DISCO DE RUPTURA ABOMBADO CON LÍNEA DE DESGARRO NO CIRCULAR DE PROFUNDIDAD VARIABLE Y CON UNA ÚNICA ARTICULACIÓN.

Disco de ruptura abombado con línea de desgarro no circular de profundidad variable y con una única articulación. Antecedentes de la invención Campo de la invención. [0001] La presente invención se refiere ampliamente a un aparato de verificación de integridad de fugas para su uso en la comprobación de conductos que transportan líquidos, y especialmente columnas de tubería multi-seccionales usadas en varias aplicaciones industriales y en pozos petrolíferos. Mas en particular, la invención pertenece a tal aparato y especialmente a un disco de ruptura frangible tensionado en avance que forma parte del mismo, en donde el disco de ruptura es de diseño cóncavo-convexo y tiene una línea de desgarro continua no circular formada en su cara cóncava. La línea de desgarro es de una profundidad continuamente variable alrededor de su circunferencia e incluye un segmento de leva proyectándose hacia fuera de mayor profundidad que explosiona primero y está en oposición directa a una parte de la línea de desgarro de menor profundidad que forma un área de bisagra para la zona de ruptura del disco evitando su separación de la parte de brida del disco tras el explosionado del disco. El aparato tiene particular utilidad para usarse en la comprobación de integridad de conexión entre secciones de conjuntos de tubería de pozos petrolíferos, pero igualmente puede usarse en operaciones petroquímicas y de refinerías de petróleo, así como en otros usos en los cuales se transporta un líquido bajo presión a través de un conducto o tubería. Descripción del estado de la técnica [0002] Para poner en funcionamiento un pozo petrolífero se introduce en el cuerpo del extractor un conjunto de tubería alargado y seccionado, conteniendo el conjunto de tubería una varilla de bombeo y el conjunto de bombeo. En extractores más profundos el conjunto de tubería podría extenderse miles de pies desde el nivel cero hasta la formación del petróleo. Las fugas en las juntas entre las secciones de conjuntos de tubería tienen un impacto significativo en la eficacia del bombeo y la producción del pozo petrolífero. En el pasado ha sido necesario a veces retirar la columna de tubería, localizar las fugas en las juntas y reparar el conjunto. Esto puede representar un gasto muy importante tanto en términos de costes de reparación como de tiempo de inactividad del pozo petrolífero. [0003] La patente USA número 5.996.696 describe un método y aparato para la comprobación de integridad contra fugas de tuberías de un pozo petrolífero dentro de su cubierta, eliminando así la necesidad de tener que retirar el conjunto para tal comprobación. El aparato de la patente `696 incluye una caja interpuesta entre las secciones de tuberías (habitualmente adyacentes a su extremo inferior próximo a la bomba y formación del pozo). La caja está equipada con un disco de ruptura metálico en una relación de cierre y bloqueo del fluido. Cuando se desea comprobar el conjunto se aplica una presión de fluido predeterminada contra el disco de ruptura. Si el conjunto de tubería esta suficientemente libre de fugas, el disco de ruptura se abrirá al nivel o por encima de la presión predeterminada. Por otro lado si existen fugas importantes se formará dentro del conjunto una presión insuficiente como para explosionar el disco. [0004] El diseño preferente del disco de ruptura expuesto en la patente `696 es un disco cóncavo - convexo que tiene una línea de desgarro discontinua formada en una cara de su parte abombada de ruptura. La discontinuidad en la línea de desgarro sirve de zona de bisagra para el disco. Mientras que el aparato y el método descrito en esta patente representan una significante innovación en el estado de la técnica, se ha encontrado que desde el punto de vista operativo el diseño del disco algunas veces no es óptimo. Como puede apreciarse un disco de ruptura útil en este contexto debe de explotar a unos niveles de presión deseados, o de lo contrario se obtendrán unos resultados de la prueba inexactos. Además el disco tras ser explosionado no debe fragmentarse y seguir permitiendo el paso totalmente