BRPI0900975A2 - corpo medidor volumétrico de fluido e sistema de injeção de fluidos - Google Patents

Abstract

CORPO MEDIDOR VOLUMéTRICO DE FLUIDO E SISTEMA DE INJEçãO DE FLUIDOS. Um corpo medidor para um sistema de injeção química compreende um pistão livre com um par de válvulas de gatilho mecanicamente ativadas as quais podem individualmente abrir para permitir que o fluido passe de um lado do pistão livre para o outro. O pistão livre desliza em um cilindro com cabeças do cilindro em extremidades opostas. As portas de entrada/saída são fornecidas nas cabeças do cilindro. Em uma modalidade preferida, as válvulas de gatilho têm ativadores que se estendem além das faces opostas do pistão livre. Se uma face do pistão se movimenta em uma distância predeterminada de uma cabeça do cilindro, o ativador entra em contato com a cabeça do cilindro e ainda o movimento do pistão faz com que a válvula de gatilho correspondente se abra, permitindo que o fluido flua através do pistão. Deste modo, um sistema tolerante a falhas pode ser implementado. Se uma interrupção de energia ou outra falha do controlador ocorre, o sistema continuará a suprir o fluido na taxa de fluxo mais recentemente selecionada. Quando a energia é restabelecida (ou o falha é corrigida), o controlador faz com que uma válvula reverta o fluxo flua através do corpo medidor e a válvula de gatilho provida de mola fechará na medida em que o pistão livre se afasta da cabeça do cilindro.

Description

"CORPO MEDIDOR VOLUMÉTRICO DE FLUIDO E SISTEMA DE INJEÇÃO DE FLUIDOS"

Referência Cruzada aos Pedidos de Patente Relacionados: Nenhuma

Declaração a Respeito de Pesquisa ou Desenvolvimento Apoiada pelo GovernoFederal: Nenhuma

Histórico da Invenção

1. Campo da Invenção.

Esta invenção se refere a um sistema de injeção química para poços de petróleo egás. Mais particularmente, ela se refere a um dispositivo volumétrico de deslocamento posi-tivo para uso em sistemas para a injeção de agentes de tratamento químico em fase líquidapara dentro de poços submersos.

2. Descrição da Anterioridade Incluindo a Informação Divulgada sob 37 CFR 1.97 e 1.98.

Uma variedade de agentes químicos é injetada para dentro de poços de hidrocar-bonetos para o controle de corrosão, hidratos, asfaltenos, parafinas, escamas e similares.Estes agentes químicos estão tipicamente na fase líquida e são bombeados para dentro dopoço em uma taxa selecionada com o uso de um sistema de injeção química. Para poçossubmersos, o fornecimento químico e a bomba podem estar localizados em uma plataformade produção e são mais comumente conectados à cabeça do poço através da uma linhaumbilical. Se o medidor do agente químico é executado apenas na superfície, qualquer va-zamento na linha umbilical ou em seus conectores levará a uma indicação errônea da quan-tidade de agente químico sendo injetada para dentro do poço. Além disso, cada poço sub-merso pode necessitar de seu próprio sistema de injeção na plataforma e linha umbilicalconectora.

Certos sistemas medidores da anterioridade empregam um orifício variável — umorifício ajustável que permite o controle remoto de fluxo em cada poço. Outros sistemas me-didores da anterioridade se baseiam em controle de fluxo de pressão compensada — umregulador ajustável de pressão e um orifício fixo podem manter um fluxo constante em cadapoço.

O medidor de fluxo ao longo de uma grande variação é freqüentemente necessárioao longo da vida do poço. O medidor de orifício é limitado em variação e sujeito a formaçãode filme, obstrução e propriedades de fluido diferentes.

A contaminação com particulados em longas linhas de injeção química é inevitávele pode obstruir os pequenos orifícios necessários para a medida e o controle. Filtros naslinhas são uma complicação adicional que afeta a confiabilidade do sistema, aumentando oscustos em capital e requerendo serviço periódico (o que aumenta os custos operacionais).

A Patente US n° 6.973.936 para Richard R. Watson (cuja divulgação é aqui incorpo-rada por referência em sua integridade) divulga um sistema de injeção de fluidos que contro-la a distribuição de fluidos a partir de uma linha de suprimento para um poço selecionado auma taxa ajustável. O pistão livre divide um cilindro para dentro da primeira e da segundacâmara. Uma válvula de multi-posição compreende uma primeira posição para a passagemde fluido a partir da linha de suprimento para dentro da primeira câmara para deslocamentode fluido a partir da segunda câmara de volta através da válvula a um ponto de injeção, euma segunda posição para a passagem de fluido a partir da linha de suprimento à segundacâmara para deslocamento de fluido a partir da primeira câmara de volta através da válvulaao ponto de injeção.

