VÁLVULA DE BOLA.

Una válvula (10) de bola montada en cojinete que comprende: una carcasa (12) que tiene un taladro pasante (14) y un asiento de válvula (16);

una bola perforada (18) montada dentro de la carcasa, en conexión continua con el asiento de válvula, pudiendo girar la bola perforada mediante un medio de rotación (20) alrededor de un eje de rotación (19), entre una posición abierta del taladro pasante y una posición cerrada del taladro pasante, y un medio de cojinete que comprende un par de placas de cojinete (28) localizadas en lados diametralmente opuestos del taladro pasante, teniendo cada placa una pluralidad de cavidades semiesféricas (34), conteniendo cada cavidad un cojinete de bolas (30), estando el medio de cojinete (26) acoplado entre la bola perforada y la carcasa para restringir la rotación de la bola perforada alrededor del eje de rotación, entre la posición abierta del taladro pasante y posición cerrada del taladro pasante, en el que, en la posición cerrada del taladro pasante, el medio de cojinete está adaptado para liberar la bola perforada del eje de rotación, para permitir que la bola perforada flote en una conexión de sellado con el asiento de válvula

La presente invención se refiere a válvulas de bola y, particularmente, a válvulas de bola montadas en cojinetes.

Las válvulas de bola perforada se conocen bien para controlar el flujo de un fluido a través de una perforación, particularmente en las industrias del petróleo y del proceso de productos químicos. 5

En una válvula de bola perforada, el funcionamiento de la válvula puede dividirse en dos fases diferentes; en primer lugar, la bola se mueve entre una posición abierta y una cerrada, girando 90º, de manera que la apertura de la bola se mueve de una orientación coaxial con la dirección del flujo, es decir, cuando la válvula está abierta, a una posición en la que la apertura de la bola es perpendicular a la dirección del flujo. En segundo lugar, la válvula se sella en la posición cerrada para evitar el flujo a través de la perforación al otro lado de la válvula de bola. 10

Un tipo corriente de válvula de bola convencional es la válvula de bola montada en muñón, en la que el elemento de bola está restringido posicionalmente dentro de la válvula, normalmente mediante cojinetes radiales. La bola se hace girar mediante la aplicación de un par de torsión al muñón. El sellado ocurre como resultado de que el asiento de la válvula flota sobre el elemento de bola. Una desventaja de este tipo de válvula de bola es que la fiabilidad del sello se reduce, debido a que la fuerza de sellado sólo se desarrolla en proporción al área anular del asiento de 15 válvula. De esta manera, cuando las válvulas de bola montadas en muñón se usan en pozos de alta presión y, especialmente en pozos “agresivos”, en los que el fluido del pozo tiene una alta proporción de materia en forma de partículas, la presión es tal que la materia en forma de partículas puede provocar la degradación de las superficies de sellado de la bola y el asiento de válvula, dando como resultado que la válvula no consiga una integridad de sellado adecuada. 20

Otro tipo de válvula de bola convencional se conoce como válvula de bola flotante. En este tipo de válvula, la bola no está restringida posicionalmente respecto al cuerpo de válvula. La rotación está provocada por la aplicación de fuerza a un punto que está desviado del centro de la bola, que junto con las curvaturas coincidentes de la bola y el asiento, provocan que la bola gire. El sellado ocurre como resultado de que la bola flota sobre el asiento de válvula. La desventaja de la válvula de bola flotante es que la fiabilidad rotacional se reduce debido a que los efectos de fricción 25 entre la bola y el asiento son considerablemente mayores que los de los dispositivos montados sobre muñón. Con pozos agresivos, la fiabilidad de la válvula de bola flotante crea un problema en tanto que la válvula a menudo oscila entre la posición abierta y una cerrada, dando lugar a problemas graves en términos tanto operativos como de seguridad.

Los documentos US6708946 y GB1390049 describen ambos una válvula de bola montada en cojinete que comprende una carcasa que tiene un taladro pasante y un asiento de válvula, una bola perforada y un medio de cojinete. 30

En ambos casos, la bola perforada está montada dentro de la carcasa, en conexión continua con el asiento de válvula, pudiendo girar la bola perforada mediante un medio de rotación alrededor de un eje de rotación, entre una posición abierta del taladro pasante y una posición cerrada del taladro pasante. El medio de cojinete está acoplado entre la bola perforada y la carcasa, para restringir la rotación de la bola perforada alrededor del eje de rotación, entre la posición abierta del taladro pasante y la posición cerrada del taladro pasante. 35

En la posición cerrada del taladro pasante, el medio de cojinete está adaptado para liberar la bola perforada del eje de rotación, para permitir que la bola perforada flote en una conexión de sellado con el asiento de válvula.

