor de 0 libras fuerza/pulgada cuadrada manométrica a aproximadamente 8.4 Kg/cm2 (120 libras fuerza/pulgada cuadrada manométricas), forzando así la lanzadera a una posición plenamente cerrada. La contrapresión del sistema se incrementa como resultado, retrasándose ligeramente detrás del cambio en el valor del punto de ajuste. Se requiere un cambio adicional en el valor del punto de ajuste y el incremento del punto de ajuste de 8.4 Kg/cm2 (120 libras fuerza/pulgada cuadrada manométricas) a aproximadamente 29.5 Kg/cm2 (420 libras fuerza/pulgada cuadrada manométricas) da como resultado una sobretensión de la contrapresión por aproximadamente 5.6 Kg/cm2 (80 libras fuerza/pulgada cuadrada) .

Refiriéndose ahora a la figura 7, el punto de ajuste de contrapresión para un sistema de control de presión de acuerdo con modalidades reveladas en la presente es incrementado de aproximadamente 0 libras fuerza/pulgada cuadrada manométrica a aproximadamente 8 . 4 Kg/cm2 ( 120 libras fuerza/pulgada cuadrada manométricas ) , forzando as i a la lanzadera a una posición plenamente cerrada . La contrapresión del sistema · se incrementa como resultado, retrasándose ligeramente detrás del cambio en el valor del punto de aj uste . Sin embargo , en contraste con el sistema' de control de presión del arte previo de la figura 6 , solamente se observa una sobretensión mínima en contrapresión con el sistema de control de presión de acuerdo con modalidades reveladas en la presente .

Como se describe anteriormente las modalidades de los sistemas de control de contrapresión revelados en la presente pueden proveer un área de contacto disminuida entre componentes corriente arriba (dinámicos) y componentes corriente abajo (estáticos) cuando están en una posición cerrada. Ventajosamente, las modalidades eliminadas en la presente pueden proveer una disminución en la presión requerida para abrir inicialmente el sistema de control de contrapresión desde una posición plenamente cerrada . La disminución resultante en presión requerida puede proveer operatividad mejorada de procesos conectados debidamente a sistemas de control de fluidos de acuerdo con modalidades reveladas en la presente .

En tanto que la revelación incluye un número limitado de modalidades, aquellos experimentados en el arte, teniendo el beneficio de esta revelación, apreciaran que otras modalidades pueden ser ideadas que no se desvían del alcance de la presente revelación . Así, el alcance debe estar limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas .

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de control de fluidos caracterizado porque comprende : un alojamiento que tiene una entrada una salida y una cámara de presión; un conjunto de lanzadera apto para moverse alternativamente en la cámara de presión para regular' el flujo de un fluido de operación desde la entrada a la salida; el fluido de operación aplica a una fuerza de apertura a un primer extremo del conjunto de lanzadera; un fluido de control para aplicar una fuerza de cierre a un extremo opuesto del conjunto de lanzadera; en donde el área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera, cuando está en una posición cerrada, es por lo menos 65% del área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta.

2. El sistema de control1 de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cuando está en una posición abierta, el área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera es substancialmente igual a un área de presión del fluido de * control del extremo opuesto del conjunto de lanzadera.

3. El sistema de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera, cuando está en una posición cerrada, es de entre 60 y · 95% del área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta.

4. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera, cuando está en una posición cerrada, es de entre 80 y 90% del área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta.

5. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer extremo del conjunto de lanzadera comprende un resalto elevado para acoplarse en un asiento de válvula.

6. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el primer extremo del conjunto de lanzadera comprende además por lo menos uno de un canal de flujo y una superficie elevada adicional.

7. El sistema de control de fluido de conformidad con lá reivindicación 5, caracterizado porque la proporción del espesor t del resalto elevado al ancho w del área de presión del fluido de operación está dentro del intervalo de 0.01 a 0.35.

8. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento comprende un asiento de válvula 'que tiene un resalto elevado para acoplarse con el primer extremo.

9. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el asiento de válvula comprende un componente de desgaste dispuesto en por lo menos una porción de la salida.

10. Un sistema de control de fluido caracterizado porque comprende: un alojamiento que tiene un pasaje de entrada, una perforación axial, una porción de la cual forma un pasaje de salida y una cámara; un conjunto de lanzadera, apto para moverse en el alojamiento para controlar el flujo del fluido desde el pasaje de entrada al pasaje de salida, el fluido aplica una fuerza al primer extremo del elemento de regulación; una fuente de fluido de control conectada a la cámara, de tal manera que el fluido de control aplica una fuerza igual sobre el extremo opuesto del conjunto de lanzadera para controlar la posición del elemento de regulación en el alojamiento, de tal manera para ejercer una contrapresión sobre el fluido en el pasaje de entrada; en conjunto de lanzadera comprende un conjunto de una -tuerca de lanzadera dispuesta próxima al primer extremo para retener componentes del conjunto de lanzadera la tuerca de lanzadera comprende por lo menos dos superficies que proveen un área de presión del fluido de operación, las por los menos dos superficies comprenden: un resalto elevado para . acoplarse con un implemento de asiento cuando el conjunto de la lanzadera está en una posición cerrada y para proveer un área de presión del fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está en una posición abierta; por lo menos una superficie para proveer área de presión de fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está ya sea en la posición abierta o en la posición cerrada; en donde el área de presión del fluido de operación, cuando el conjunto de lanzadera está en la posición cerrada, es por lo menos 65% del área de presión de fluido de operación cuando el conjunto de lanzadera está en la posición abierta.

11. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque, cuando está en una posición abierta, el área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de ' lanzadera es substancialmente igual a un área de presión del fluido de control del extremo opuesto del conjunto de lanzadera.

12. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera, cuando está en una posición cerrada, es de entre 60 y 95% del área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta.

13. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el área de presión del fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera, cuando está en una posición cerrada, es de entre 80 y 90% del área de presión de fluido de operación del primer extremo del conjunto de lanzadera cuando está en una posición abierta.

14. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la por lo menos una superficie para proveer área de presión del fluido de operación comprende además por lo menos una superficie elevada y por lo menos un canal de flujo.

15. El sistema de control de fluido de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la proporción del espesor t del resalto elevado al ancho w del área de presión del fluido de operación está dentro del intervalo de 0.01 a 0.35,.