Um sistema de controle em comunicação com um sensor de posiçãodetermina o tempo de deslocamento do pistão livre a posições selecionadas, e seletivamen-te ajusta uma abertura da válvula variável para ajustar a taxa de fluxo, a chave entre a pri-meira e a segunda posição, e periodicamente aumentar a abertura da válvula para limpeza.

O sistema divulgado em Patente U.S. n° 6.973.936 pode ser caracterizado comoum sistema "fechado a falhas" — ou seja, se a energia ou os sinais de controle à válvula demulti-posição são interrompidos, o sistema continuará a injetar o fluido para dentro do poçoapenas até que o pistão livre alcance o limite de seu curso atual, em cujo ponto o fluxo defluido cessará.

A presente invenção fornece um estado "em estado de falha" para um sistema deinjeção química do tipo divulgado na Patente U.S. n° 6.973.936 na ocorrência de uma perdade energia ou sinal de controle para a válvula de reversão. Em um sistema de injeção quí-mica de acordo com a invenção, a interrupção de energia ou sinal de controle para a válvularesulta em uma taxa de fluxo do fluido substancialmente igual ao valor selecionado maisrecentemente. Deste modo, o tratamento químico do poço pode continuar no ínterim entre oinício da falha e sua descoberta e reparo.

Breve Resumo da Invenção

Um corpo medidor volumétrico ao qual a presente invenção pode ser aplicada com-preende um cilindro de deslocamento dividido para dentro de duas câmaras por um pistãolivre. O fluido a ser medido entra uma primeira câmara que faz com que o pistão livre semovimente em uma direção o que aumenta o volume daquela câmara e diminui o volume dasegunda câmara. O fluido na segunda câmara é deslocado pelo movimento do pistão livre esai do corpo medidor. Como as câmaras têm dimensões conhecidas, um volume conhecidode fluido (que pode ser injetado para dentro de um poço) é dispensado com cada ciclo dopistão livre.

Em um corpo medidor de acordo com a presente invenção, o pistão livre é forneci-do com duas válvulas mecanicamente ativadas quem pode ser válvulas de gatilho. Quandoabertas, as válvulas de gatilho permitem que o fluido flua a partir de um lado do pistão livreao outro — ou seja, o fluido pode fluir a partir de uma câmara do cilindro de deslocamento àoutra câmara. Durante a operação normal do corpo medidor, as válvulas continuam fecha-das. Entretanto, se uma falha ocorre no sistema o que evita que o fluxo de fluido no corpomedidor se reverta na extremidade do curso do pistão, pelo menos uma das válvulas se a-brirá quando o pistão livre chegar a uma distância pré-selecionada a partir de uma paradamecânica. Em uma modalidade particular preferida, a face inferior de uma cabeça do cilindrocompreende a parada mecânica. Na medida em que a válvula abre, o fluido pressurizadopode continuar a fluir através do corpo medidor na última taxa de fluxo selecionada. Destemodo, um sistema tolerante a falhas pode ser fornecido.

Breve Descrição das Diversas Vistas do(s) Desenho(s)

A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de injeção química da ante-rioridade o qual compreende um cilindro de deslocamento para medir o volume de fluidoinjetado.

A Figura 2 é um vista transversal de um cilindro de deslocamento de acordo com aanterioridade.

A Figura 2A é uma vista ampliada da porção indicada na Figura 2.

A Figura 3 é uma vista da extremidade de um cilindro de deslocamento de acordocom a invenção.

A Figura 4 é um vista transversal do cilindro de deslocamento mostrado na Figura 3considerada ao longo da linha 4-4.

A Figura 4A é uma vista ampliada da porção indicada na Figura 4.