Un objeto de la presente invención es obviar, o mitigar, al menos una de las desventajas mencionadas anteriormente.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una válvula de bola montada en 40 cojinete, de acuerdo con la reivindicación 1 y que comprende:

una carcasa que tiene un taladro pasante y un asiento de válvula;

una bola perforada, montada dentro de la carcasa, en conexión continua con el asiento de válvula, pudiendo girar la bola perforada mediante un medio de rotación, alrededor de un eje de rotación, entre una posición abierta del taladro pasante y una posición cerrada del taladro pasante, y 45

un medio de cojinete acoplado entre la bola perforada y la carcasa, para restringir la rotación de la bola perforada alrededor del eje de rotación, entre la posición abierta del taladro pasante y posición cerrada del taladro pasante,

en la que, en la posición cerrada del taladro pasante, el medio de cojinete está adaptado para liberar la bola perforada del eje de rotación, para permitir que la bola perforada flote, en una conexión de sellado, con el asiento de válvula. 50

De esta manera, la válvula de bola montada en cojinete de la presente invención combina una rotación

altamente fiable de la bola perforada, entre las posiciones de taladro pasante abierto y taladro pasante cerrado, con un aumento de la fiabilidad de sellado debido a que se permite que la bola perforada flote sobre el asiento de válvula. Como la bola perforada permanece continuamente en contacto con el asiento de válvula, el acceso de residuos o material en forma de partículas se reduce.

El medio de cojinete comprende un par de placas de cojinete localizadas en lados diametralmente opuestos del 5 taladro pasante, teniendo cada placa una pluralidad de cavidades semiesféricas, conteniendo cada cavidad un cojinete de bolas. Un par de placas de cojinete es óptimo para restringir la rotación de la bola perforada sobre el eje de rotación, de la posición abierta del taladro pasante a la posición cerrada del taladro pasante.

Preferentemente, la bola perforada tiene una superficie externa que define un par de canales, cada canal opuesto a una de las placas de cojinete. Cada cojinete de bolas se engrana con un canal opuesto de la placa de cojinete 10 dentro de la cual están localizados. Los canales pueden tener una sección transversal sustancialmente semicircular, siendo la anchura de cada canal sustancialmente la misma que el diámetro del/cada cojinete de bolas.

En una disposición alternativa, cada par de placas de cojinete define un canal, y los cojinetes de bolas están localizados en cavidades semiesféricas definidas por las partes de la superficie externa de la bola perforada, opuestas a las placas de cojinete. 15

Preferentemente, los canales son canales arqueados, estando el arco centrado en el eje de rotación de la bola perforada.

Preferentemente, al menos una parte de cada canal está dimensionada para permitir que la bola perforada se mueva en una dirección axial hacia el asiento de válvula, cuando la bola perforada está en la posición cerrada del taladro pasante. La al menos una parte de cada canal puede dimensionarse proporcionando una anchura aumentada. 20 Una anchura aumentada permite que la bola perforada flote en una conexión de sellado con el asiento de válvula.

El movimiento axial de la bola perforada puede ser de aproximadamente 0,6 mm. Un movimiento de la bola perforada de aproximadamente 0,6 mm aplica una carga suficiente al asiento de válvula para formar un sello de alta integridad.

Preferentemente, cada placa de cojinete comprende tres cavidades semiesféricas y tres cojinetes de bolas. El 25 uso de tres cojinetes de bolas en cada placa proporciona una fiabilidad de rotación adecuada de la bola perforada a un nivel de fricción aceptable.

Cuando la placa de cojinete comprende tres cojinetes de bolas, uno de los cojinetes de bolas está localizado en un plano que pasa a través del eje de rotación de la bola perforada, siendo el plano adicionalmente perpendicular al eje longitudinal del taladro pasante. La colocación de uno de los tres cojinetes de bolas como se ha descrito significa que, 30 cuando la bola perforada alcanza la posición cerrada, el canal inmediatamente por debajo de este cojinete de bolas es suficientemente axial para que la bola perforada se mueva hacia el asiento de válvula, sin necesidad de aumentar la anchura del canal en esta localización. Por lo tanto, en el... [Seguir leyendo]

