ES2267973T3 - Dispositivo y bomba de doble cono. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de bombeo (1, 60) para bombear líquidos incluyendo gases desde grandes profundidades, preferentemente desde el fondo de pozos como pozos petrolíferos, que incluye un circuito para un fluido de trabajo, en el que el circuito incluye un conducto de suministro, un conducto de drenaje, un dispositivo de bombeo de circulación (3), una unidad de doble cono (7) y medios (36) para descargar el líquido bombeado, que están conectados para permitir que un fluido de circula- ción circule por el dispositivo de bombeo (3), conducto de suministro, unidad de doble cono, conducto de drenaje y dis- positivo de bombeo (3) y los medios de descarga (36) que se colocan en uno de dichos conductos, de tal forma que el lí- quido bombeado que se introduce a través del doble cono en el flujo de líquido de circulación se puede recuperar gracias a los medios de descarga (36), caracterizado por el hecho de que la unidad de doble cono (7) consiste básicamente en una unidad de entrada (29) y una unidad de salida (47), con forma troncocónica esencialmente hueca, en el que la unidad de en- trada (29) y la de salida (47) están conectadas por sus res- pectivos extremos de diámetro pequeño, lo que crea un orifi- cio (45), y en el que como mínimo hay una primera boca de en- trada (22) en la unidad de salida a distancia del primer ex- tremo, de tal manera que entre la boca de entrada (22) y el primer extremo de la unidad de salida aparece una sección (49) de corte transversal creciente y una longitud efectiva L con el fin de reducir ruidos y/o el desgaste del dispositivo de doble cono.

Description

Dispositivo y bomba de doble cono.

El presente invento hace referencia a una unidad de doble cono (unidad TDC) según el preámbulo de la reivindicación 1. También hace referencia a una bomba que incorpora una unidad de doble cono según el preámbulo de la reivindicación 5.

El problema de bombear material desde el fondo de pozos con profundidades superiores a los 10 metros despierta mucho interés. Muchas fuentes de suministro de aguas subterráneas se encuentran entre 20 y 150 metros por debajo de la superficie y, por tanto, requieren técnicas eficaces de bombeo a presión. En la industria petrolífera la ubicación de algunos pozos de crudo y gas resulta aún más problemática porque pueden llegar a encontrarse a un kilómetro de profundidad.

Aparte de la profundidad de los pozos, se debate otra situación. Este nuevo aspecto hace referencia a la extracción de agua a grandes profundidades. Dichas aguas poseen propiedades muy especiales y, a profundidades de varios kilómetros, contienen un elevado porcentaje de agua pesada. Este recurso natural es la principal fuente de combustible crudo para el proceso de fusión de chorro.

Actualmente en el mercado existe una serie de técnicas de bombeo de pozos. Entre dichas técnicas predominan tres. Son las siguientes: una bomba eléctrica que desciende hasta el fondo del pozo; una bomba de chorro que desciende hasta el fondo del pozo; técnicas de elevación por gases.

El descenso de una bomba eléctrica presenta muchos inconvenientes. La mayoría de los pozos tienen una sección transversal pequeña, especialmente si son profundos y, por ello, el rotor de la bomba debe tener un diámetro muy reducido. Esta circunstancia limita muchísimo el par de torsión que la bomba puede aplicar y sólo se compensa parcialmente mediante el uso de materiales muy concretos y costosos. Además, el medio que debe bombearse debe fluir más allá del rotor; de lo contrario no se produce el efecto de refrigeración. Actualmente, la única manera de suministrar energía a este tipo de bombas es mediante un cable eléctrico, que debe descender toda la profundidad del pozo. En consecuencia, este tipo de bombas es muy poco útil en el ámbito de los pozos de la industria petrolífera, en la que el entorno del fondo del pozo puede incluir mezclas ácidas polifásicas a temperaturas
elevadas.