A Figura 5 é um vista transversal de um pistão livre de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

A Figura 1 esquematicamente ilustra os detalhes de um corpo medidor 12 interliga-do com um sistema de controle 14 e uma válvula de multi-posição 16 em um sistema deinjeção química 10. O corpo medidor 12 tem uma cavidade 20 para conter o fluido químico aser distribuído a um poço. Um pistão livre axialmente móvel 22 na cavidade 20 divide o cor-po medidor 12 para dentro da primeira e da segunda câmara de volume variável 24, 26. Opistão livre 22 é selado com corpo medidor 12 com um membro selador tal como o anel cir-cular 25. O corpo medidor 12 e o pistão livre 22 convencionalmente compreendem um con-junto de cilindro e pistão, como mostrado. A primeira e a segunda porta de entrada-saída 28,30 são fornecidas para a passagem de fluido para dentro e fora da primeira e da segundacâmara 24, 26. A linha de suprimento 33 supre os fluidos químicos em alta pressão atravésda válvula de multi-posição 16 ao corpo medidor 12.

Em uma primeira posição da válvula mostrada na Figura 1, conceitualmente ilustra-da pelo alinhamento de segmentos de linhas paralelas 18 com as linhas 31 e 33, o fluidopassa de linha de suprimento 33, através da válvula de multi-posição 16, linha 29, e porta deentrada-saída 30, e para dentro da câmara 26. Na medida em que o fluido passa para den-tro da câmara 26, a pressão do fluido impulsiona o pistão livre 26 na direção de extremidade34 do corpo medidor 12, o que diminui o volume da primeira câmara 24 e desloca o fluidopara fora através da porta de entrada-saída 28. O fluido que sai pela porta 28 passa atravésda linha 27, de volta através da válvula 16, e para fora através da linha 31 a um ponto deinjeção no poço.

Em uma segunda posição (não mostrada), que pode ser visualizada conceitualmen-te deslizando as linhas de fluxo cruzado 15 na válvula 16 para a esquerda para alinhar comas linhas 31 e 33, o fluido passa a partir da linha de suprimento 33, através da válvula demulti-posição 16, linha 27, porta de entrada-saída 28, e para dentro de câmara 24. Na medi-da em que o fluido passa para dentro da câmara 24, a pressão do fluido impulsiona o pistãolivre 26 na direção da extremidade 36 de corpo medidor 12, o que diminui o volume da câ-mara 26 e desloca o fluido para fora através da porta de entrada-saída 30. O fluido que saipela porta 30 passa através da linha 29, de volta através da válvula 16, e para fora atravésde linha 31 ao mesmo ponto de injeção no poço. Assim, pela reversão da direção da válvulade multi-funções 16 cada vez que o pistão livre 22 alcança uma posição selecionada, o flui-do pode ser continuamente passado a partir da linha 33 para a linha 31 ao ponto de injeçãono poço.

Os sensores de posição 38 e 40 são incluídos para medir a posição do pistão livre22. Os sensores de posição 38, 40 estão em comunicação com o sistema de controle 14como representado pelas linhas tracejadas 39, 41 através de meios convencionais, tal comopor fios, fibra ótica ou sinal sem fio. Quando o pistão livre 22 alcança as posições seleciona-das, os sensores de posição 38, 40 sinalizam ao sistema de controle 14, em resposta a queo sistema de controle 14 pode seletivamente reverter a posição de válvula de multi-posição16 reversa à direção do pistão livre 22.

Já que as posições selecionadas são conhecidas, o deslocamento relativo do pistãolivre 22 é também conhecido, correspondente a um deslocamento de fluido volumétrico co-nhecido a partir de corpo medidor 12, computado como o produto de deslocamento do pis-tão livre 22 e a área transversal de cavidade 20. O sistema de controle 14 inclui um timerinterno para regular o momento do deslocamento do pistão livre 22 entre as posições sele-cionadas, como sinalizado pelos sensores de posição 38, 40. Uma taxa de fluxo volumétricoé, portanto, também conhecida, a qual pode ser computada como o deslocamento volumé-trico dividido pelo tempo de deslocamento. A válvula de multi-posição 16 inclui uma aberturada válvula variável discutida abaixo junto com as Figuras 2-4, para controlar o fluxo entre alinha de suprimento 33 e o corpo medidor 12. O sistema de controle 14 seletivamente ajustaa abertura da válvula variável em resposta ao tempo de deslocamento do pistão livre 22. Seo tempo de deslocamento é muito longo, indicando uma taxa de fluxo menor do que umataxa de fluxo desejada, o sistema de controle 14 pode aumentar a abertura da válvula variá-vel para aumentar a taxa de fluxo. De modo inverso, se o tempo de deslocamento é muitocurto, indicando uma taxa de fluxo maior do que a taxa de fluxo desejada, o sistema de con-trole 14 pode seletivamente diminuir a abertura da válvula para reduzir a taxa de fluxo. Ataxa de fluxo de distribuição do fluido ao poço é assim controlada.