bidireccional del fluido líquido a través del mismo. RESUMEN DE LA INVENCIÓN [0005] La presente invención soluciona los problemas arriba resaltados y proporciona un aparato mejorado para la comprobación de fugas para aplicaciones de líneas de suministro de líquidos, y especialmente conjuntos de tubería de pozos petrolíferos dando así más seguridad de verificación. Hablando en términos generales, el aparato de la invención incluye un soporte tubular adaptado para acoplarse a un conjunto de tubería de pozo petrolífero con un disco de ruptura dentro del soporte normalmente en relación de cierre respecto al paso central a través del soporte. El disco incluye una parte de brida exterior periférica anular con una primera cara anular, y una segunda cara anular opuesta y un margen circular interno, y una zona interior cóncavo convexa, generalmente semiesférica abombada por dentro de y proyectándose hacia fuera de la primera cara anular de la pieza de brida. La zona abombada tiene caras convexas y cóncavas opuestas y está provista de un margen circular exterior y una zona de transición unitaria, anular y transversalmente arqueada que se integra con y une el margen circular exterior de la zona abombada con el margen interior circular en la parte de brida. [0006] La zona abombada del disco está provista de una línea de desgarro no circular continua en su cara cóncava adyacente al margen exterior circular de la zona abombada en una relación con la zona de transición próxima y separada. La línea de desgarro tiene un segmento semicircular de mayor longitud y un segundo segmento de leva de la línea de desgarro generalmente curvilíneo de menor longitud respecto a la longitud de dicho segmento semicircular de 2 la línea de desgarro. El segmento de leva de la línea de desgarro se proyecta hacia afuera del diámetro del segmento mayor de la línea de desgarro y se ubica cercanamente adyacente y por dentro de la zona de transición. [0007] La línea de desgarro varía en profundidad a lo largo de su longitud y es de la mayor profundidad a lo largo del segmento de leva de la línea de desgarro y de la profundidad más llana en oposición sustancialmente directa al segmento de leva de la línea de desgarro. [0008] El disco puede abrirse bajo la influencia de una sobrepresión de líquido dirigida contra la cara cóncava del disco para permitir el que el líquido fluya más allá del disco. El segmento de leva de la línea de desgarro es de una profundidad relativa a la parte restante de la línea de desgarro como para permitir al segmento de leva de la línea de desgarro saltar primero bajo el efecto de presión del líquido mientras el segmento mayor de la línea de desgarro es de una profundidad variable, lo que permite a la zona de ruptura girar a una posición de ruptura totalmente abierta sin con ello forzar la pieza de bisagra de la línea de desgarro. Tras la ruptura de la zona abombada y la total apertura del disco, el borde de la zona de ruptura central está dispuesto en una relación generalmente perpendicular con respecto a la pieza de brida del disco. [0009] El soporte tubular está provisto de una estructura de tabiques laterales para que generalmente recibir complementariamente y permitir una total apertura del disco de ruptura bajo la sobrepresión del líquido para con ello permitir el flujo total del líquido a través del soporte tubular tras la ruptura del disco. Se ha encontrado que los discos de este tipo proporcionan uno resultados de prueba mejorados, comparándolos con diseños anteriores, mientras que permiten un flujo totalmente bidireccional del líquido a través del soporte tras la ruptura del disco. [0010] La provisión de la línea de desgarro continua no circular en la cara cóncava del disco permite una ruptura y apertura del disco fiable debido al hecho de que cuando ocurre la ruptura, se separan mutuamente las superficies de las paredes interconectadas que definen la línea de desgarro. Esto debe contrastarse con la situación más habitual en donde la(s) línea(s) de desgarro en discos de ruptura se forman en su cara lejos del contacto con el producto y/o la presión. En semejante situación, las superficies de las caras que definen la línea de desgarro del disco durante la ruptura se desplazan las unas hacia las otras. [0011] La pieza de leva curvilínea de la línea de desgarro, y la que posee la mayor profundidad se proyecta mas allá de la circunferencia de la pieza circular principal de la línea de desgarro y actúa algo así como de leva o palanca para asegurar una apertura fiable del disco a presiones del orden de alrededor de 10,34 MPa a unos 13,80 Mpa. Las presiones de apertura en esa magnitud son difíciles de alcanzar en discos que tienen un diámetro nominal... [Seguir leyendo]