La bomba de chorro es un dispositivo notablemente ineficaz que no puede trabajar en condiciones de elevada presión de retroceso. Sin embargo, sí presenta la ventaja de que la bomba mecánica se coloca en la superficie, sin que pueda sufrir daños. En la parte inferior, esta bomba debe aplicar toda la presión necesaria para contrarrestar la caída de presión estática y dinámica que provoca la profundidad del pozo. Con el fin de intentar solucionar esta gran presión, a menudo se aplica la técnica de elevación por gases. Ello requiere inyectar gas en el fondo del pozo para que, al elevar el tubo de escape, el gas compense en cierta manera la presión de retroceso.

La patente US-4 603 735 revela cómo usar una bomba de chorro en un sistema de bombeo de gas y petróleo. La bomba de chorro está formada por una cámara Venturi. Se coloca un cono en la parte superior e inferior de la cámara Venturi, ambos orientados hacia la misma.

Todas estas técnicas funcionan en el plano teórico, pero en la práctica resultan muy problemáticas y costosas.

Por tanto, uno de los objetivos del presente invento es proporcionar un dispositivo de bombeo que resuelva como mínimo uno de los inconvenientes que se han expuesto anteriormente.

Dicho dispositivo se define en la reivindicación independiente. Las otras reivindicaciones definen realizaciones preferentes y aplicaciones del dispositivo.

El invento se explicará por medio de realizaciones a modo de ejemplo con referencias a los dibujos:

La figura 1 muestra un esquema de una instalación de bomba que utiliza un dispositivo TDC;

La figura 2 muestra una sección longitudinal esquemática ampliada de una unidad de doble cono;

La figura 3 muestra una sección transversal según la línea III-III de la figura 1;

La figura 4 muestra la misma imagen que la figura 2, con parámetros característicos; y

La figura 5 muestra una tercera instalación de la bomba (Versión C).

Los dispositivos TDC que se utilizan en el presente invento han sido objeto de diversas patentes anteriores, por ejemplo CH-A-669 823, CH-A-671 810, US-A-4 792 284, EP-B-0 232 391, y la solicitud de patente internacional con número PCT/CH 99/0403.

Gracias a estos documentos se sabe que un dispositivo TDC (tecnología de doble cono) constituye un método eficaz para producir sobrepresión, así como para obtener un medio de bombeo.

Sin embargo, respecto de los requisitos para bombear en pozos, se presenta el problema del arranque en el que se habría previsto que el fluido bombeado se vertiese desde el dispositivo hacia el pozo. Sorprendentemente, se ha observado que el vertido finaliza poco después de que se inicie el bombeo. En otras palabras, el dispositivo de doble cono desarrolla rápidamente un efecto de succión que contrarresta la presión de retroceso.

En referencia a la figura 1, una instalación de bombeo de pozos con TDC 1 esencialmente incluye una bomba de circulación 3, un sistema de tubos de pared doble 4, una unidad de doble cono abierta (DCA) 7 y una unidad opcional de separación 9. La bomba de circulación 3 se coloca en la superficie 11 en una ubicación segura. Suministra tanto a la sección interior 13 como a la exterior 15 de la tubería de pared doble 4, que conecta la bomba 3 a la unidad de DCA 7. La tubería 4 puede ser rígida, semirrígida o flexible. Como ejemplo del último caso encontramos una manguera de incendios dentro de otra manguera de incendios. La unidad de DCA 7, que está situada en el fondo 17 del pozo 19, extrae los líquidos 20 y/o gases que se deben bombear a través de la boca de entrada 22 hacia el flujo de circulación 21. La mezcla resultante pasa directamente a la sección de escape 23 de la tubería de doble pared y se eleva hasta la superficie 11 tal como se indica mediante las flechas en posición ascendente 25. Esta mezcla entra en el separador 9 en la superficie en la que el líquido transportador se descarta y regresa a la bomba de circulación 9 (flecha 27).

La unidad de DCA 7 no contiene componentes móviles. Sólo el líquido de transporte y el material procedente del pozo 20 son dinámicos. No hay válvulas en la DCA y puede ponerse en funcionamiento y pararse según se requiera. Los únicos requisitos especiales consisten en que se debe respetar una cierta forma geométrica y que la DCA debe estar hecha de un material con resistencia adecuada para el entorno en el que deberá funcionar.