Como mostrado na Figura 1, as posições selecionadas do pistão livre 22 são prefe-rivelmente as posições do pistão livre 22 tendo alcançado ambas as extremidades 34, 36 docorpo medidor 12. As posições selecionadas do pistão livre 22 poderiam alternativamenteestar em qualquer lugar ao longo da variação de movimento do pistão livre 22, e não preci-sariam estar nas extremidades 34, 36 do corpo medidor 12. Nas modalidades típicas, comoilustrado, os sensores de posição 38, 40 estão substancialmente na mesma posição axialque as posições selecionadas. Os sensores de posição convencionais tal como pinos provi-dos de mola ou sensores de proximidade magnéticos ou de infravermelho podem ser usados.

Em outras modalidades, os sensores de posição concebivelmente podem não precisarestar axialmente alinhados com as posições selecionadas. Um sensor de posição pode ain-da compreender um transdutor de pressão 49 ou um transdutor de fluxo 42 opcional. Estestipos de sensores de posição podem perceber a posição implicitamente, tal como quando háum queda súbita de pressão na linha 31 na medida em que o pistão livre alcança as extre-midades 34, 36 de corpo medidor 12. As válvulas de porta opcionais tal como devem com-preender membros seladores 43, 44 no pistão livre 22 podem ser incluídas para selar asportas de entrada-saída 28, 30 quando o pistão livre alcança as extremidades 34, 36. Istopode diminuir mais dramaticamente a pressão na linha 31, e assim fornecer uma indicaçãomais distinta que o pistão livre 22 tenha alcançado a extremidade de seu percurso. Tal indi-cação pode fornecer um suporte para confirmar ou substituir sensores de posição 38 e 40.

Os dispositivos de efeito Hall usados na medida de movimento e as chaves de limi-te de movimento podem oferecer maior confiabilidade em ambientes extremos. Como nãohá nenhuma parte em movimento envolvida no sensor ou o ímã, a expectativa de vida típicaé aumentada em comparação a chaves eletromecânicas tradicionais. Adicionalmente, osensor e o ímã podem ser encapsulados em um material protetor adequado. Os dispositivosde efeito Hall quando apropriadamente empacotados são imunes a ferrugem, poeira, lama eágua. Estas características tornam os dispositivos de efeito Hall particularmente preferidosem um sistema de acordo com a presente invenção para a medida da posição do pistão emcomparação aos meios alternativos tal como medição ótica e eletromecânica.

Se o cilindro de deslocamento falha no curso na vez esperada, uma condição queindica obstrução, o controlador pode movimentar a válvula de quatro vias para a posição deabertura completa para permitir que os resíduos passem.

A Figura 2 mostra um corpo medidor 112 da anterioridade. O corpo medidor 112compreende um cilindro 114 com cavidade 120 e revestido em extremidades opostas porcabeças do cilindro 116 e 117 que podem estar engajadas por encaixe com o cilindro 114.Os lacres 118 e 119 podem ser fornecidos para assegurar um lacre impermeável a fluidosentre o cilindro 114 e as cabeças do cilindro 116 e 117, respectivamente. Em uma modali-dade particular preferida, os lacres 118 e 119 são lacres anelares circunferenciais.

O pistão 122 desliza na cavidade 120 entre a extremidade 134 da cabeça do cilin-dro 116 e a extremidade 136 da cabeça do cilindro 117. O pistão 122 divide as cavidade 120para dentro das câmaras de deslocamento variável 124 e 126. Como pode ser mais clara-mente observado na vista ampliada da Figura 2A, o pistão 122 pode compreender um oumais lacres em sua circunferência externa para selar à parede interna do cilindro 114. Nocorpo medidor particular ilustrado na Figura 2, os membros seladores compreendem o lacreanelar circular primário 125 na linha central do pistão 122 e os lacres anelares circunferenci-ais flanqueadores de suporte 152 e 153. Adicionalmente, os lacres radiais suplementares154 e 155 e o lacre circunferencial suplementar 156 podem ser fornecidos. Em uma modali-dade particular preferida, os lacres anelares circunferenciais 125, 152 e 153 são fabricadoscom o uso de um polímero elastomérico e os lacres suplementares 154, 153 e 156 são fa-bricados a partir de polieteretercetona (PEEK), um material termoplástico semicristalino.

As faces opostas do pistão 122 podem ter ímãs anelares 150 e 151 fixados àsmesmas para ativar os sensores de posição 138 e 140 nas cabeças do cilindro 116 e 117,respectivamente, como descrito abaixo.

