BR112015015562B1 - Sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos - Google Patents
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Abstract
sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos. a invenção refere-se a um sistema de ascensão artificial que compreende um motor de cavidades progressivas para a extração de hidrocarbonetos. no sistema da invenção, um fluido armazenado em superfície é injetado por meio de uma bomba para o motor de cavidades progressivas, situado no subsolo; a rotação que é produzida pela passagem do fluido é transmitida para uma bomba de cavidades progressivas de modo que empurre o hidrocarboneto para a superfície.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de ascensão artificial que compreende um motor de cavidades progressivas que se instala, por sua vez, no fundo de um poço e que permite gerar as revoluções e torque necessários para mover uma bomba de cavidades progressivas e realizar a extração de hidrocarbonetos.
[0002] Esta invenção está relacionada diretamente ao setor de hidrocarbonetos, especificamente com tecnologias aplicadas à extração de petróleo. Sua aplicabilidade é específica em poços petrolíferos, em bombeamento mecânico, sistemas eletrossubmersíveis e bombas de cavidades progressivas que se conectam mecanicamente a um redutor de velocidade em superfície mediante uma coluna de hastes como sistemas de ascensão artificial dos hidrocarbonetos que se encontram no subsolo.
[0003] No setor de hidrocarbonetos, é conhecido pouso de cabeças elétricas ou hidráulicas sobre a superfície assim como motores elétricos de fundo. Estes equipamentos geram as revoluções e torque necessários para bombas de cavidades progressivas, que se situam no fundo dos poços, para realizar a extração de hidrocarbonetos.
[0004] No caso das bombas de cavidades progressivas, são utilizados motores elétricos ou hidráulicos em superfície acoplados a uma caixa redutora que compõe a cabeça do poço. O redutor gira uma coluna de hastes que, por sua vez, faz girar a bomba de cavidades progressivas. Este sistema exige uma coluna de hastes como elemento de transmissão de potência entre a cabeça de superfície e a bomba de cavidades progressivas situada no fundo. Devido ao fato de que o sistema exige o uso de hastes, há um gasto adicional de energia como consequência do atrito das hastes com o fluido e com a tubulação. As hastes se fatigam com o trabalho por exposição constante à tensão, torsão e fricção. Este desgaste produz uma ruptura ou desconexão de hastes, interrompendo a extração dos hidrocarbonetos. No caso das bombas de cavidades progressivas eletrossubmersíveis, são utilizados motores muito largos e de pequeno diâmetro que trabalham a altas voltagens (4.160 V) e altas revoluções por minuto (3.600 RPM). Este sistema exige um cabo especial que transmite a potência elétrica desde um transformador em superfície até o fundo onde se encontra o motor elétrico. Como consequência, ocorrem perdas de energia elétrica em forma de calor ao longo do cabo. Devido às altas revoluções com que trabalham os motores elétricos de fundo, este sistema de ascensão artificial é aplicável apenas em poços de alto fluxo ou alta produção.
[0005] Considerando os altos custos, a complexidade e a baixa confiabilidade inerentes ao uso de colunas de hastes e cabos elétricos (como elementos de transmissão de potência entre a cabeça de superfície e as bombas ou motores elétricos de fundo), a presente invenção fornece um sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos. O dito motor de cavidades progressivas é acionado mediante a injeção de fluido (água ou petróleo) que é enviado da superfície. Dado que o motor de cavidades progressivas se encontra no fundo, a conexão entre o motor de cavidades progressivas e a bomba de cavidades progressivas é um eixo flexível com longitude inferior a 6 m. Isso implica um aumento da confiabilidade do sistema para a extração de hidrocarbonetos. Ademais, uma vez que o fluido atravessa o motor de cavidades progressivas, o mesmo retorna à superfície devido ao efeito dos vasos comunicantes e se alcança uma diminuição do consumo energético exigido para a extração de hidrocarbonetos.