Las propiedades mecánicas especiales de la unidad de DCA incluyen la capacidad de funcionar con un muy buen rendimiento en la compensación de presiones de retroceso. De hecho, la forma geométrica de la DCA puede escogerse de tal modo que funcione con mucha más eficacia en situaciones de presión de retroceso elevada que sin la misma. Se pueden obtener beneficios de este aspecto tal y como se muestra en el ejemplo que figura a continuación.

En un pozo de un kilómetro de profundidad, se puede esperar que la presión de retroceso de un medio líquido supere los 100 bares. Con la bomba para pozos con TDC, no es necesario que la bomba de circulación produzca estos 100 bares, sino entre 10 y 20 bares aproximadamente siempre que la transmisión de salida se mantenga por debajo de un límite concreto. La presión restante es suministrada por la unidad de DCA, que tiene la capacidad de convertir caudales elevados a baja presión en caudales bajos a alta presión.

Características específicas de la bomba para pozos con TDC

La bomba para pozos con TDC es un desarrollo inesperado y sorprendente de la bomba de alta presión con TDC ya conocida, entre otros documentos por las patentes y solicitudes de patentes mencionadas al principio. Muchas de las características de esta bomba de alta presión se trasladan a la bomba del pozo. En la lista siguiente se enumeran algunas de las características y posibles aplicaciones de la bomba para pozos.

Características de la bomba para pozos con TDC Características técnicas

1. Bombea gases, líquidos y suspensiones tanto de forma individual como mezclada.

2. Utiliza un líquido de transporte.

3. El líquido de transporte puede optimizarse para cualquier aplicación dada.

4. El líquido de transporte es conducido por una bomba de circulación cuya presión de descarga puede ser muy inferior a la representada por la profundidad del pozo en términos de presión estática.

5. La bomba no experimenta daños si se da cualquiera de las siguientes situaciones: la boca de salida está cerrada; la boca de entrada está cerrada; tanto la boca de salida como la de entrada están cerradas.

6. La DCA que desciende por el pozo puede funcionar con una presión tanto positiva como negativa aplicada en la boca de entrada 22.

7. La bomba no presenta vibraciones.

8. La bomba puede trabajar con altas presiones.

9. La bomba puede utilizarse tanto para la producción ininterrumpida como por lotes.

Diseño y características de la instalación de la bomba para pozos con TDC

10. La unidad de DCA 7 puede colocarse a una gran distancia de la bomba de circulación 3.

11. La bomba de circulación 3 puede colocarse en una ubicación segura cerca de una fuente de suministro, mientras que la unidad de DCA 7 está situada en el punto de succión deseado.

12. La eficacia global de la bomba es una función creciente de la presión atmosférica y del sistema que rodean a la unidad de DCA 7.

13. Al introducir la unidad de DCA en un pozo por debajo de la superficie, figura 1, la bomba de TDC presenta una eficacia hidráulica muy superior a la obtenida con la unidad de DCA en la superficie.

14. Se puede manejar una amplia gama de mezclas con varias fases, incluyendo cualquier mezcla de los siguientes componentes: pequeñas partículas sólidas; lodos de baja viscosidad; líquidos; gases.

15. Se puede montar toda la bomba de tal manera que pueda esterilizarse.

Bomba para pozos con TDC: Ventajas del bombeo polifásico

16. Se pueden bombear mezclas peligrosas.

17. El material de riesgo no debe canalizarse a través de la bomba de circulación 3, ya que éste se puede separar en una unidad de separación 9 y sólo regresa el líquido de transporte a la bomba 7.

18. Puede escogerse el líquido de transporte con el fin de "neutralizar" o transportar de forma preferente fracciones concretas.

Bomba para pozos con TDC: principio de funcionamiento Primera versión sumergida A

En la figura 1 se muestra un esquema del principio de funcionamiento de la bomba para pozos con TDC. La bomba de circulación 3 suministra a la cavidad externa de una tubería de doble pared que desemboca en la entrada 29 de la DCA 7 (flechas 30 en figuras 1 y 2). Al pasar por la parte central 31 de la DCA 7 (cf. figura 2), se crea una depresión que extrae el líquido del pozo y lo traslada al flujo de transporte (flechas 33). Esta mezcla accede a la cavidad interna 13 de la tubería de doble pared 4 y se introduce en el separador 9. Después de separarse, el líquido de transporte regresa a la bomba de circulación 3 y se recicla.

