Conjunto de disco de ruptura que resiste contrapresiones mucho más altas que la presión de actuación.

Unidad (20) de disco de ruptura de activación que puede resistir una contrapresión sustancialmente más alta que su presión de activación de explosión,

comprendiendo dicha unidad:

un alojamiento (22) tubular que tiene un conducto (30) de activación por fluido,

estando dotado dicho alojamiento (22) de una estructura (34) de pared que define al menos una parte del conducto (30) de activación por fluido, teniendo dicha parte del conducto una entrada (32) de fluido y una salida (36) de fluido, siendo dicha estructura (34) de pared de sección decreciente en un sentido de manera que la entrada (32) de fluido de dicha parte del conducto (30) de activación tiene un área menor al área de la salida (36) de fluido;

un disco (28) de ruptura montado dentro del alojamiento (22) en disposición con una sección (38) central de la misma en relación de bloqueo de fluido con dicha salida (36) de la parte de sección decreciente del conducto (30) de fluido de activación; y

un tapón (46) de sección decreciente autoliberable colocado en dicha parte de sección decreciente del conducto (30) de activación por fluido en relación de soporte con la sección (38) central del disco (28) de ruptura, teniendo dicho tapón (46) superficies que se ajustan y se acoplan a la sección decreciente de dicha estructura de pared y a la sección (38) central abombada del disco (28), respectivamente, siendo dicho tapón (46) de masa suficiente para soportar e impedir la ruptura del disco (28) bajo una contrapresión sustancialmente mayor que la presión de activación del disco, caracterizada porque dicho disco de ruptura tiene una sección (38) central abombada que se extiende a través de la salida (36) de la parte de sección decreciente del conducto (30) de activación, teniendo dicha sección (38) central abombada una superficie (44) cóncava y una convexa opuestas, estando dotado dicho tapón (46) de una cara (48) de extremo hemisférica que generalmente se ajusta y se acopla a la superficie (44) cóncava proximal de la sección (38) central abombada.

Conjunto de disco de ruptura que resiste contrapresiones mucho más altas que la presión de actuación Antecedentes de la invención Campo de la invención

Esta invención se refiere a una unidad de disco de ruptura de activación que puede resistir una contrapresión sustancialmente más alta que su presión de activación de explosión. Un problema principal en la exploración y recuperación petrolífera es el fallo de los dispositivos de activación de presión. Aunque la unidad de disco de ruptura tiene una utilidad particular para activar cualquiera de varios dispositivos de producción y finalización de fondos de pozo en el campo petrolífero, puede usarse para otras aplicaciones que requieren resistir una alta contrapresión diferencial incluyendo de alta mar, aeroespaciales, de transformadores y recipientes de alta presión.

El disco de activación puede resistir preferiblemente al menos aproximadamente 138 bar (2. psig) de contrapresión diferencial, o superiores, por ejemplo, 241 bar (35. psig) hasta incluso aproximadamente 3445 bar (5. psig), al tiempo que puede romperse a una presión de activación del orden de 68,9 a 552 bar (1. a 8. psig). La presión de explosión para un disco de diámetro de 6,35 mm (1/4 in.) será de aproximadamente 68,9 bar (1. psig), e inferiores a esa presión para discos de mayor tamaño hasta del 9% del índice de operación. Además, el disco de ruptura de la unidad de manera deseable no experimentará una fatiga excesiva cuando se someta a al menos aproximadamente 1 ciclos de contrapresión completa al 9% de la presión de explosión, y debe funcionar de manera fiable dentro de un intervalo de temperatura desde tan bajas como 4,4°C (4°F) hasta tan elevadas como 177°C (35°F), que normalmente pueden encontrarse en el fondo de un pozo petrolífero.

Descripción de la técnica anterior

Se han empleado discos de ruptura previamente en una variedad de aplicaciones de fondos de pozos petrolíferos. En la patente estadounidense n.° 5.996.696, se proporciona un aparato para someter a prueba la integridad de las tuberías de suministro de petróleo con un revestimiento de pozo petrolífero. Un soporte tubular conectado a la sección inferior de una serie de secciones ensartadas de tubos sucesivos está dotado de un disco de ruptura que cierra normalmente el conducto pasante en el soporte. La sarta de tubos, con el soporte en su sitio, está sometida a una presión de líquido suficiente para someter a prueba la integridad de la conexión entre pares adyacentes de secciones de tubería. Una vez que se ha determinado que no hay fugas en ninguna de las conexiones de las secciones ensartadas de tubos, la sarta de tubería se somete a sobrepresión hasta romper el disco, abriendo de ese modo el soporte y proporcionando un conducto pasante que se comunica con la sarta de tubos. En esta aplicación de disco de ruptura para pruebas en pozos, la presión en lados opuestos del disco de ruptura nunca supera la capacidad del disco de resistir la contrapresión diferencial.

