BRPI1103813B1

BRPI1103813B1 - provision for hydrocarbon extraction in wells using progressive cavity pumps

Info

Publication number: BRPI1103813B1
Application number: BRPI1103813-6A
Authority: BR
Inventors: Leoncio Del Pozo
Original assignee: Compañias Asociadas Petroleras S.A.
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2020-10-13
Also published as: CA2747117C; CA2747117A1; US20120034120A1; AR077348A1; BRPI1103813A2

Abstract

DISPOSIÇÃO PARA EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETOS EM POÇOS QUE UTILIZAM BOMBAS DE CAVIDADE PROGRESSIVA. Disposição para a extração de hidrocarbonetos em poços que utilizam bombas de cavidade progressiva, que abrange um tubo giratório alojado em um tubo fixo que se estende ao longo da tubulação de recobrimento do poço. O tubo giratório conduz o fluído do fundo do poço para a superfície. Entre o tubo giratório e o tubo fixo fica definido um espaço anular onde é injetado um lubrificante antifricção entre a parede externa do tubo giratório e a parede interna do tubo fixo. O extremo inferior do tubo giratório apresenta um trecho com orifícios, de passagem do fluído para o interior do mesmo conectado à bomba de cavidade progressiva mediante uma haste, e o seu extremo superior está acoplado a um conduto de saída de produção e a um mecanismo motriz de acionamento do mesmo. O trecho superior do tubo fixo está conectado a um conduto de injeção do lubrificante antifricção no espaço definido entre ambos os tubos giratório e fixo. Esta disposição permite reduzir o desgaste por atrito e corrosão das tubulações convencionais utiliza das em poços de jazidas petrolíferas onde a. extração dos fluidos é realizada mediante (...).PROVISION FOR HYDROCARBON EXTRACTION IN WELLS THAT USE PROGRESSIVE CAVITY PUMPS. Arrangement for the extraction of hydrocarbons in wells that use progressive cavity pumps, which includes a rotating tube housed in a fixed tube that extends along the well cover pipe. The rotating tube conducts fluid from the bottom of the well to the surface. Between the rotating tube and the fixed tube, an annular space is defined where an anti-friction lubricant is injected between the outer wall of the rotating tube and the inner wall of the fixed tube. The lower end of the rotating tube has a section with holes, for the fluid to flow into it connected to the progressive cavity pump by means of a rod, and its upper end is coupled to a production outlet duct and a driving mechanism. activation. The upper section of the fixed tube is connected to an injection pipe of the anti-friction lubricant in the space defined between both the rotating and fixed tubes. This arrangement makes it possible to reduce friction and corrosion wear on conventional pipelines used in oil wells where a. fluid extraction is performed by (...).

Description

FIELD OF THE INVENTION

[001] A presente invenção se refere a uma disposição para a extração de hidrocarbonetos em poços que utilizam bombas de cavidade progressiva, e mais particularmente se relaciona com uma disposição de tubulações de extração petrolífera desenvolvida com a finalidade de reduzir o desgaste por atrito e corrosão das mesmas em poços de jazidas onde são utilizadas bombas de cavidade progressiva ou “BCP”.[001] The present invention relates to an arrangement for the extraction of hydrocarbons in wells using progressive cavity pumps, and more particularly it relates to an arrangement of oil extraction pipelines developed with the purpose of reducing friction and corrosion wear of them in deposit wells where progressive cavity pumps or “BCP” are used.