Em operação, o fluido entra e sai da câmara 124 através da primeira porta de en-trada/saída 128 e o fluido entra e sai da câmara 126 através da segunda porta de entra-da/saída 130. As portas 128 e 130 podem estar em comunicação fluida com as portas desangria opcionais 131 e 132, respectivamente. As portas de sangria 131 e 132 podem serfornecidas a fim de dar operadores uma indicação visual de uma conexão com vazamentonas portas 128 e 130, respectivamente.

Os sensores de posição 138 e 140 podem estar localizados nas cabeças do cilindro116 e 117, respectivamente. No corpo medidor ilustrado na Figura 2, os sensores de posi-ção 138 e 140 compreendem chaves de efeito Hall as quais são predispostas em espiralcontra o fundo de um furo cego na cabeça do cilindro. Na medida em que o pistão 122 seaproxima da face 134 da cabeça do cilindro 116, o ímã 150 ativa a chave do sensor de posi-ção de efeito Hall 138 o que sinaliza ao controlador (14 na Figura 1) que o pistão 122 estána extremidade de um curso. Do mesmo modo, na medida em que o pistão 122 se aproximada face 136 da cabeça do cilindro 117, o ímã 151 ativa a chave de sensor de posição deefeito Hall 140 o que sinaliza ao controlador (14 na Figura 1) que o pistão 122 está na ex-tremidade do curso oposto.

Quando o pistão 122 está suficientemente próximo à face 134 de cabeça do cilindro116 para ativar o sensor de posição 138, o controlador 14 (vide a Figura 1) pode sinalizar aoativador 45 para posicionar a válvula 16 de forma que o fluido, sob pressão, seja admitido àcâmara 124 por meio da porta de E/S 128. A pressão do fluido na câmara 124 atua paraimpulsionar o pistão livre 122 na direção de face 136 da cabeça do cilindro 117 o que deslo-ca o fluido na câmara 126 o referido fluido que sai do corpo medidor 112 através da porta deE/S 130. Esta ação continua até que o pistão livre 122 esteja suficientemente próximo à face136 para ativar o sensor de posição 140 em cujo ponto o controlador 14 sinaliza ao ativadorde válvula 45 para suprir o fluido sob pressão à porta de E/S 130 e descarregar o fluido a-través da porta de E/S 128. O processo então se repete com o fluido sendo dispensado apartir de porta 128. O volume de fluido deslocado por um curso completo do pistão livre 126é uma quantidade conhecida — tanto por cálculo ou medida empírica. Assim, cada vez queo pistão 122 completa um curso (como determinado por desativação de um sensor de posi-ção seguida por ativação do sensor de posição oposto), um volume conhecido de fluido édispensado por corpo medidor 112.

Será apreciado por aqueles versados na técnica que o sistema descrito acima podeser caracterizado como um "sistema fechada a falhas" — ou seja, na ocorrência de umafalha do controlador 14, do ativador de válvula 45 ou da válvula 16, o sistema dispensaria ofluido até que o pistão 122 alcançasse o fim de seu curso corrente (considerando que umsuprimento contínuo de fluido à entrada) em cujo ponto o fluxo de fluido cessaria. Sem omovimento do pistão, o corpo medidor 112 atua como uma válvula fechada, o que interrom-pe o fluxo de fluido. Já que o controlador 14 e o ativador de válvula 45 necessitam de ener-gia a fim de operar, uma interrupção de energia para o sistema fará com que o fluxo de flui-do cesse, mesmo se uma fonte pressurizada de fluido permanecer disponível.

Com referência agora à Figura 4, um corpo medidor 212 de acordo com a presenteinvenção é mostrado transversalmente. O corpo medidor 212 compreende um cilindro 214com a cavidade 220 e revestido em extremidades opostas por cabeças dos cilindros 216 e217 o que pode ser em engajamento por encaixe com cilindro 214. Os lacres 218 e 219 po-dem ser fornecidos para assegurar um lacre hermético entre o cilindro 214 e as cabeças docilindro 216 e 217, respectivamente. Em uma modalidade preferida particular, os lacres 218e 219 são lacres anelares circunferenciais.