El material que entra en el circuito en la zona de entrada 35, es decir, a través de la boca de entrada 22, de la DCA 7 provoca que la presión del sistema se incremente, lo que permite una descarga presurizada en las válvulas de salida del separador 9. Estos componentes pueden utilizarse para controlar el funcionamiento de todo el sistema.

El flujo de transporte a través de la región de entrada 35 se efectúa por medio de conductos 37 a través de la cámara de entrada tal y como se muestra en la figura 3 que alcanzan la carcasa externa 39 de la unidad de doble cono 7. El líquido y/o gas que debe extraerse del pozo por bombeo se introduce por las cuatro aberturas 41 en la carcasa externa 39 de la DCA hacia la cámara de succión 43 y el líquido de transporte lo desplaza a medida que avanza por el vacío (boca de entrada 22) de la región central de entrada 35 a corta distancia por detrás del conducto más estrecho 45 del dispositivo de doble cono.

Con el fin de simplificar la presentación, sólo se muestran cuatro aberturas de entrada 41 en la sección lateral de la figura 3. Se pueden adaptar el número y el tipo de las mismas a cada aplicación.

Cualquier gas extraído hacia la DCA 7 se comprimirá en el circuito principal. A medida que el gas se eleva, desciende la presión hidráulica y se activa el efecto de elevación por gases. Al alcanzar el separador 9, el gas y otros materiales extraños se separan del líquido de transporte antes de su regreso a la bomba de circulación 3. La materia sólida también se separa mediante el separador.

Detalles específicos

Una de las características más importantes de la DCA consiste en que el requisito de caída de presión, con caudales elevados, disminuye con la presión del sistema hasta alcanzar un límite especificado. El límite superior de presión del sistema es en sí mismo una función del caudal de transporte y se puede incrementar hasta valores muy elevados siempre que se respeten valores geométricos muy específicos. En concreto, la elección del difusor de salida pequeña que se une al cono de entrada es esencial. Con la elección correcta, se requiere menos energía cuando se compara el funcionamiento de la DCA en profundidad con el funcionamiento en superficie.

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La zona central del orificio tiene una importancia primordial para el funcionamiento de la bomba para pozos con TDC. En la solicitud de patente PCT/CH 99/00403, se propone una nueva variación del doble cono original. La modificación mejora notablemente la vida útil del doble cono en condiciones extremas y por ello lo incluimos en el diseño de la bomba para pozos con TDC. En las figuras 2 y 4 aparecen esquemas de una sección longitudinal a través de la zona del orificio de la unidad de DCA.

Valores preferentes que caracterizan la unidad de doble cono con difusor

El diámetro del orificio 124 se representa con la letra d y la longitud del difusor pequeño 125, con la L. La proporción entre L y d es esencial para que el dispositivo de doble cono 7 obtenga buenos resultados. Los valores de la relación L/d superiores a 0,1 muestran una mayor esperanza de vida y un mejor rendimiento general. A medida que se incrementa la proporción L/d, se reduce la caída general de presión en el dispositivo modificado de doble cono 7. En contraste, disminuye la presión máxima de compresión que se puede alcanzar para un caudal de alimentación dado. El equilibrio óptimo se produce cerca del valor de L/d que genera la presión de compresor adecuada para el caudal de alimentación disponible.

En gran parte según el documento PCT/CH 99/00403, otros parámetros para un diseño particularmente ventajoso del dispositivo de doble cono son (\leq representa menor o igual a):

Proporción h/d de la anchura del hueco h 126 y el diámetro del orificio d 124: 0 < h/d < 6, preferiblemente 0,5 < h/d < 4;

Proporción D_{in}/d del diámetro de entrada D_{in} 27 y el diámetro del orificio d: 2 < D_{in}/d , preferiblemente 5 < D_{in}/d < 20;

Proporción D_{out}/d del diámetro de salida D_{out} y el diámetro del orificio d: 2 < D_{out}/d, preferiblemente 5 < D_{out}/d < 20;

Conicidad \theta_{1} 108 del cono de entrada: 0 < \theta_{1} < 10º (grados), preferiblemente \theta_{1} < 8º, mejor \theta_{1} \leq 6º.