STATUS OF THE TECHNIQUE AND ADVANTAGES OF THE INVENTION

[002] Dentro da arte prévia cabe mencionar que habitualmente nos poços de jazidas de extração de hidrocarbonetos, a transmissão de potência do motor de superfície para as bombas de fundo do tipo “bombas de cavidade progressiva”, ou BCP, é realizada através de uma ou mais barras ou hastes metálicas que giram dentro da tubulação metálica ou “tubing”. Devido a que a profundidade do poço de produção pode ser de várias centenas de metros ou mais de mil metros, é impossível evitar que existam pontos de contato e fricção entre o “tubing” e as hastes que giram no seu interior. A bomba de cavidade progressiva utiliza o petróleo bombeado do fundo do poço como lubrificante entre as superfícies que estão submetidas à fricção, vale dizer, entre o lado interno da tubulação e o lado externo das hastes que giram ao longo de seu interior. O documento US6675902 revela um sistema que utiliza bomba de cavidade progressiva e tubulação convencional ou espiralada compreendendo um corpo tubular com um estator e um rotor dentro do estator. Um dos inconvenientes que provoca a fricção entre as hastes de acionamento da bomba de fundo e a tubulação surge na medida em que as jazidas de petróleo envelhecem, já que o processo de recuperação secundária faz com que a porcentagem de água na mescla “água-petróleo” aumente até atingir valores superiores a 95%, causando uma lubrificação deficiente e, em muitos casos, um fenômeno combinado de desgastes da tubulação por atrito e corrosão da mesma. Como consequência da reiterada fricção entre as hastes e a tubulação, é rota a capa limite de proteção que se forma pelo fino depósito de hidrocarboneto presente na água, e/ou pela injeção artificial de algum produto capaz de formar uma película usada como anticorrosivo no caso que se pratique o último, provocando a corrosão e a deterioração da tubulação. Portanto, resulta de extrema importância resolver este grave problema já que, como se compreenderá, implica consideráveis perdas econômicas devido à necessidade de interromper a exploração das jazidas petrolíferas até que se possa consertar ou substituir as tubulações.[002] Within the prior art, it is worth mentioning that usually in the hydrocarbon extraction wells, the power transmission from the surface motor to the bottom pumps of the type “progressive cavity pumps”, or BCP, is performed through a or more metal bars or rods that rotate inside the metal tubing or “tubing”. Because the depth of the production well can be several hundred meters or more than a thousand meters, it is impossible to avoid that there are points of contact and friction between the “tubing” and the rods that rotate inside it. The progressive cavity pump uses the oil pumped from the bottom of the well as a lubricant between the surfaces that are subject to friction, that is, between the inside of the pipe and the outside of the rods that rotate along its interior. US6675902 discloses a system using a progressive cavity pump and conventional or spiral tubing comprising a tubular body with a stator and a rotor inside the stator. One of the drawbacks that causes the friction between the actuation rods of the bottom pump and the pipeline arises as the oil deposits age, since the secondary recovery process causes the percentage of water in the “water-oil mixture” ”Increase until reaching values above 95%, causing poor lubrication and, in many cases, a combined phenomenon of friction and corrosion of the pipe. As a consequence of the repeated friction between the rods and the piping, the protective cap that is formed by the thin deposit of hydrocarbon present in the water, and / or by the artificial injection of some product capable of forming a film used as an anti-corrosion, is broken. that the latter is practiced, causing corrosion and deterioration of the piping. Therefore, it is extremely important to solve this serious problem since, as will be understood, it entails considerable economic losses due to the need to stop the exploration of oil fields until the pipes can be repaired or replaced.

[003] A fim de solucionar os inconvenientes precedentemente explicados, foi desenvolvida a disposição objeto da presente invenção, a qual permite reduzir de forma considerável o problema combinado de “desgaste-corrosão-desgaste” das tubulações, tal como será explicado mais adiante ao descrevê-la na forma proposta de realização a ser levada à prática.[003] In order to solve the previously explained inconveniences, the arrangement object of the present invention was developed, which allows to reduce considerably the combined problem of “wear-corrosion-wear” of the pipes, as will be explained later on when describing it in the proposed form of realization to be put into practice.