O pistão 222 desliza na cavidade 220 entre a extremidade 234 da cabeça do cilin-dro 216 e a extremidade 236 da cabeça do cilindro 217. As extremidades 234 e 236 podemser côncavas. O pistão 222 divide a cavidade 220 para dentro das câmaras de deslocamen-to variável 224 e 226. Como pode ser mais claramente visto na Figura 4A, o pistão 222 podecompreender um ou mais lacres em sua circunferência externa para selar à parede internado cilindro 214. Na modalidade particular preferida ilustrada na Figura 4, os membros sela-dores compreendem o lacre anelar circular primário 225 na linha central do pistão 222 e oslacres anelares circunferenciais flanqueadores de suporte 252 e 253. Adicionalmente, oslacres radiais suplementares 254 e 255 e o lacre circunferencial suplementar 256 podem serfornecidos. Em uma modalidade particular preferida, os lacres anelares circunferenciais 225,252 e 253 são fabricados com o uso de um polímero elastomérico e os lacres suplementa-res 254, 253 e 256 são fabricados a partir de polieteretercetona (PEEK), um material termo-plástico semicristalino.

As faces opostas do pistão 222 podem ter ímãs anelares 250 e 251 fixados àsmesmas para ativar os sensores de posição 238 e 240 nas cabeças do cilindro 216 e 217,respectivamente, como descrito abaixo.

Em operação, o fluido entra e sai da câmara 224 através da primeira porta de en-trada/saída 228 e o fluido entra e sai da câmara 226 através da segunda porta de entra-da/saída 230. As portas 228 e 230 podem ser em comunicação fluida com portas de sangriaopcionais 231 e 232, respectivamente. As portas de sangria 231 e 232 podem ser fornecidasa fim de dar aos operadores uma indicação visual de uma conexão com vazamento nas por-tas 228 e 230, respectivamente.

Os sensores de posição 238 e 240 podem estar localizados nas cabeças do cilindro216 e 217, respectivamente. Na modalidade ilustrada na Figura 4, os sensores de posição238 e 240 compreendem chaves de efeito Hall o que são predispostas em espiral contra ofundo de um furo cego na cabeça do cilindro. Como pistão 222 se aproxima face 234 decabeça do cilindro 216, o ímã 250 ativa a chave de sensor de posição de efeito Hall 238 oque sinaliza ao controlador (14 na Figura 1) que o pistão 222 está no final de um curso. Domesmo modo, na medida em que o pistão 222 se aproxima da face 236 da cabeça do cilin-dro 217, o ímã 251 ativa a chave de sensor de posição de efeito Hall 240 o que sinaliza aocontrolador (14 na Figura 1) que o pistão 222 está no final do curso oposto.

Quando o pistão 222 está suficientemente próximo à face 234 da cabeça do cilindro216 para ativar o sensor de posição 238, o controlador 14 (vide a Figura 1) pode sinalizar aoativador 45 para posicionar a válvula 16 de modo que o fluido, sob pressão, seja admitido àcâmara 224 por meio da porta de E/S 228. A pressão do fluido na câmara 224 atua paraimpulsionar o pistão livre 222 na direção da face 236 da cabeça do cilindro 217 o que deslo-ca o fluido na câmara 226 o referido fluido que sai do corpo medidor 212 através da porta deE/S 230. Esta ação continua até que o pistão livre 222 esteja suficientemente próximo à face236 para ativar o sensor de posição 240 em cujo ponto o controlador 14 sinaliza ao ativadorde válvula 45 para suprir fluido sob pressão para a porta de E/S 230 e descarregar o fluidoatravés da porta de E/S 228. O processo então se repete com fluido sendo dispensado apartir de porta 228. O volume de fluido deslocado por um curso completo do pistão livre 226é uma quantidade conhecida — tanto por cálculo ou medida empírica. Assim, cada vez queo pistão 222 completa um curso (como determinado por desativação de um sensor de posi-ção seguida por ativação do sensor de posição oposto), um volume conhecido de fluido édispensado pelo corpo medidor 212.

O pistão 222 compreende uma primeira passagem que conecta as faces opostasdo pistão geralmente cilíndrico e uma segunda passagem a qual também conecta as facesopostas do pistão. Cada passagem é fechada por uma válvula 240, 242. Na modalidadeilustrada nas Figuras 4 e 5, as válvulas 240 e 242 são válvulas de gatilho providas de mola esão dispostas em direções opostas. As válvulas 240, 242 compreendem os ativadores deválvula mecânicos 244 e 246, respectivamente, os quais se projetam a partir da face do pis-tão 222 e o que faz com que suas respectivas válvulas se abram contra a força da mola daválvula quando deprimidas.