[0006] No setor de hidrocarbonetos, é conhecido o uso de cabeças elétricas ou hidráulicas em superfície assim como motores elétricos de fundo. Esses equipamentos geram as revoluções e torque necessários para bombas de cavidades progressivas, que se situam no fundo dos poços, para realizar a extração de hidrocarbonetos.
[0007] No caso das bombas de cavidades progressivas, são utilizados motores elétricos ou hidráulicos em superfície acoplados a uma caixa redutora que compõe a cabeça do poço. O redutor gira uma coluna de hastes que, por sua vez, faz girar a bomba de cavidades progressivas. Este sistema exige uma coluna de hastes como elemento de transmissão de potência entre a cabeça de superfície e a bomba de cavidades progressivas situada no fundo. Devido ao fato de que o sistema exige o uso de hastes, há um gasto adicional de energia como consequência da fricção das hastes com o fluido e com a tubulação. As hastes se fatigam com o trabalho por exposição constante à tensão, torsão e fricção. Este desgaste produz uma ruptura ou desconexão de hastes, interrompendo a extração dos hidrocarbonetos. No caso das bombas de cavidades progressivas eletrossubmersíveis, são utilizados motores muito largos e de pequeno diâmetro que trabalham a altas voltagens (4.160 V) e altas revoluções por minuto (3.600 RPM). Este sistema exige um cabo especial que transmite a potência elétrica de um transformador em superfície até o fundo onde se encontra o motor elétrico. Como consequência, ocorrem perdas de energia elétrica em forma de calor ao longo do cabo. Devido às altas revoluções com que trabalham os motores elétricos de fundo, este sistema de ascensão artificial é aplicável apenas em poços de alto fluxo ou alta produção.
[0008] Considerando os altos custos, complexidade e baixa confiabilidade inerentes ao uso de colunas de hastes e cabos elétricos (como elementos de transmissão de potência entre a cabeça de superfície e as bombas o motores elétricos de fundo), a presente invenção fornece um sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos.
[0009] Considerando os altos custos, complexidade e baixa confiabilidade inerentes ao uso de colunas de hastes e cabos elétricos (como elementos de transmissão de potência entre a cabeça de superfície e as bombas os motores elétricos de fundo), a presente invenção fornece um sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos. O dito motor de cavidades progressivas é acionado mediante a injeção de fluido (água ou petróleo) que é enviado da superfície. Dado que o motor de cavidades progressivas se encontra no fundo, a conexão entre o motor de cavidades progressivas e a bomba de cavidades progressivas é um eixo flexível com longitude inferior a 6 m. Isso implica em um aumento da confiabilidade do sistema para a extração de hidrocarbonetos. Ademais, uma vez que o fluido atravessa o motor de cavidades progressivas, o mesmo retorna à superfície devido ao efeito dos vasos comunicantes e se alcança uma diminuição do consumo energético exigido para a extração de hidrocarbonetos.EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO
[0010] Dado que o motor de cavidades progressivas se encontra no fundo, a conexão entre o motor de cavidades progressivas e a bomba de cavidades progressivas é um eixo flexível com longitude inferior a 6 m. Isso implica em um aumento da confiabilidade do sistema para a extração de hidrocarbonetos. Ademais, uma vez que o fluido atravessa o motor de cavidades progressivas, o mesmo retorna à superfície devido ao efeito dos vasos comunicantes e é alcançada uma diminuição do consumo energético exigido para a extração de hidrocarbonetos.
[0011] A Figura 1 é uma vista esquemática do sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos
[0012] A Figura 2 é uma vista esquemática detalhada da disposição do motor de cavidades progressivas e a bomba de cavidades progressivas, em que ambos têm o mesmo sentido de hélice, só que o motor de cavidades progressivas se encontra instalado inverso a uma bomba de cavidades progressivas.