SUMMARY OF THE INVENTION

[004] E objetivo da presente invenção fornecer uma disposição para a extração de hidrocarbonetos em poços que utilizam bombas de cavidade progressiva, desenvolvida com a finalidade de reduzir o desgaste por atrito e corrosão das tubulações convencionais utilizadas em poços de jazidas onde a extração dos fluídos é realizada mediante bombas de cavidade progressiva. Esta disposição abrange um tubo giratório alojado no tubo fixo que se estende ao longo da tubulação de recobrimento do poço. O tubo giratório conduz o fluido do fundo do poço até a superfície. Entre o tubo giratório e o tubo fixo fica definido um espaço anular onde é injetado um lubrificante antifricção entre a parede exterior do tubo giratório e a parede interior do tubo fixo. O extremo inferior do tubo giratório apresenta um trecho com orifícios de passagem do fluido para o interior do mesmo conectado à bomba de cavidade progressiva através de uma haste, e seu extremo superior está acoplado a um conduto de saída de produção e a um mecanismo motriz de acionamento do mesmo. O trecho superior do tubo fixo está conectado a um conduto de injeção do lubrificante antifricção no espaço definido entre ambos os tubos giratório e fixo.[004] It is the objective of the present invention to provide a provision for the extraction of hydrocarbons in wells using progressive cavity pumps, developed with the purpose of reducing friction wear and corrosion of conventional pipes used in deposit wells where the extraction of fluids is carried out by means of progressive cavity pumps. This provision includes a rotating tube housed in the fixed tube that extends along the well cover pipe. The rotating tube conducts fluid from the bottom of the well to the surface. Between the rotating tube and the fixed tube, an annular space is defined where an anti-friction lubricant is injected between the outer wall of the rotating tube and the inner wall of the fixed tube. The lower end of the rotating tube has a section with holes for the fluid to flow into it connected to the progressive cavity pump through a rod, and its upper end is coupled to a production outlet duct and a driving mechanism of activation. The upper section of the fixed tube is connected to an injection pipe of the anti-friction lubricant in the space defined between both the rotating and fixed tubes.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[005] Para maior clareza e compreensão do objeto do presente invento, o mesmo foi ilustrado com várias figuras que o representam com as formas preferidas de realização, tudo a título de exemplo, onde: A FIG. 1 representa esquematicamente um exemplo típico de uma disposição convencional para a extração de hidrocarbonetos em poços que utilizam bombas de cavidade progressiva. A FIG. 2 representa esquematicamente a disposição objeto da presente invenção para a extração de hidrocarbonetos em poços que utilizam bombas de cavidade progressiva. As FIGs. 3 a 6 mostram respectivamente os detalhes ampliados A, B, C e D da disposição assinalados na FIG. 2.[005] For greater clarity and understanding of the object of the present invention, it was illustrated with several figures that represent it with the preferred embodiments, all by way of example, where: FIG. 1 schematically represents a typical example of a conventional arrangement for the extraction of hydrocarbons in wells using progressive cavity pumps. FIG. 2 schematically represents the arrangement object of the present invention for the extraction of hydrocarbons in wells using progressive cavity pumps. FIGs. 3 to 6 show respectively the enlarged details A, B, C and D of the arrangement shown in FIG. two.

[006] Esclarece-se que na FIG. 1 correspondente à arte prévia e nas restantes figuras onde é ilustrada a presente invenção, são indicadas com os mesmos números de referência a partes iguais ou equivalentes em ambos os casos.[006] It is clarified that in FIG. 1 corresponding to the prior art and in the remaining figures where the present invention is illustrated, are indicated with the same reference numbers to equal or equivalent parts in both cases.

DETAILED DESCRIPTION

[007] Na FIG. 1, é mostrado que o exemplo ilustrado de uma disposição de bombeamento convencional abrange um “casing” 1, ou camisa de revestimento do poço, que apresenta uma boca de saída de boca de poço 2, em cujo interior estende-se uma tubulação 3, que conduz o fluído do fundo do poço para a superfície, formada por uma sucessão de trechos 4 acoplados entre si por uniões 5. Entre o “casing” lea tubulação 3 fica definido longitudinalmente um espaço anular 13. O trecho 4 superior da tubulação 3, que é projetado da boca de poço na superfície do terreno T da jazida, apresenta um conduto 6 de saída de produção, através do qual e mediante uma prensa de estopas 7 passa a primeira de uma sucessão de hastes 8 conectadas entre si mediante uniões 9, até que a última haste 8, no trecho inferior da tubulação 4, está acoplada a uma bomba BCP de fundo 10. Para o acionamento da bomba 10, a haste superior 8, e consequentemente o acionamento da bomba 10, a haste superior 8 está acoplada a um motor elétrico 11 através de um mecanismo de transmissão 12 de roldanas e correias.[007] In FIG. 1, it is shown that the illustrated example of a conventional pumping arrangement encompasses a casing 1, or well casing jacket, which has a wellhead 2 outlet mouth, within which a pipe 3 extends, which conducts the fluid from the bottom of the well to the surface, formed by a succession of sections 4 coupled together by unions 5. Between the “casing” and the pipe 3, an annular space is defined longitudinally 13. The upper section 4 of the pipe 3, which is projected from the wellhead onto the surface of the site T of the deposit, it has a production line 6, through which and through a tow press 7 the first of a succession of rods 8 is connected together by means of joints 9, until the last stem 8, in the lower section of piping 4, is coupled to a bottom BCP pump 10. For the pump 10, the upper stem 8, and consequently the pump 10, the upper stem 8 is coupled to an electric motor 11 through you are of a transmission mechanism 12 of pulleys and belts.