Se, por qualquer razão, houver uma falha de um ou ambos os sensores de posição238, 240 ou uma falha do ativador de válvula 45 ou do controlador 14, o pistão 222 continua-rá a ser movido na direção de uma das faces da cabeça do cilindro 234, 236. Para os pro-pósitos desta discussão, considerar-se-á que uma falha em um dos componentes referidosacima ou uma interrupção de energia ocorre enquanto o fluido estiver sendo admitido paradentro da câmara 226 do corpo medidor 212 através da porta 230 e o fluido estiver sendodispensado a partir da porta 228 na medida em que o fluido é deslocado a partir de câmara224.

Quando a face superior do pistão 222 se movimenta suficientemente próxima à su-perfície 234 para alcançar o contacto entre a superfície 234 e o ativador de válvula 246, ain-da o movimento do pistão 222 naquela direção fará com que a válvula 240 se abra, permi-tindo que fluido flua a partir de câmara 226 através da válvula 240 no pistão 222, para den-tro da câmara 224 e fora através da porta 228. Se a face do pistão 222 for geralmente pla-nar, a superfície côncava 234 evitará que o pistão 222 bloqueie a extremidade interior daporta 228 — ou seja, a câmara 224 terá em todos as vezes um volume suficiente para per-mitir que o fluxo de fluido continue através dela.

Em certas modalidades, a constante de força das molas da válvula pode ser esco-lhida para permitir que a válvula se abra se a pressão do fluido diferencial através do pistão222 exceder a pressão de trabalho nominal do corpo medidor. Deste modo, uma passagemde fluido adicional através do pistão pode ser aberta se o movimento de reciprocidade dopistão for interrompido.

Será apreciado por aqueles versados na técnica que o sistema descrito acima podeser caracterizado como um "sistema no estado de falha" - ou seja, na ocorrência de umafalha do controlador 14, do ativador de válvula 45 ou da válvula 16, o sistema continuaria adispensar o fluido na taxa de fluxo selecionada mais recentemente (considerando nenhummovimento da válvula 16). Já que o controlador 14 e o ativador de válvula 45 necessitam deenergia a fim de operar, uma interrupção de energia para o sistema não fará com que o flu-xo de fluido cesse desde que uma fonte pressurizada de fluido permaneça disponível.Será também apreciado por aqueles versados na técnica que um corpo medidor112 da anterioridade pode ser modernizado para a prática da presente invenção pela substi-tuição do pistão 122 com um pistão 222 como mostrado na Figura 5.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhe com referência a certas modali-dades preferidas, existem variações e modificações no escopo e espírito da invenção comodescrito e definido nas seguintes reivindicações.

Claims (13)

1. Corpo medidor volumétrico de fluido CARACTERIZADO pelo fato de que com-preende:um cilindro com uma primeira extremidade, uma segunda extremidade oposta, euma cavidade central axial; uma primeira cabeça do cilindro na primeira extremidade do ci-lindro;uma segunda cabeça do cilindro na segunda extremidade do cilindro;um pistão o qual desliza na cavidade central axial e divide a cavidade em uma pri-meira câmara e uma segunda câmara, cujos respectivos volumes mudam na medida emque o pistão desliza na cavidade;uma primeira válvula no pistão a qual é configurada para abrir quando o pistão semovimenta a uma distância pré-selecionada a partir da primeira cabeça do cilindro e, quan-do aberta, permite que o fluido flua através do pistão a partir da primeira câmara para a se-gunda câmara; e,uma segunda válvula no pistão a qual é configurada para abrir quando o pistão semovimenta a uma distância pré-selecionada a partir da segunda cabeça do cilindro e, quan-do aberta, permite que o fluido flua através do pistão a partir da segunda câmara para a pri-meira câmara.

2. Corpo medidor volumétrico de fluido, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende uma superfície côncava na faceinterior da primeira e da segunda cabeça do cilindro.

3. Corpo medidor volumétrico de fluido, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira válvula e a segunda válvula são válvulas degatilho providas de mola.

4. Corpo medidor volumétrico de fluido, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que as válvulas de gatilho providas de mola têm uma cons-tante de força a qual permite que a válvula se abra se a pressão do fluido exceder um valorpré-selecionado.

5. Corpo medidor volumétrico de fluido, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que as válvulas de gatilho compreendem ativadores de vál-vula os quais se projetam a partir da face do pistão.

6. Corpo medidor volumétrico de fluido, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende pelo menos um sensor de posição oqual é responsivo à distância entre pelo menos uma cabeça do cilindro e o pistão, e onde osativadores de válvula são dimensionados e configurados de forma que o sensor de posiçãopode detectar a proximidade do pistão em uma distância entre a face superior do pistão e aface inferior da cabeça do cilindro a qual é maior do que a distância que os ativadores deválvula se projetam a partir da face do pistão.