Conicidad \theta_{2} 109 del cono de salida: \theta_{2} \leq \theta _{1}.

Según el presente invento, los valores preferentes son 3º\leq \theta_{1} \leq 6º, y/o \theta_{2} en un intervalo entre 3º y 6º.

Una comparación directa entre los resultados del dispositivo básico de doble cono 1 sin difusor, en el que la boca de entrada 22 está situada en el orificio 45, y el dispositivo de doble cono 7 con difusor de la figura 4 puede obtenerse de los siguientes resultados:

Condiciones de trabajo

Caudal de alimentación 8 m^{3}/h

Caudal de entrada 1 m^{3}/h

Presión del sistema P 35 bar

Observación

Sin difusor: daños importantes tras sólo 20 minutos de funcionamiento.

Con difusor: no se aprecian daños después de 40 horas de funcionamiento.

Además del incremento de la vida útil, se puede reducir el ruido producido durante el funcionamiento incorporando el difusor.

Según el presente invento, especialmente para su uso como bomba para pozos profundos, sorprendentemente se ha descubierto que variando la conicidad del difusor se puede obtener una mejora más importante aún. Por tanto, la conicidad \theta_{3} 55 del difusor se escoge con el fin de que sea mayor que 0 y menor que \theta_{2}, especialmente alrededor de 0,5º y menor que 6º, es decir 0 < \theta_{3} < \theta _{2}. Los intervalos preferentes son: \theta_{2} entre 3º y 6º, y \theta_{3} entre 1º y 5º.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, si se modifica la conicidad del difusor \theta_{3} 55, mejoran los resultados de la unidad de doble cono, es decir disminuye la demanda de suministro de la bomba de circulación.

Se ha utilizado una bomba pequeña para pozos con TDC y ha mostrado unos resultados de producción de 0,5 m^{3}/h (metros cúbicos por hora) en un pozo simulado con una profundidad de 400 m. La prueba se llevó a cabo con agua que entraba procedente de un embalse a presión atmosférica. Tanto las dimensiones como los resultados de la bomba para pozos con TDC dependen de la profundidad del pozo, la mezcla de varias fases que se va a bombear, la tabla líquida que desciende por el pozo, la salida y presión necesarias, además del caudal de transporte.

En la versión sumergida A, figura 1, el flujo se distribuye de tal manera que asciende hasta la sección interna de la tubería de doble pared (flechas 25). Para algunas aplicaciones esta disposición puede resultar más indicada que la disposición de la versión B que se explica a continuación, en la que se invierte el flujo circulante. Sin embargo, la versión A no se adapta fácilmente al uso de tuberías flexibles.

Versión sumergida B

La configuración de la versión sumergida B es idéntica a la versión A, salvo que las conexiones de la bomba están intercambiadas con el fin de invertir la dirección de la circulación del fluido de trabajo. Por ello, a efectos descriptivos, se mencionará la figura 1 con la circulación invertida. Así, el flujo desciende por la cavidad central 13 y asciende por la cavidad externa 15. Esta disposición es necesaria si la tubería flexible de doble pared 4 no puede soportar una sección transversal abierta cuando se aplica presión externa a la tubería.

Tomando como ejemplo una manguera flexible dentro de otra manguera flexible, se observa que la situación de arranque probablemente sería imposible si la alimentación de la DCA se produjese a través de la luz exterior 15. El tubo interno 13 se cerraría por la presión y probablemente no se abriría lo suficiente como para permitir que el líquido de transporte y sus contenidos regresasen a la bomba de circulación 3.

Una longitud importante de la tubería de doble pared 4 se puede hacer de material flexible añadiendo la DCA 7 rígida en un extremo. Todo el montaje se puede colocar sobre un tambor para facilitar su manipulación. Siempre que la normativa lo permita, las tuberías flexibles pueden obtener fuerza de las paredes del pozo.

Sin embargo, las paredes de la DCA deben poder soportar la diferencia de presión entre las presiones interna y externa del fondo del pozo.