[0013] A Figura 3 é uma vista esquemática detalhada da disposição do motor de cavidades progressivas e a bomba de cavidades progressivas, em que o motor de cavidades progressivas tem um sentido de hélice oposto ao sentido de hélice que tem a bomba de cavidades progressivas, além disso, o motor de cavidades progressivas se encontra instalado no mesmo sentido da bomba de cavidades progressivas.
[0014] A Figura 4 é um vista frontal, superior e isométrica da chumaceira axial (4) em que é possível observar a disposição circular de orifícios (4.1) que permitem a passagem do fluido proveniente da superfície e que, posteriormente, irá ativar o motor e cavidades progressivas.LISTA DE REFERÊNCIA1 - TANQUE DE ARMAZENAMENTO.2 - BOMBA DE INJEÇÃO DE FLUIDO.3 - COLUNA DE TUBULAÇÃO.4-CHUMACEIRA AXIAL.4 - DISPOSIÇÃO CIRCULAR DE ORIFÍCIOS.5 - CONJUNTO DE ROLAMENTOS CÔNICOS.6 - UM EIXO PRINCIPAL.7 - ACOPLAMENTO PARA EIXOS.8 - TUBO.9 - PRIMERO EIXO FLEXÍVEL.10 - MOTOR DE CAVIDADES PROGRESSIVAS.a - ESTATOR DO MOTOR DE CAVIDADES PROGRESSIVAS.B - ROTOR DO MOTOR DE CAVIDADES PROGRESSIVAS.11 - TUBO PERFURADO.12. - SEGUNDO EIXO FLEXÍVEL.13. - INVÓLUCRO ANULAR.14. - BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS.a - ESTATOR DA BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS.b - ROTOR DA BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS. 15. - REVESTIMENTO DO POÇO.
[0015] A presente invenção fornece um sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos. O dito motor de cavidades progressivas é acionado mediante a injeção de fluido (água ou petróleo) que é enviado da superfície. Dado que o motor de cavidades progressivas se encontra no fundo, a conexão entre o motor de cavidades progressivas e a bomba de cavidades progressivas é um eixo flexível com longitude inferior a 6 m. Isso implica em um aumento da confiabilidade do sistema para a extração de hidrocarbonetos. Ademais, uma vez que o fluido atravessa o motor de cavidades progressivas, o mesmo retorna à superfície devido ao efeito dos vasos comunicantes e é alcançada uma diminuição do consumo energético exigido para a extração de hidrocarbonetos.
[0016] A presente invenção corresponde a um sistema de ascensão artificial que compreende um motor de cavidades progressivas (10) no fundo para a extração de hidrocarbonetos, que gera um movimento rotacional, devido à passagem de um fluido entre um estator (10.1) e um rotor (10.2). Este sistema está composto por um tanque de armazenamento de fluido (1), uma bomba (2) para injeção de fluido, uma coluna de tubulação (3) que conecta a superfície com uma chumaceira axial (4), um tubo (8), um estator para um motor de cavidades progressivas (10.1), um tubo perfurado (11), um estator para uma bomba de cavidades progressivas (14.1), um invólucro anular (13) sustentado entre o estator da bomba de cavidades progressivas (14) e o revestimento do poço (15), um conjunto de rolamentos cônicos (5) sustentado na chumaceira axial (4), um eixo principal (6) sustentado no conjunto de rolamentos cônicos (5), quatro acoplamentos para eixos (7), dois eixos flexíveis (9 e 12), um rotor (10.2) do motor de cavidades progressivas e um rotor (14.2) da bomba de cavidades progressivas.