7. Sistema de injeção de fluidos CARACTERIZADO pelo fato de que é usado paracontrolar a distribuição de fluido a partir de uma linha de suprimento a um poço selecionadoa uma taxa ajustável com um corpo medidor com uma cavidade para contenção do fluido;uma barreira de fluido que segrega a cavidade para dentro da primeira e da segunda câma-ra de volume variável, a barreira de fluido móvel em resposta a uma diferença de pressãoentre a primeira e a segunda câmara; uma primeira porta de entrada-saída para passagemde fluido para dentro e fora da primeira câmara, e uma segunda porta de entrada-saída parapassagem de fluido para dentro e fora da segunda câmara; uma válvula de multi-posiçãoque compreende uma primeira posição para a passagem de fluido a partir da linha de su-primento para dentro da primeira câmara, assim movendo a barreira de fluido para desloca-mento de fluido a partir da segunda câmara de volta através da válvula a um ponto de inje-ção, e uma segunda posição para passagem de fluido a partir da linha de suprimento para asegunda câmara, assim movendo a barreira de fluido para deslocamento de fluido a partirda primeira câmara de volta através da válvula ao ponto de injeção, a válvula que aindacompreende uma válvula variável que se abre para controlar o fluxo entre a linha de supri-mento e o corpo medidor; um sensor de posição para medir a posição da barreira de fluidono corpo medidor; e um sistema de controle em comunicação com o sensor de posição eincluindo um timer para regular o momento do deslocamento da barreira de fluido a posiçõesselecionadas, o sistema de controle para seletivamente ajustar a abertura da válvula variá-vel em resposta ao tempo de deslocamento da barreira de fluido e para seletivamente rever-ter a posição da válvula de multi-posição em resposta à posição da barreira de fluido, onde oaperfeiçoamento compreende:uma primeira válvula na barreira de fluido com um ativador de válvula o qual abre aprimeira válvula quando a barreira de fluido se movimenta a uma distância pré-selecionadaa partir de uma extremidade da primeira câmara de volume variável; e,uma segunda válvula na barreira de fluido com um ativador de válvula o qual abre asegunda válvula quando a barreira de fluido se movimenta a uma distância pré-selecionadaa partir de uma extremidade da segunda câmara de volume variável.

8. Sistema de injeção de fluidos, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira válvula na barreira de fluido e a segundaválvula na barreira de fluido são válvulas de gatilho.

9. Sistema de injeção de fluidos, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira válvula na barreira de fluido e a segundaválvula na barreira de fluido são configuradas de forma que quando ambas as válvulas sãoabertas, a primeira câmara de volume variável e a segunda câmara de volume variável es-tão em comunicação fluida.

10. Pistão livre para um corpo medidor volumétrico CARACTERIZADO pelo fato deque compreende:um corpo geralmente cilíndrico com uma primeira face e uma segunda face oposta;uma primeira passagem de fluido entre a primeira face e a segunda face;uma segunda passagem de fluido entre a primeira face e a segunda face;uma primeira válvula a qual quando aberta permite que o fluido flua através da pri-meira passagem de fluido e quando fechada evita que o fluxo flua através da primeira pas-sagem de fluido;uma segunda válvula a qual quando aberta permite que o fluido flua através da se-gunda passagem de fluido e quando fechada evita que o fluxo flua através da segunda pas-sagem de fluido;um primeiro ativador de válvula conectado à primeira válvula que se projeta a partirda primeira face e é configurado para abrir a primeira válvula quando a primeira face se mo-vimenta a uma distância pré-selecionada de outra superfície;um segundo ativador de válvula conectado à segunda válvula que se projeta a partirda segunda face e é configurado para abrir a primeira válvula quando a segunda face semovimenta a uma distância pré-selecionada de outra superfície.

11. Pistão livre, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato deque a primeira e a segunda válvula são válvulas de gatilho.

12. Pistão livre, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato deque a primeira e a segunda válvula são válvulas de gatilho providas de mola.

13. Pistão livre, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato deque a mola na primeira válvula tem um constante de força que permite que a primeira válvu-la de gatilho se abra se a pressão do fluido na primeira face do pistão exceder a pressão dofluido na segunda face do pistão por uma quantidade que é maior do que o pressão opera-cional nominal do corpo medidor.