Arranque: versión sumergida B

El arranque de una bomba para pozos con TDC, tras el descenso de la DCA por un pozo dentro de una tubería flexible de doble pared es relativamente sencillo. La bomba de circulación 3 arranca con un suministro del líquido de transporte de un depósito independiente. La bomba dirige el líquido de transporte a través de la luz interna 13 de la tubería flexible de doble pared 4 hacia el orificio 45 de la unidad de DCA. El orificio 45 representa una sección mucho más pequeña que la luz interna y por ello el líquido llegará al pozo con un caudal mucho menor que el que presenta cuando llega a la tubería inferior. Cuando la combinación de presión estática (columna de líquido) y de la bomba haya alcanzado un nivel adecuado, el líquido de transporte se disparará a chorro a través de la boca de entrada 22 hacia el cono de salida. Al mismo tiempo se iniciará la succión en la región de entrada 35. A medida que el líquido de transporte llena la luz exterior 15 de la tubería flexible y se eleva hacia la superficie, aumenta la presión de retroceso sobre la DCA 7. Este efecto favorece una reducción en la caída de presión de la DCA, liberando más presión para aumentar el caudal de desplazamiento.

Desde el arranque hasta la estabilidad de circulación, transcurre un espacio breve de tiempo. En pozos poco profundos debería tratarse de segundos y en los profundos, de unos minutos.

Cierre: versión sumergida B

Para cerrar la bomba para pozos con TDC sólo es necesario desconectar la bomba de circulación 3. El líquido de transporte en la tubería flexible de doble pared 4 tenderá a descender por el pozo, pero no debería causar complicaciones no previstas para la mayoría de aplicaciones. La pérdida de líquido de transporte que se vierte en el pozo se puede reducir introduciendo válvulas en las tuberías de suministro y retorno de la zona del separador 9.

Desbloqueo de la unidad de DCA

El material que se introduce en la DCA 7 puede bloquear la unidad de forma periódica. Una posibilidad consiste en invertir la dirección del flujo de alimentación de la DCA 7. Ello creará una presión elevada en la zona de entrada 29, lo que provocará que exploten los materiales que bloquean la unidad. Una vez que se ha comprobado que ha disminuido sensiblemente la presión de alimentación ésta puede volver a su dirección habitual. La presión elevada creada por la inversión del flujo a través de la DCA 7 queda garantizada por la geometría asimétrica que se muestra en la figura 2.

Bomba para pozos con TDC: versión sumergida C

La versión sumergida C 60, que se muestran en la figura 5, permite el bombeo ininterrumpido de líquido 62 desde niveles muy profundos. Esta disposición concreta es extremadamente eficiente y, como tal, es capaz de bombear grandes cantidades de líquido utilizando unidades de DCA 7 de dimensiones relativamente reducidas.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, cuanto mayor sea la presión del sistema y la que se aplica a la entrada, más líquido de circulación pasará por la unidad de DCA 7 en una disminución de presión dada. La presión del sistema a 1.000 m por debajo de la superficie será superior a 100 bar en condiciones dinámicas con 100 bar de presión aplicada a la entrada. Para dichas condiciones se puede diseñar una DCA 7 muy eficaz.

Se probó una versión piloto de dicha bomba en el Lago Thun, en Suiza, a una profundidad de 40 m. El experimento no sólo demostró el principio, sino también corroboró la promesa de obtener aplicaciones industriales.

Versión sumergida C: ayuda para la flotación

Se puede hacer descender un tubo independiente con un diámetro interior reducido y unirse a un objeto sumergido. Utilizando la versión sumergida C, la bomba para pozos con TDC podría descender y acoplarse al objeto sumergido, que tiene el tubo de diámetro interior reducido, con el fin de extraer agua del mismo. Al hacer funcionar la bomba, descenderá aire de forma gradual por el conducto de diámetro interior reducido y rellenará el objeto sumergido de forma progresiva. Después de un rato, la mejora del volumen de desplazamiento hará que el objeto sumergido ascienda hacia la superficie de manera controlada.