1. Aparato (36) para verificar la integridad de una columna (26) de tubería seccional por dentro de una cubierta (22) de un pozo petrolífero, comprendiendo dicho aparato un soporte tubular (38, 40) que muestra un paso a través del mismo y que posee unos extremos opuestos abiertos, habiéndose adaptado uno de dichos extremos del soporte para su fijación a un extremo de una sección del conjunto (32) de tubería; y un disco de ruptura (42) dentro de dicho soporte (38, 40) normalmente en relación de cierre con dicho paso, incluyendo en ello dicho disco (42) una parte de brida (49) periférica anular que posee una primera cara anular, y una segunda parte de brida (49) periférica anular opuesta y un margen interior (54) circular, una zona interior (51) cóncavoconvexa, por lo general abombada hemiesféricamente por dentro y proyectándose hacia afuera de dicha primera cara anular de la parte de brida (49) teniendo dicha zona abombada (51) unas caras opuestas convexa (50) y cóncava (48) y provistas de un margen circular exterior (56) y una zona (52) unitaria anular de transición transversalmente arqueada integrada en y uniendo el margen (56) circular exterior de la zona abombada con el margen circular interno (54) de la parte de brida (54), estando caracterizada dicha zona abombada (51) por -una línea (58) continua de desgarro en su cara cóncava (48) adyacente al margen exterior circular (56) de la zona abombada (51) en relación próxima separada de dicha zona de transición (52), teniendo dicha línea (58) de desgarro un segmento (62) semi-circular (60) de mayor longitud, y un segmento (62) de leva de la línea de desgarro por lo general curvilíneas de longitud menor respecto de la longitud de dicho segmento semicircular (60) de la línea de desgarro, proyectándose dicho segmento (60) mayor de la línea de desgarro hacia afuera del diámetro de dicho segmento (60) mayor de la línea de desgarro y ubicándose por dentro de dicha zona de transición (52), variando dicha línea de desgarro (58) en profundidad a lo largo de su longitud, siendo la línea de desgarro de la mayor profundidad a lo largo de dicho segmento (62) de la línea de desgarro (62) y de la menor profundidad en oposición sustancialmente directa a dicho segmento (62) de la línea de desgarro para definir una parte de bisagra (81) de la línea de desgarro, pudiéndose en ello abrir dicho disco (42) bajo la influencia de un líquido a presión dirigido contra la cara cóncava (48) del disco para permitir que el líquido fluya mas allá del disco, siendo el segmento (62) de la línea de desgarro de una profundidad relativa a la parte restante de la línea de desgarro para provocar que el segmento (62) de leva de la línea de desgarro sea el que primero explosione bajo la influencia del líquido a presión mientras que el segmento (60) mayor de línea de desgarro es de profundidad variable, lo que permite a la zona de explosión (64) girar hacia una posición de ruptura totalmente abierta sin forzar la parte (81) de la línea de desgarro con el extremo de la zona de explosión (64) dispuesta en relación generalmente perpendicular a dicha parte de brida (49) de dicho disco, habiéndose provisto dicho soporte tubular (38, 40) de una estructura (98) de tabiques laterales configurada para por lo general recibir complementariamente y permitir una abertura completa suficiente del disco de ruptura (42) bajo dicha sobrepresión del líquido, para con ello permitir el flujo total bidireccional sustancialmente libre de obstáculos del líquido a través del soporte tubular (38, 40) tras la ruptura del disco (42). 