En otra aplicación de disco de ruptura en fondos de pozos, se monta un disco de ruptura en la pared lateral de un soporte tubular conectado a la sección más inferior de una sarta de tubos, inmediatamente por encima de un vástago de succión u otro tipo de bomba. Cuando se requiere el mantenimiento o la sustitución de la bomba, lo que puede variar en frecuencia de semanas a meses dependiendo de las condiciones en el fondo del pozo, la sarta de tubería puede someterse a sobrepresión desde una fuente de presión en superficie hasta romper el disco, permitiendo de ese modo que el líquido en la sarta de tubos se drene de la sarta a medida que se suben secuencialmente las secciones hacia la superficie y se desconectan una a una. De esta manera, se evita el derrame de petróleo de cada sección a medida que se retiran del pozo y se desconectan de la sección de tubo debajo de la misma. De nuevo en este caso, el diferencial de presión sobre el disco de válvula de descarga no es tan grande como para provocar la ruptura prematura del disco.

El documento GB 2 51 959 A se refiere a un soporte de vacío para su uso a la hora de soportar un disco de seguridad de grafito rompible para que no se flexione cuando se somete a presión subatmosférica en un lado del mismo, que no impide la obtención de una sección transversal de flujo de salida libre máxima cuando se somete el disco a una presión de explosión y puede usarse tras ello, que está constituido por un disco compuesto por una pluralidad de anillos de grafito concéntricos compuestos cada uno por al menos dos partes y que tienen una sección transversal prismática, estando inclinados los márgenes de la sección transversal de los anillos que descansan sobre las superficies de prisma hacia abajo en la dirección del eje del disco en la cara del mismo que, durante su uso, puede someterse a una presión suficiente para provocar la ruptura del disco de grafito rompible. Debido a que las partes separadas del disco de soporte de vacío están enchavetadas entre sí, cuando la presión a la que están sometidas es menor que la presión exterior, el disco no se hunde y cuando la presión aumenta, las partes separadas se fuerzan contra el disco de grafito rompible de modo que se fuerzan fuera del soporte por tanto de manera concomitante con la ruptura del dispositivo de seguridad para de ese modo liberar toda la sección transversal disponible.

Sin embargo, existe desde hace tiempo en la técnica la necesidad de una unidad de disco de ruptura de activación que pueda resistir contrapresiones diferenciales variables muy altas, pero que al mismo tiempo pueda abrirse selectivamente de manera fiable bajo una presión de activación significativamente más baja.

Sumario de la invención

La necesidad previamente sin resolver se refería a una unidad de disco de ruptura de activación que resistiera contrapresiones diferenciales extremadamente altas en comparación con la presión de activación de diseño, y que resistiera de manera fiable al menos 1 ciclos de contrapresión completa al 9% de la presión de explosión a temperaturas que oscilan desde tan bajas como 4,4°C (4°F) hasta tan elevadas como 177°C (35°F). La unidad de disco de ruptura tenía que poder sellarse con una junta tórica, poder instalarse y sustituirse fácilmente en un elemento de soporte, ser económica de fabricar, y poder resistir las condiciones corrosivas que a menudo se encuentran en perforaciones de pozo de campos petrolíferos. La presente invención ha resuelto estos complejos problemas.

La unidad de disco de ruptura incluye un alojamiento que tiene un conducto de activación por fluido y un disco de ruptura abombado en relación de bloqueo de fluido normal con el conducto. Una parte del conducto de fluido es de sección decreciente en una dirección de manera que la entrada de fluido de la parte de sección decreciente tiene un área menor al área de la salida de fluido. Un disco de ruptura abombado está montado dentro del alojamiento en disposición con la sección central del mismo en relación de bloqueo de fluido con la salida de la parte de sección decreciente del conducto de fluido de activación. La superficie convexa del disco de ruptura está orientada en una dirección que se aleja del extremo más grande del conducto de activación por fluido de sección decreciente. Un tapón sólido de sección decreciente, generalmente cónico y autoliberable se aloja de manera complementaria en el conducto de sección decreciente con la cara del extremo más grande del mismo en acoplamiento ajustado con la superficie cóncava de la sección abombada del disco de ruptura. El tapón es de masa suficiente para soportar e impedir la ruptura del disco bajo una alta contrapresión diferencial aplicada contra el disco de ruptura en un sentido hacia la cara más grande del tapón a medida que el tapón se calza en el conducto de sección decreciente. Sin embargo, el tapón se libera fácilmente del conducto de sección decreciente cuando se aplica una presión de activación al tapón en un sentido hacia la superficie cóncava del disco de ruptura, permitiendo de ese modo la ruptura de la sección abombada del disco.