[008] Assim como já foi exposto, a bomba 10 utiliza o petróleo bombeado do fundo do poço como lubrificante entre as superfícies que estão submetidas a fricção, vale dizer, entre o lado interno da tubulação 3 e o lado externo das hastes 8 que giram ao longo do seu interior. Na medida em que as jazidas envelhecem aumenta a porcentagem de água na mescla “água-petróleo”, e a lubrificação se torna deficiente provocando o desgaste da tubulação por fricção e corrosão da mesma, até que é rota a capa limite de proteção que se forma pelo fino depósito de hidrocarboneto presente na água.[008] As already exposed, pump 10 uses the oil pumped from the bottom of the well as a lubricant between the surfaces that are subject to friction, that is, between the inside of the pipe 3 and the outside of the rods 8 that rotate along its interior. As the deposits age, the percentage of water in the “water-oil” mixture increases, and lubrication becomes deficient, causing the pipe to wear out due to friction and corrosion, until the protective layer that forms is broken. by the thin deposit of hydrocarbon present in the water.

[009] Na FIG. 2 pode-se apreciar a forma em que a presente invenção soluciona o problema de desgaste por atrito das hastes de bombeio e a consequente corrosão das mesmas. Com efeito, a disposição ora proposta para resolver tais problemas é conformada por um tubo giratório 14 alojado em um tubo fixo 15, entre os quais fica um espaço de separação que define um container de óleo lubrificante, tal como se pode ver na FIG. 3, onde é mostrado o detalhe assinalado com a referência A nesta FIG. 2. Para a injeção do óleo lubrificante, o extremo superior do tubo fixo 15 está acoplado a um conduto 22 acessível sobre a superfície do terreno T.[009] In FIG. 2 one can appreciate the way in which the present invention solves the problem of frictional wear of the pumping rods and the consequent corrosion thereof. Indeed, the arrangement now proposed to solve such problems consists of a rotating tube 14 housed in a fixed tube 15, between which is a separation space that defines a container of lubricating oil, as can be seen in FIG. 3, where the detail marked with reference A in this FIG. 2. For the injection of lubricating oil, the upper end of the fixed tube 15 is coupled to a conduit 22 accessible over the surface of the ground T.

[010] Na realização preferida que se descreve e ilustra, a tubulação tem uma secção de 23 8 polegadas e a tubulação 15 tem uma secção de 2 7/8 polegadas, o que resulta suficiente para obter a lubrificação necessária que evita o desgaste do tubo 14 por fricção com o tubo 15. Ou seja, a presente invenção constitui um encamisado da longitude necessária para transformar o poço em um gigantesco coxim, que funcionará preservado pela capa de óleo lubrificante que é injetada do exterior. Desta maneira, evita-se o desgaste interno da tubulação devido à fricção das hastes e a corrosão acelerada pela tubulação, tal como ocorre nas disposições convencionais.[010] In the preferred embodiment described and illustrated, the tubing has a section of 23 8 inches and the tubing 15 has a section of 2 7/8 inches, which is sufficient to obtain the necessary lubrication that prevents wear of the tube 14 by friction with the tube 15. In other words, the present invention constitutes a jacket of the necessary length to transform the well into a gigantic pad, which will function preserved by the lubricating oil layer that is injected from the outside. In this way, the internal wear of the pipe is avoided due to the friction of the rods and the corrosion accelerated by the pipe, as occurs in the conventional dispositions.