2. Aparato según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho segmento (62) de la línea de desgarro es de una configuración por lo general en forma de U. 3. Aparato según la reivindicación 2 caracterizado porque dicho segmento de leva (62) de la línea de desgarro tiene una parte de base (66) arqueada y dos partes de soporte (68, 70) opuestas que divergen hacia el exterior que se funden con los extremos opuestos (76, 78) del segmento (60) mayor de la línea de desgarro. 4. Aparato según la reivindicación 1 caracterizado porque dicha línea de desgarro (58) continuamente varía en profundidad en direcciones opuestas desde dicha parte de charnela (81) del segmento de línea de desgarro de mayor tamaño (60) al punto central del segmento (62) de leva de la línea de desgarro. 5. Aparato según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho segmento (62) de leva de la línea de desgarro es de un 30% a un 70% del grosor del disco (42). 6. Aparato según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho disco (42) tiene un grosor de 0,254 mm a 1,905 mm (0,010 in. a 0,075 in.) 7. Aparato según la reivindicación 6 caracterizado porque dicho disco (42) tiene un grosor de desde 0,356 mm a 1,27 mm (0,014 in. a 0,050 in.) 8. Aparato según la reivindicación 6 caracterizado porque dicho disco (42) tiene un grosor de 0,762 mm ( 0,030 in.) 9. Aparato según la reivindicación 1 caracterizado porque la profundidad de dicho segmento (62) de la línea de desgarro en el punto de mayor profundidad es desde 0,0254 mm a 0,102 mm (0,001 in. a 0,004 in.) más profundo que la profundidad mas llana de la parte de bisagra (81) del segmento mayor (60) de la línea de desgarro. 10. Aparato según la reivindicación 9 caracterizado porque la profundidad del segmento (62) de levas de la línea de SCOE en el punto de mayor profundidad es de 0,0508 mm (0,002 in.) más profundo que la profundidad mas llana de la parte de bisagra (81) del segmento mayor (60) de la línea de desgarro. 7   11. Disco de ruptura (42) unitario tensionado en avance adaptado para montarse en un soporte tubular (38, 40) de disco de ruptura en relación de cierre con un paso central de fluidos a través del soporte, y en el cual el paso del soporte es de unas dimensiones tales que acomodan la total apertura del disco, incluyendo dicho disco una parte de brida (49) anular periférica exterior que posee una primera cara anular, una segunda cara anular opuesta y un margen circular interno (54), una zona interna (51) cóncavo-convexa por lo general abombada hemisférica por dentro de y proyectándose hacia afuera de dicha primera cara anular de la parte de brida (49), teniendo dicha zona abombada (51) unas caras opuestas convexa (50) y cóncava (48) y provista de un margen (56) externo circular, y una zona de transición (52) unitaria anular transversalmente arqueada integrada en y conectando el margen circular exterior (56) de la zona abombada (51) con el margen circular interior (54) de la parte de brida (49), estando dicho disco (42) caracterizado por una línea de desgarro (58) continua en la cara cóncava (48) de dicha zona abombada (51) adyacente al margen circular exterior (56) de la zona abombada en relación próxima separada de dicha zona de transición (52), teniendo dicha línea de desgarro (58) un segmento semicircular (60) de mayor longitud, y un segmento (62) de leva de la línea de desgarro generalmente curvilíneo de menor longitud respecto a la longitud de dicho segmento (60) de línea de desgarro semicircular, proyectándose en ello dicho segmento de línea de desgarro (62) hacia afuera del diámetro de dicho segmento (60) mayor de línea de desgarro y estando ubicado por dentro de dicha zona de transición (52), variando dicha línea de desgarro (58) en profundidad a lo largo de su longitud, siendo en ello la línea de desgarro de la mayor profundidad a lo largo de dicho segmento (62) de leva de la línea de desgarro, y de la menor profundidad en oposición sustancialmente directa a dicho segmento de línea de desgarro para así definir una parte (81) de bisagra de la línea de desgarro (58), pudiéndose abrir dicho disco (42) bajo la influencia de un líquido a presión dirigido contra la cara cóncava (48) del disco para permitir que el líquido fluya mas allá del disco, siendo en ello el segmento de leva