En una realización de la invención se proporciona un componente en asociación operativa con el tapón para capturar el tapón al salirse el mismo del conducto de fluido bajo presión de fluido contra el mismo. El componente puede ser en forma de dispositivo en forma de T en el que la parte de vástago del mismo está unida al tapón mientras que la pieza transversal del dispositivo está ubicada fuera del conducto de fluido. La parte de vástago del dispositivo es de una longitud tal que el tapón puede desplazarse sustancial mente desde el conducto de fluido antes de que la pieza transversal del dispositivo... [Seguir leyendo]

1. Unidad (2) de disco de ruptura de activación que puede resistir una contrapresión sustancialmente más alta que su presión de activación de explosión, comprendiendo dicha unidad:

un alojamiento (22) tubular que tiene un conducto (3) de activación por fluido,

estando dotado dicho alojamiento (22) de una estructura (34) de pared que define al menos una parte del conducto (3) de activación por fluido, teniendo dicha parte del conducto una entrada (32) de fluido y una salida (36) de fluido,

siendo dicha estructura (34) de pared de sección decreciente en un sentido de manera que la entrada (32) de fluido de dicha parte del conducto (3) de activación tiene un área menor al área de la salida (36) de fluido;

un disco (28) de ruptura montado dentro del alojamiento (22) en disposición con una sección (38) central de la misma en relación de bloqueo de fluido con dicha salida (36) de la parte de sección decreciente del conducto (3) de fluido de activación; y

un tapón (46) de sección decreciente autoliberable colocado en dicha parte de sección decreciente del conducto (3) de activación por fluido en relación de soporte con la sección (38) central del disco (28) de ruptura,

teniendo dicho tapón (46) superficies que se ajustan y se acoplan a la sección decreciente de dicha estructura de pared y a la sección (38) central abombada del disco (28), respectivamente, siendo dicho tapón (46) de masa suficiente para soportar e impedir la ruptura del disco (28) bajo una contrapresión sustancialmente mayor que la presión de activación del disco, caracterizada porque dicho disco de ruptura tiene una sección (38) central abombada que se extiende a través de la salida (36) de la parte de sección decreciente del conducto (3) de activación, teniendo dicha sección (38) central abombada una superficie (44) cóncava y una convexa opuestas, estando dotado dicho tapón (46) de una cara (48) de extremo hemisférica que generalmente se ajusta y se acopla a la superficie (44) cóncava proximal de la sección (38) central abombada.

2. Unidad (2) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho tapón (46) es un cuerpo monolítico sólido.

3. Unidad (2) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho tapón (46) tiene un conducto (494) que se extiende axialmente a través del mismo de un diámetro que es proporcional a la relación de la contrapresión con respecto a la presión de activación.

4. Unidad (2) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que la relación de la presión de activación con respecto a la presión resistida de la unidad (2) es de desde aproximadamente 1:2 hasta aproximadamente 1:5.

5. Unidad (2) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho alojamiento (22) está dotado de roscas (54) externas para adaptar la unidad (2) que va a insertarse en la abertura roscada para ello de una herramienta (58) de finalización de pozos petrolíferos.

6. Unidad (2) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho alojamiento (22) incluye un cuerpo (24) cilindrico y un anillo (26) de entrada cilindrico, estando dotado dicho disco (28) de ruptura de un reborde (28a) periférico sujeto entre el cuerpo (24) y el anillo (26) de entrada.

7. Unidad (12) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicha estructura de pared incluye un segmento (132) generalmente cilindrico que define dicha salida de activación por fluido y que está dentro de dicha parte (134) de sección decreciente del conducto (13) de activación, estando ubicado dicho disco (128) de ruptura con la sección (138) abombada del disco entre la parte (134) de sección decreciente y el segmento (132) cilindrico del conducto (13) de activación por fluido en su zona de unión.

8. Unidad (2) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicha estructura de pared incluye un segmento generalmente cilindrico que define dicha salida (36) de activación por fluido y que está fuera de dicha parte (34) de sección decreciente del conducto (3) de activación, estando ubicado dicho disco (28) de ruptura con la sección (38) abombada del disco entre la parte (34) de sección decreciente y el segmento cilindrico del conducto (3) de activación por fluido en su zona de unión.

9. Unidad (2) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho disco (28) de ruptura puede resistir 1 ciclos de una contrapresión resistida completa de hasta aproximadamente el 9% de la presión de

explosión.

1. Unidad (22) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, que comprende además un componente (278) asociado de manera operativa con el tapón (246) para capturar el tapón (246) al salirse el mismo del conducto (232) de fluido bajo presión de fluido contra el mismo.

11. Unidad (22) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho componente (278)

está fijado al tapón (246).

12. Unidad (22) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho componente (278) es de configuración generalmente en forma de T y tiene una parte (282) de vástago fijada al tapón (246), y una pieza (284) transversal alargada ubicada fuera del conducto (232) de fluido, siendo dicha pieza (284) transversal de

longitud mayor que el diámetro de la entrada del conducto (232) de fluido.

13. Unidad (32) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 1, en la que dicho componente incluye un dispositivo (392) de bisagra conectado de manera operativa al tapón (346) para impedir que el tapón (346) se desconecte del alojamiento (322) al salirse el tapón (346) del conducto (33) de fluido bajo presión de fluido contra el mismo.

14. Unidad (32) de disco de ruptura de activación según la reivindicación 13, en la que dicho dispositivo de bisagra

está interpuesto entre el tapón (346) y el disco (386) de ruptura, y está dotado de una sección (392) de bisagra central fijada al tapón (346), abriéndose dicha sección (392) de bisagra al salirse el tapón (346) de su posición bloqueando el conducto (33) de fluido y capturando el tapón (346).