[011] O tubo 15 está conformado por uma sucessão de trechos acoplados mediante as uniões 5, como é mostrado na FIG. 4 correspondente ao detalhe B da FIG. 2. O tubo 14 está conformado por uma sucessão de trechos acoplados mediante uniões 16, como é mostrado na FIG. 5 correspondente ao detalhe C assinalado na FIG. 2.[011] The tube 15 is formed by a succession of sections coupled by means of the connections 5, as shown in FIG. 4 corresponding to detail B of FIG. 2. The tube 14 is formed by a succession of sections coupled by means of connections 16, as shown in FIG. 5 corresponding to detail C marked in FIG. two.

[012] O trecho superior do tubo 14 tem uma redução diametral 17 de onde é acoplado a um conduto 18, com junta articulada ou “swivel”, que conclui na saída de produção 6. O trecho superior do tubo 14 apresenta um acabamento definido por um tubo 19 com orifícios através dos quais passa o fluído que é extraído mediante uma bomba 10, à qual o mencionado trecho inferior do tubo 14 está conectado mediante uma haste 20. Na FIG. 6 mostra-se ampliado o mencionado tubo 19 assinalado na FIG. 2 com a referência D, onde se vê claramente os orifícios 19’ do mesmo.[012] The upper section of tube 14 has a diametrical reduction 17 from where it is coupled to a conduit 18, with an articulated joint or “swivel”, which concludes at the production outlet 6. The upper section of tube 14 has a finish defined by a tube 19 with holes through which the fluid that is extracted by means of a pump 10, to which the mentioned lower section of the tube 14 is connected by means of a rod 20. In FIG. 6, said tube 19 shown in FIG. 2 with reference D, where the holes 19 'of the same are clearly seen.

[013] O tubo 14 transmite a potência de produção e conduz 100% do fluido extraído do fundo do poço para a superfície pelo seu interior. A película de óleo 21 entre ambos os tubos 14 e 15 (ver detalhe da figura) permite evitar a corrosão interna do tubo 15 e a corrosão externa do tubo interno 14. Além disso, mediante uma película de pintura na parede interior do tubo 14 que transporta o fluído, contribui para evitar a corrosão interna provocada pelo fluído. A única modificação do tubo 14 consiste na conformação da união roscada 16, adaptando-lhe a entre-rosca conectora (ver detalhe C na FIG. 5) que permite vincular ambos os tubos sem que o diâmetro externo dos mesmos sofra variações.[013] Tube 14 transmits the production power and conducts 100% of the fluid extracted from the bottom of the well to the surface from inside. The oil film 21 between both tubes 14 and 15 (see detail in the figure) makes it possible to avoid the internal corrosion of the tube 15 and the external corrosion of the internal tube 14. Furthermore, by means of a paint film on the inner wall of the tube 14 which transports the fluid, helps to prevent internal corrosion caused by the fluid. The only modification of the tube 14 consists in the conformation of the screw connection 16, adapting the connecting thread (see detail C in FIG. 5) that allows to connect both tubes without the external diameter of them changing.

[014] Em síntese, a disposição objeto da presente invenção consiste essencialmente na utilização de dois tubos, 14 e 15, de fabricação padrão API, de 23 8 polegadas e 278 polegadas, respectivamente, que em conjunto definem um “coxim hidráulico” da superfície ao fundo do poço, o qual é possível lubrificar enchendo o espaço anular entre ambos os tubos com óleo lubrificante e da viscosidade desejada, por exemplo, SAE 10. Este lubrificante evita a corrosão e atenua o desgaste entre ambos os tubos 14 e 15. Além disso, esta disposição permite a condução de todo o fluído produzido pelo interior do tubo 14 sem peças móveis no interior do mesmo, pelo que pode ser aplicada uma capa de pintura em seu interior para evitar a sua corrosão interna. Também se podería dispor de um arranjo similar de tubos de diferentes diâmetros, por exemplo, 1,42 polegadas de diâmetro interno, 1,88 polegadas de diâmetro externo dentro de um tubo de 23 8 polegadas de diâmetro interno, ou em outros diâmetros, obtendo o mesmo efeito de “coxim hidráulico” antes mencionado.[014] In summary, the arrangement object of the present invention consists essentially of the use of two tubes, 14 and 15, of API standard manufacture, of 23 8 inches and 278 inches, respectively, which together define a “hydraulic cushion” of the surface at the bottom of the well, which can be lubricated by filling the annular space between both tubes with lubricating oil and the desired viscosity, for example, SAE 10. This lubricant prevents corrosion and reduces wear between both tubes 14 and 15. In addition furthermore, this arrangement allows the conduction of all the fluid produced inside the tube 14 without moving parts inside it, so a paint layer can be applied inside it to prevent its internal corrosion. A similar arrangement of tubes of different diameters could also be made available, for example, 1.42 inches inside diameter, 1.88 inches outside diameter inside a 238 inch inside diameter tube, or in other diameters, obtaining the same “hydraulic cushion” effect mentioned earlier.