Cierre virtual, todas las versiones

Se obtiene un cierre virtual con ausencia de fugas del líquido de circulación o presencia muy poco importante de las mismas simplemente reduciendo la potencia de la bomba de circulación y/o cerrando las válvulas de salida 36. Es evidente que si sólo se cierran las válvulas de salida, se crea una sobrepresión considerable dentro del circuito hasta que se alcanza un equilibrio.

Aspecto general y dimensiones típicas de la DCA

La DCA, cuando se observa desde el exterior, tiene la apariencia de un cilindro con orificios distribuidos alrededor de la circunferencia hacia la mitad del eje del cilindro. En un extremo encontramos un enganche para la tubería 4 y en el otro extremo el cilindro está obturado. Las dimensiones típicas de una DCA para un pozo de diámetro interior pequeño son 150 cm de longitud con un diámetro de sección externa de 100 mm.

Preferentemente, el cierre del extremo inferior de la unidad de doble cono 7 consiste únicamente en un disco plano. Se ha descubierto que una forma que imite el flujo circulante simplemente hace deteriorar los resultados. Sin embargo, este descubrimiento no excluye de forma estricta otros medios para cerrar la unidad de DCA.

Resultados previstos de una bomba pequeña para pozos con TDC

Si consideramos un pozo de 400 metros de profundidad al que se accede a través de un orificio con un diámetro interior de 110 mm, es razonable utilizar una DCA con un diámetro exterior de 100 mm y una longitud aproximada de 150 cm. Dentro de dicho armazón externo de DCA se pueden escoger diversas formas geométricas internas. En la tabla 1 que figura a continuación se resumen los resultados teóricos de tres formas geométricas con diferentes valores de L/d.

TABLA 1 Resultados comparativos de tres unidades de DCA con diferentes valores L/d que encajan en el mismo armazón cilíndrico (dimensiones exteriores: 150 cm de longitud con un diámetro de 100 mm)

Forma geométrica	Líquido vertido a la	Caudal de	Presión	Eficiencia hidráulica
DCA	superficie desde un pozo	transporte	necesaria	de la bomba para
	de 400 m de profundidad		de la bomba	pozos con TDC
Tipo	L/seg	Barriles/día	L/seg	bar	%
1	1,05	571	15,6	11,2	24,2
1	1,54	838	17,2	12,2	29,4
1	2,13	1157	20,2	13,8	30,6
2	1,05	571	16,5	8,4	30,4
2	1,56	847	18,6	9,3	35,9
2	2,01	1092	21,3	10,4	36,2
3	1,14	619	17,5	8,5	30,6
3	1,56	847	18,4	9,0	37,4
3	2,03	1104	20,1	9,8	41,3

Estos resultados teóricos no representan los mejores casos. Se incluyen únicamente para situar los baremos de resultados de una bomba típica para pozos con TDC con diámetro interior pequeño. Se puede mejorar la eficiencia hidráulica muy por encima del mejor valor de la tabla 1. Sin embargo, a menudo otros criterios se anteponen a la eficiencia cuando surgen condiciones adversas. La energía necesaria para hacer funcionar la bomba de circulación en la situación menos eficiente que se menciona anteriormente es equivalente a menos de 1 barril de petróleo al día. De hecho, los valores de eficiencia mostrados superan de manera considerable los de las mejores bombas de chorro.

De acuerdo con la descripción que figura anteriormente, los expertos en la materia pueden detectar variantes que radican en el ámbito de la protección que otorgan las reivindicaciones. Por ejemplo, se pueden considerar los siguientes puntos: en lugar del dispositivo mejorado de doble cono, se puede utilizar un dispositivo simple de doble cono, es decir, uno con las bocas de entrada 22 situadas en el conducto más estrecho; se pueden utilizar tubos independientes para suministrar y drenar el fluido de circulación, por ejemplo inclinando la unidad de doble cono o, en casos extremos, colocándola en posición horizontal; la extensión virtual del cono de salida puede que no coincida exactamente con la circunferencia del orificio 45 del dispositivo de doble cono, pero puede cortar el plano 31 con un diámetro mayor o menor.