1. Una válvula (10) de bola montada en cojinete que comprende:

una carcasa (12) que tiene un taladro pasante (14) y un asiento de válvula (16);

una bola perforada (18) montada dentro de la carcasa, en conexión continua con el asiento de válvula, pudiendo girar la bola perforada mediante un medio de rotación (20) alrededor de un eje de rotación (19), entre una posición abierta del taladro pasante y una posición cerrada del taladro pasante, y 5

un medio de cojinete que comprende un par de placas de cojinete (28) localizadas en lados diametralmente opuestos del taladro pasante, teniendo cada placa una pluralidad de cavidades semiesféricas (34), conteniendo cada cavidad un cojinete de bolas (30), estando el medio de cojinete (26) acoplado entre la bola perforada y la carcasa para restringir la rotación de la bola perforada alrededor del eje de rotación, entre la posición abierta del taladro pasante y posición cerrada del taladro pasante, en el que, en la posición cerrada del taladro pasante, el 10 medio de cojinete está adaptado para liberar la bola perforada del eje de rotación, para permitir que la bola perforada flote en una conexión de sellado con el asiento de válvula.

2. La válvula de bola montada en cojinete de la reivindicación 1, en la que la bola perforada tiene una superficie externa (42) que define un par de canales (32), cada canal opuesto a una de las placas de cojinete.

3. La válvula de bola montada en cojinete de la reivindicación 2, en la que los canales tienen una sección 15 transversal sustancialmente semicircular, siendo la anchura de cada canal sustancialmente la misma que el diámetro de cada cojinete de bolas.

4. La válvula de bola montada en cojinete de la reivindicación 1, en la que cada par de placas de cojinete define un canal, y los cojinetes de bolas están localizados en cavidades semiesféricas definidas por parte de la superficie externa de la bola perforada, que son opuestas a las placas de cojinete. 20

5. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, en la que los canales son canales arqueados, estando el arco centrado sobre el eje de rotación de la bola perforada.

6. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en la que al menos una parte de cada canal está dimensionada para permitir que la bola perforada se mueva en una dirección longitudinal hacia el asiento de válvula, cuando la bola perforada está en la posición cerrada del taladro pasante. 25

7. La válvula de bola montada en cojinete de la reivindicación 6, en la que la al menos una parte de cada canal está dimensionada proporcionando una anchura aumentada.

8. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, en la que el movimiento axial de la bola perforada es de aproximadamente 0,6 mm.

9. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada placa 30 de cojinete comprende tres cavidades semiesféricas y tres cojinetes de bolas.

10. La válvula de bola montada en cojinete de la reivindicación 9, en la que uno de los cojinetes de bolas está localizado en un plano que pasa a través del eje de rotación de la bola perforada, siendo el plano adicionalmente perpendicular al eje longitudinal del taladro pasante.

11. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la carcasa 35 incluye, adicionalmente, al menos una superficie de soporte (110) distal respecto al asiento de válvula, teniendo la superficie externa de la bola perforada al menos una superficie complementaria (112) para engranarse a la al menos una superficie de soporte.

12. La válvula de bola montada en cojinete de la reivindicación 11, en la que hay dos superficies de soporte sobre lados diametralmente opuestos de la carcasa. 40

13. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el medio de rotación comprende un pistón anular (22) localizado dentro de la carcasa y adaptado para engranarse a la bola perforada.

14. La válvula de bola montada en cojinete de la reivindicación 13, en la que el pistón anular está engranado con la bola perforada mediante un par de brazos (24), estando los brazos montados de forma giratoria en el pistón anular. 45

15. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14, en la que el pistón anular está accionado hidráulicamente.

16. La válvula de bola montada en cojinete de cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14, en la que el pistón anular está accionado mecánica o electromecánicamente.

17. Un procedimiento de sellado de una perforación de pozo con una válvula de bola perforada, comprendiendo el procedimiento:

disponer una carcasa de válvula de bola que tiene un taladro pasante y un asiento de válvula en la perforación de 5 pozo;

hacer girar una bola perforada restringida alrededor de un eje de rotación desde una posición abierta del taladro pasante a una posición cerrada del taladro pasante, permaneciendo la bola perforada en contacto continuo con el asiento de válvula, estando la bola perforada restringida al eje de rotación mediante un medio de cojinete que comprende un par de placas de cojinete localizadas sobre lados diametralmente opuestos del taladro pasante, 10 teniendo cada placa una pluralidad de cavidades semiesféricas, conteniendo cada cavidad un cojinete de bolas; y

permitir que la bola perforada se mueva longitudinalmente cuando está en la posición cerrada del taladro pasante a una conexión de sellado con el asiento de válvula en la posición cerrada del taladro pasante.