[015] Desta maneira, obtêm-se destacáveis vantagens perante as disposições conhecidas e utilizadas, tais como: - Ao aumentar a área de contato entre as duas superfícies que roçam diminui a pressão de contato, que é a causa do desgaste, já que a menor pressão de contato, gera menor desgaste (efeito “coxim hidráulico”). - Permite diminuir o número de revoluções por minuto com que gira o tubo que transmite a potência, já que este suporta maior torsão por ter maior diâmetro que as hastes das disposições convencionais, o que lhe confere maior momento de inércia, permitindo uma diminuição da quantidade de ciclos de fricção gerados pela frequência de rotação para uma mesma potência aplicada, já que ao transmitir maior torque pode girar mais devagar e é produzida menor quantidade de ciclos de desgastes. - Permite interpor um lubrificante artificial selecionado pelo usuário entre ambas as superfícies de fricção, ou seja, entre os tubos 14 e 15. - Permite prescindir de hastes no interior do tubo que conduz a produção para a superfície para poder aplicar uma pintura que evite a corrosão de sua parede interna.[015] In this way, remarkable advantages are obtained in relation to the known and used provisions, such as: - By increasing the contact area between the two surfaces that touch, the contact pressure decreases, which is the cause of wear, since the lower contact pressure, generates less wear (“hydraulic cushion” effect). - It allows to reduce the number of revolutions per minute with which the tube that transmits the power rotates, since it supports greater torsion because it has a larger diameter than the rods of conventional provisions, which gives it a greater moment of inertia, allowing a reduction in the amount of friction cycles generated by the frequency of rotation for the same applied power, since when transmitting greater torque it can rotate more slowly and less wear cycles are produced. - It allows interposing an artificial lubricant selected by the user between both friction surfaces, that is, between tubes 14 and 15. - It allows dispensing with rods inside the tube that leads the production to the surface in order to apply a paint that prevents the corrosion of its internal wall.

Claims

1. Arrangement for the extraction of hydrocarbons in wells that use progressive cavity pumps, developed with the purpose of reducing friction wear and corrosion of conventional pipes used in oil wells, characterized by covering, along the covering pipe of the well (1), a rotating tube (14) for conducting fluid from the bottom of the well to the surface, housed in a fixed tube (15), between which a space (13) containing an anti-friction lubricant (21) is defined of the outer wall of said rotating tube (14) against the inner wall of said fixed tube (15), with the lower end of the rotating tube (14) a section with holes (19 ') for the passage of fluid to the interior of the connected tube to the progressive cavity pump (10) by means of a rod (8), the upper end of the rotating tube (14) being coupled to a production outlet duct (18) (6) and a driving mechanism (12) to drive the same, and the tr upper echo of the said fixed tube (15) is connected to an injection pipe of the anti-friction lubricant (21) in the space (13) defined between both the rotating (14) and fixed (15) tubes.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by the fact that the upper section of the rotating tube (14) presents a diametrical reduction (17) from where the aforementioned upper section is coupled to the production outlet duct (18) and to said driving mechanism (12) through an articulated joint.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the rotating tube (14) is formed by a succession of sections coupled together by means of the screw connections (16).

Arrangement according to any one of claims 1, 2, or 3, characterized in that the rotating tube (14) is formed by a succession of sections coupled together.

Arrangement according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the inner wall of the rotating tube (14) is covered with a protective paint film.