[0017] O sistema de ascensão artificial que compreende um motor de cavidades progressivas (10) no fundo para a extração de hidrocarbonetos consiste em um tanque de armazenamento (1) de fluido conectado à sucção da bomba (2) de injeção. A descarga da bomba de injeção está conectada à extremidade superior da coluna de tubulação (3) e esta, por sua vez, está conectada, em sua extremidade inferior, a uma chumaceira axial (4). Esta chumaceira axial possui uma disposição de orifícios em forma circular (4.1), ao redor do assento dos rolamentos cônicos. Dentro da chumaceira axial, é instalado o conjunto de rolamentos cônicos (5) que sustentam uma carga exercida pelo eixo principal (6). Esse eixo principal está conectado, mediante um acoplamento para eixos (7), a um dos eixos flexíveis (9). Por sua vez, a outra extremidade do eixo flexível está conectada, por meio de um acoplamento para eixos (7), ao rotor do motor (10.2). O rotor do motor está instalado dentro do estator (10.1) do motor de cavidades progressivas, que é unido à chumaceira (4) por meio de um tubo (8). Adicionalmente, a extremidade inferior do rotor (10.2) do motor de cavidades progressivas está conectada, por meio de um acoplamento para eixos (7), ao segundo eixo flexível (12). Por outro lado, o segundo eixo flexível está conectado em sua extremidade inferior ao rotor (14.2) da bomba de cavidades progressivas, por meio de um acoplamento para eixos (7). O rotor (14.2) da bomba de cavidades progressivas se encontra instalado no interior do estator (14.1) da bomba de cavidades progressivas, que sustenta o invólucro anular (13). Finalmente, a extremidade inferior do estator (10.1) do motor de cavidades progressivas está conectada à extremidade superior do estator (14.1) da bomba de cavidades progressivas por meio de um tubo perfurado (11).
[0018] O motor de cavidades progressivas (10) corresponde a uma bomba de cavidades progressivas com sentido inverso de rotação em relação à bomba de cavidades progressivas (14). Enquanto é fornecido ao motor de cavidades progressivas fluido para gerar um movimento rotacional, a bomba de cavidades progressivas recebe um movimento rotacional proveniente do motor de cavidades progressivas para bombear fluido. O motor de cavidades progressivas pode ser uma bomba de cavidades progressivas instalada ao contrário da bomba de cavidades progressivas, como é observado na Figura 2. O motor de cavidades progressivas também pode ser uma bomba de cavidades progressivas com passagem inversa em relação à bomba de cavidades progressivas, como observado na Figura 3.
[0019] O sistema consiste em uma bomba (2) de injeção de fluido que suga o fluido contido no tanque (1) de armazenamento e o descarrega através das colunas de tubulação (3) até a chumaceira axial (4). Dessa forma, o fluido é direcionado através da disposição circular de orifícios da chumaceira (4.1). Posteriormente, o fluido sai da chumaceira axial (4) e passa pelo espaço anular existente entre o tubo (8) e o primeiro eixo flexível (9) em direção a uma boca superior do conjunto rotor (10.2) e do estator (10.1), do motor de cavidades progressivas (10). Uma vez que o fluido passa entre o rotor e o estator, do motor de cavidades progressivas, o rotor começa a girar. A carga axial gerada pelo movimento rotacional é transmitida até o eixo flexível (9) e, de lá, para o eixo principal (6) que possui um ombro (6.1) na extremidade superior. Como consequência, o eixo principal gira e se sustenta sobre os rolamentos cônicos (5). Finalmente, o fluido sai do conjunto rotor (10.2) e do estator (10.1), do motor de cavidades progressivas (10), pela boca inferior do estator até os orifícios de saída do tubo perfurado (11), retornando à superfície mediante vasos comunicantes.
[0020] O movimento rotacional que é produzido pela passagem do fluido no sistema é transmitido do rotor (10.2) do motor de cavidades progressivas (10) para o rotor (14.2) da bomba de cavidades progressivas (14), por meio do segundo eixo flexível (12). Quando o rotor (14.2) da bomba de cavidades progressivas (14) gira dentro do estator (14.1), o hidrocarboneto flui da boca inferior até uma boca superior do estator (14.1) da bomba de cavidades progressivas (14) e, desse ponto, para os orifícios de saída do tubo perfurado (11). Quando o hidrocarboneto sai pelas perfurações do tubo, o mesmo se desloca até a superfície devido à pressão de descarga que possui a bomba de cavidades progressivas (14).