de la línea de desgarro (62) de una profundidad relativa a la parte restante de la línea de desgarro para así producir que el segmento de leva de la línea de desgarro (62) se rompa en primer lugar bajo el efecto de dicho liquido a presión, mientras que el segmento mayor (60) de la línea mayor de desgarro es de una profundidad variada, lo que permite a la zona de explosión (64) girar a una posición de ruptura totalmente abierta para el paso sustancialmente bidireccional de líquido sin con eso exponer a daños a la parte de bisagra (81) de la línea de desgarro con el borde de la zona de explosión (64) dispuesto en relación generalmente perpendicular a dicha parte de abrazadera (49) del disco. 12. Disco según la reivindicación 11 caracterizado porque dicho segmento de leva (62) de la línea de desgarro tiene generalmente forma de U. 13. Disco según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho segmento de leva (62) de la línea de desgarro tiene una parte (66) arqueada de base y dos partes (68, 70) de soporte divergentes hacia el exterior que se funden con dos extremidades opuestas (76, 78) del segmento (60) de leva mayor de la línea de desgarro. 14. Disco según la reivindicación 11, caracterizado porque dicha línea (58) de desgarro continuamente varia en profundidad en direcciones opuestas desde dicha parte (81) de bisagra del segmento mayor de la línea de desgarro (60) al centro del segmento (62) de levas de la línea de desgarro. 15. Disco según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho segmento (62) de levas de dicha línea de desgarro es de un 30% a 70% del grosor del disco (42) 16. Disco según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho disco (42) tiene un grosor de 0,254 mm a 1,905 mm (0,010 in. a 0,075 in.) 17. Disco según la reivindicación 16 caracterizado porque dicho disco (42) tiene un grosor de desde 0,356 mm hasta 1,270 mm (0,014 in. a 0,050 in.) 18. Disco según la reivindicación 16, caracterizado porque dicho disco (42) tiene un grosor de 0,762 mm (0,030 in.) 19. Disco según la reivindicación 11, caracterizado porque la profundidad del segmento (62) de levas de la línea de desgarro en el punto de mayor profundidad es 0,0254 mm a 0,102 mm.(0,001 in. a 0,004 in.) más profunda que la profundidad más llana de la parte (81) de bisagra del segmento (60) mayor de la línea de desgarro. 20. Disco según la reivindicación 19 en donde la profundidad del segmento (62) de levas en la línea de desgarro en el punto de mayor profundidad 0,0508 mm (0,002 in.)más profundo que la profundidad más llana de la parte de bisagra (81) del segmento (60) mayor de la línea de desgarro. 21. Disco según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho disco (42) tiene un espesor nominal de 0,0508 mm, (0,03 in.) y la profundidad de la línea de desgarro (58) varía desde 0,330 mm (0,013 in.) en el punto menos profundo del segmento (60) mayor de la línea de desgarro a 0,432 mm (0,017 in.) en el punto más profundo del segmento (62) de leva de la línea de desgarro. 8   22. Disco según la reivindicación 11 caracterizado porque dicho disco (42) tiene un grosor nominal 0,0508 mm la profundidad de la línea de desgarro (58) varía de desde 0,330 mm (0,013 in.) en el punto mas llano del segmento (60) mayor de la línea de desgarro a 0,381 mm (0,015 in.) a 0,432 mm (0,017 in.) en el punto más profundo del segmento (62) de leva de la línea de desgarro. 23. Disco según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho disco (42) está hecho de un material y las dimensiones del disco y la profundidad variada de la línea de desgarro (58) respecto al grosor del disco son tal que el segmento (62) de leva de la línea de desgarro se abre primero bajo una presión del líquido contra la zona (56) abombada del disco de 10,34 MPa (1500 psi). 24. Disco según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho disco (42) está hecho de un material y las dimensiones del disco y la profundidad variada de la línea de desgarro (58) respecto al grosor del disco son tal que el segmento (62) de levas de la línea de desgarro se abre primero bajo una presión del líquido contra la zona (56) abombada del disco de 13,80 MPa (2000 psi). 9     11   12   13