Claims (7)

1. Dispositivo de bombeo (1, 60) para bombear líquidos incluyendo gases desde grandes profundidades, preferentemente desde el fondo de pozos como pozos petrolíferos, que incluye un circuito para un fluido de trabajo, en el que el circuito incluye un conducto de suministro, un conducto de drenaje, un dispositivo de bombeo de circulación (3), una unidad de doble cono (7) y medios (36) para descargar el líquido bombeado, que están conectados para permitir que un fluido de circulación circule por el dispositivo de bombeo (3), conducto de suministro, unidad de doble cono, conducto de drenaje y dispositivo de bombeo (3) y los medios de descarga (36) que se colocan en uno de dichos conductos, de tal forma que el líquido bombeado que se introduce a través del doble cono en el flujo de líquido de circulación se puede recuperar gracias a los medios de descarga (36), caracterizado por el hecho de que la unidad de doble cono (7) consiste básicamente en una unidad de entrada (29) y una unidad de salida (47), con forma troncocónica esencialmente hueca, en el que la unidad de entrada (29) y la de salida (47) están conectadas por sus respectivos extremos de diámetro pequeño, lo que crea un orificio (45), y en el que como mínimo hay una primera boca de entrada (22) en la unidad de salida a distancia del primer extremo, de tal manera que entre la boca de entrada (22) y el primer extremo de la unidad de salida aparece una sección (49) de corte transversal creciente y una longitud efectiva L con el fin de reducir ruidos y/o el desgaste del dispositivo de doble cono.

2. Dispositivo de bombeo (1, 60) según la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que se cumple como mínimo una de las siguientes condiciones: proporción h/d de la anchura del hueco h (126) y el diámetro del orificio d (124): 0 < h/d < 6, preferentemente 0,5 < h/d < 4; proporción D_{in}/d del diámetro de entrada D_{in} (27) y el diámetro del orificio d (124): 2 < D_{in}/d , preferiblemente 5 < D_{in}/d < 20; proporción D_{out}/d del diámetro de salida D_{out} (128) y el diámetro del orificio d (124): 2 < D_{out}/d, preferiblemente 5 < D_{out}/d < 20; conicidad \theta_{1} (108) del cono de entrada: 0 < \theta_{1} < 10º (grados), preferiblemente \theta_{1} < 8º, y aún mejor \theta_{1} \leq 6º; conicidad \theta_{2} (109) del cono de salida (4): \theta_{2} \leq \theta_{1}.

3. Dispositivo de bombeo (1, 60) según las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado por el hecho de que la sección del difusor (49) aporta una conicidad menor que la de la unidad de salida (47).

4. Dispositivo de bombeo (1, 60) según una de las reivindicaciones de la 1 a la 3 caracterizado por el hecho de que la conicidad de la unidad de salida es mayor que 0º e igual a 10º como máximo, preferentemente inferior a 8º y mejor entre 3º y 6º.

5. Dispositivo de bombeo (1, 60) según una de las reivindicaciones de la 1 a la 4 caracterizada por el hecho de que la conicidad de la sección del difusor (49) es mayor que 0º y preferentemente debe situarse entre 1º y 5º.

6. Dispositivo de bombeo (1, 60) según una de las reivindicaciones de la 1 a la 5, caracterizado por el hecho de que la pared de la unidad de doble cono (7) incluye como mínimo un canal (37) y la unidad de doble cono está cerrada por el primer extremo, y el canal (37) tiene una abertura en el primer extremo y en el segundo extremo de la unidad de doble cono para que los líquidos puedan desplazarse a través del canal (37) desde el extremo cerrado o hacia el mismo, y los conductos de drenaje y suministro se pueden acoplar al segundo extremo de la unidad de doble cono, uno al canal (37), y el otro al segundo extremo de la unidad de entrada o salida de la unidad de doble cono.

7. Uso del dispositivo de bombeo (1, 60) según una de las reivindicaciones de la 1 a la 6 para elevar objetos sumergidos en un líquido, en el que se extrae el líquido de los objetos mediante el dispositivo de bombeo, y un medio de menor peso específico, preferiblemente un gas, es guiado por un conducto adicional hasta el objeto, por lo que el medio ocupa el volumen del líquido bombeado y se mejora el desplazamiento del objeto sumergido.