[0021] No sector de hidrocarbonetos, é conhecido o uso de cabeças elétricas ou hidráulicas em superfície assim como motores elétricos de fundo. Devido às altas revoluções com as que trabalham os motores elétricos de fundo, esse sistema de ascensão artificial é aplicável apenas em poços de alto fluxo ou alta produção. A presente invenção fornece um sistema de ascensão artificial com motor de cavidades progressivas no fundo para a extração de hidrocarbonetos. O dito motor de cavidades progressivas é acionado mediante a injeção de fluido (água ou petróleo) que é enviado da superfície. Dado que o motor de cavidades progressivas se encontra no fundo, a conexão entre o motor de cavidades progressivas e a bomba de cavidades progressivas é um eixo flexível com longitude inferior a 6 m. Isso implica em um aumento da confiabilidade do sistema para a extração de hidrocarbonetos. Ademais, uma vez que o fluido atravessa o motor de cavidades progressivas, o mesmo retorna à superfície devido ao efeito dos vasos comunicantes e é alcançada uma diminuição do consumo energético exigido para a extração de hidrocarbonetos.
Claims (10)
1. Sistema para a extração de hidrocarbonetos CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:um tanque (1) que compreende uma porta de descarga de fluido, uma porta de entrada de petróleo e uma porta de descarga de petróleo;uma bomba de fluido (2) tendo uma entrada conectada à referida porta de descarga de fluido;uma coluna de tubulação (3) conectada na sua primeira extremidade a uma saída da referida bomba de fluido (2), em que a referida bomba de fluido (2) é configurada para empurrar fluido do tanque (1) para a coluna de tubulação (3);um chumaceira axial (4) conectada em sua entrada a uma segunda extremidade da referida coluna de tubulação (3), a referida chumaceira axial (4) compreendendo uma disposição circular de orifícios (4.1) em torno de um conjunto de rolamentos cônicos (5), em que a referida disposição circular de orifícios (4.1) é configurada para direcionar o fluxo de fluido da referida coluna de tubulação (3);um primeiro eixo (9) tendo uma primeira extremidade acoplada rotativamente ao referido conjunto de rolamentos cônicos (5) e se estendendo através de uma saída da referida chumaceira axial (4) e através de um tubo (8), em que o tubo (8) é conectado em sua primeira extremidade à saída da chumaceira axial (4);um motor de cavidade progressiva (10) tendo sua entrada conectada a uma segunda extremidade do tubo (8), em que o referido motor de cavidade progressiva (10) compreende um rotor (10.2) conectado a uma segunda extremidade do primeiro eixo (9) na referida entrada do motor de cavidade progressiva (10), em que o rotor do motor de cavidade progressiva (10.2) é configurado para ser acionado pelo fluido que flui da referida chumaceira axial (4) para fazer com que o fluido saia em uma saída do motor de cavidade progressiva (10) para um tubo perfurado (11), em que o tubo perfurado (11) é conectado em sua primeira extremidade à saída do motor de cavidade progressiva (10);um segundo eixo (12) tendo sua primeira extremidade conectada através da saída do motor de cavidade progressiva (10) ao rotor do motor de cavidade progressiva (10.2), em que o segundo eixo (12) se estende através de uma segunda extremidade do tubo perfurado (11);uma bomba de cavidade progressiva (14) tendo sua saída conectada à segunda extremidade do tubo perfurado (11), em que a referida bomba de cavidade progressiva (14) compreende um rotor (14.2) conectado a uma segunda extremidade do segundo eixo (12) na referida saída da bomba de cavidade progressiva (14), em que o rotor da bomba de cavidade progressiva (14.2) é configurado para ser acionado pelo rotor do motor de cavidade progressiva (10.2), em que uma entrada da bomba de cavidade progressiva (14) é configurada para compreender um invólucro anular (13) sustentado entre um revestimento de poço (15); eum ou mais vasos de comunicação de fluido acoplados ao referido tubo perfurado (11) e ao referido orifício de entrada de petróleo do referido tanque (1).
2. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a entrada da bomba de cavidade progressiva (14) é conectada a uma fonte de hidrocarbonetos.
3. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os vasos de comunicação de fluido são configurados para descarregar os hidrocarbonetos e o fluido no tanque (1).
4. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os hidrocarbonetos e o fluido saem do tubo perfurado (11) através de orifícios de saída em uma parede do tubo perfurado (11) para os vasos comunicantes de fluido.
5. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida bomba de cavidade progressiva (14) é vedada ao referido revestimento de poço (15) com um invólucro anular (13).
6. Sistema para a extração de hidrocarbonetos CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:uma coluna de tubulação (3) conectada na sua extremidade de entrada a um tanque (1) para receber fluido do tanque (1);uma chumaceira axial (4) conectada em sua entrada a uma extremidade de saída da referida coluna de tubulação (3), a referida chumaceira axial (4) compreendendo uma disposição circular de orifícios (4.1) em torno de um conjunto de rolamentos cônicos (5), em que a referida disposição circular de orifícios (4.1) é configurada para direcionar o fluxo de fluido da referida coluna de tubulação (3) através de uma saída da referida chumaceira axial (4);um primeiro eixo (9) tendo uma primeira extremidade acoplada rotativamente ao referido conjunto de rolamentos cônicos (5) e estendendo-se através da saída da referida chumaceira axial (4) e através de um tubo (8), em que o tubo (8) é conectado em sua primeira extremidade à saída da chumaceira axial (4);um motor de cavidade progressiva (10) tendo sua entrada conectada a uma segunda extremidade do tubo (8), em que o referido motor de cavidade progressiva (10) compreende um rotor (10.2) conectado a uma segunda extremidade do primeiro eixo (9) na referida entrada do motor de cavidade progressiva (10), em que o rotor (10.2) do motor de cavidade progressiva (10) é configurado para ser acionado pelo fluido que flui da referida chumaceira axial (4) para fazer com que o fluido saia em uma saída do motor de cavidade progressiva (10) para um tubo perfurado (11), em que o tubo perfurado (11) é conectado em sua primeira extremidade à saída do motor de cavidade progressiva (10);um segundo eixo (12) tendo sua primeira extremidade conectada através da saída do motor de cavidade progressiva (10) ao rotor do motor de cavidade progressiva (10.2), em que o segundo eixo (12) se estende através de uma segunda extremidade do tubo perfurado (11);uma bomba de cavidade progressiva (14) tendo sua saída conectada à segunda extremidade do tubo perfurado (11), em que a referida bomba de cavidade progressiva (14) compreende um rotor (14.2) conectado a uma segunda extremidade do segundo eixo (12) na referida saída da bomba de cavidade progressiva (14), em que o rotor da bomba de cavidade progressiva (14.2) é configurado para ser acionada pelo rotor do motor de cavidade progressiva (10.2), em que uma entrada da bomba de cavidade progressiva (14) é configurada para compreender um invólucro anular (13) sustentado entre um revestimento de poço (15); eum ou mais vasos de comunicação de fluido acoplados ao referido tubo perfurado (11) e configurados para retornar o fluido ao referido tanque (1).
7. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a entrada da bomba de cavidade progressiva (14) é conectada a uma fonte de hidrocarbonetos.
8. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que os vasos de comunicação de fluido descarregam os hidrocarbonetos e o fluido no tanque (1).
9. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que os hidrocarbonetos e o fluido saem do tubo perfurado (11) através de orifícios de saída em uma parede do tubo perfurado (11) para os vasos de comunicação de fluido.
10. Sistema para a extração de hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida bomba de cavidade progressiva (14) é vedada ao referido revestimento de poço (15) com um invólucro anular (13).
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