ES2926394T3

ES2926394T3 - Sistema de bomba de desplazamiento positivo de doble acción accionada hidráulicamente para producir fluidos a partir de un pozo desviado

Info

Publication number: ES2926394T3
Application number: ES17879416T
Authority: ES
Inventors: Yuchang Ding (Bob); Xuefeng Ding (Kevin)
Original assignee: Pmc Pumps Inc
Current assignee: Pmc Pumps Inc
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: KR102450732B1; CA2988315A1; EP3551885B1; US10544662B2; EP3551885A1; WO2018102925A1; US20180156015A1; EP3551885A4; CN110177945A; CN110177945B; KR20190102200A; SA519401940B1; RU2765527C2; RU2019120755A; RU2019120755A3

Abstract

Se proporciona un sistema de bomba de desplazamiento positivo de doble efecto, multietapas, accionado hidráulicamente y sumergible. El sistema tiene un motor de doble acción lineal alternativo accionado hidráulicamente dispuesto centralmente entre y conectado a bombas de fluido de doble acción a cada lado del motor, con pistones de cada bomba y el motor en el espacio anular entre una pared interna de la el cuerpo cilíndrico del aparato y la pared exterior de un conducto de fluido de producción cilíndrico dispuesto concéntricamente dentro del cuerpo, para bombear fluido de pozo desde el exterior del conjunto a través de las bombas y hacia el conducto de fluido de producción central. La velocidad y la dirección del flujo de fluido hidráulico a través del actuador pueden controlarse mediante motores VFD y un controlador PLC en tierra, y mediante al menos una válvula electromecánica y dos interruptores de límite montados en los componentes de fondo de pozo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de bomba de desplazamiento positivo de doble acción accionada hidráulicamente para producir fluidos a partir de un pozo desviado

Antecedentes y técnica anterior

El campo de esta invención es la remoción de fluidos de pozos utilizando sistemas de bombeo o levantamiento artificial de alto volumen y alta confiabilidad. En el estado de la técnica, cuyos ejemplos se citan a continuación, se conoce el uso de bombas lineales alternativas instaladas en línea en el extremo inferior de un pozo, conectando un conducto entre la bomba y el equipo de recolección de superficie, y accionando el movimiento alternativo de la bomba típicamente de pistones desplegados dentro de un cilindro con controles de válvula de flujo asociados, como válvulas unidireccionales para controlar el flujo de fluido dentro del subconjunto de la bomba, mediante una serie de varillas de bombeo conectadas de extremo a extremo y unidas en el extremo inferior al subconjunto de la bomba, y en el extremo más alto a algún mecanismo tal como un gato de bomba o un mecanismo de accionamiento similar que proporcione un movimiento lineal alternativo bajo potencia desde la superficie hasta el subconjunto de la bomba. Las bombas lineales pueden ser una serie o etapas de pistones de elevación y obturadores con válvulas unidireccionales adecuadas en cada etapa. Estos sistemas están desgastados, probados y brindan alta confiabilidad, pero no se pueden implementar en pozos desviados (comúnmente denominados 'pozos horizontales'), debido a la incapacidad de una serie de varillas rígidas interconectadas para moverse linealmente alrededor de la esquina o curva en un pozo desviado sin impactar la pared interior del pozo, causando daños y desgaste tanto en la tubería de revestimiento como en el sistema de varillas. Además, los sistemas de elevación de tipo bomba-gato brindan un perfil de presión muy desigual y una caudal de flujo relativamente baja y desigual del fluido producido, lo que resulta en menores volúmenes de bombeo e ineficiencias. Estas bombas son muy comunes y forman parte del conocimiento general común dentro del campo de la invención.

Los sistemas más nuevos sustituyen la bomba-gato con un motor hidráulico lineal en la superficie, con sistemas de control asociados para tratar de nivelar el flujo de producción desigual causado por cargas de motor desiguales y conexiones mecánicas introducidas a los golpes de potencia dentro de la extensión y contracción de los miles de pies de sarta de varillas de largo, por lo que se espera que la potencia del motor desde la superficie se transfiera de manera más efectiva a la bomba de fondo de pozo con un motor lineal controlado más finamente en lugar de los sistemas anteriores de bomba-gato crudo, o a través de la energía del fluido hidráulico en lugar de la sarta de varillas para transferir movimientos lineales alternativos y, por lo tanto, se espera mejorar la baja caudal de bombeo y la eficiencia de los sistemas convencionales de bomba-gato. Un ejemplo de esto puede verse en US2015/0285041 Danzak y US 8,851,860 al correo. En este tipo de sistema de bombeo mejorado, la novedad es la potencia suministrada en la superficie para accionar el mismo tipo de sistemas de bombeo de varillas de bombeo hacia el fondo del pozo: mediante el uso de un ariete hidráulico para proporcionar un accionamiento lineal alternativo a las varillas de bombeo y el control del sistema ariete hidráulico con sistemas de control adaptativo, el perfil de potencia y la longitud de la carrera y los tiempos de ciclo se pueden ajustar más finamente con el código adaptativo basado en computadora y la información del sensor de presión y flujo. Estos sistemas no se pueden implementar en pozos desviados y proporcionan controles de válvulas de conmutación hidráulica en la superficie y no en la bomba. Esto ayuda a mejorar las características de volumen de flujo que eran fallas de la técnica anterior del gato de bomba, y proporciona un cabezal de pozo sin grandes piezas móviles, lo que lo hace menos antiestético y presumiblemente más seguro para la gente. La sarta de varillas de miles de pies de largo de estas invenciones de la técnica anterior todavía tiene que corresponder, lo que desperdicia gran parte de la energía de accionamiento a través de la sarta de varillas conectadas, propensa a la fricción, articulada mecánicamente, potencialmente de millas de largo, y toneladas de masa del mecanismo de varillas para suministrar la potencia lineal a la bomba de fondo de pozo. Las presiones de los fluidos del pozo todavía fluctúan mucho en cada movimiento alternativo de las acciones de succión y descarga del émbolo de la bomba, lo que alterará las arenas filtradas alrededor de las pantallas del pozo o los revestimientos ranurados y hará que esos contaminantes sean succionados hacia la cámara de la bomba, acumulándose y bloqueándolos. las válvulas de la bomba. Para evitar la fricción y el desgaste de las varillas con la superficie interior o el revestimiento del pozo, la bomba de fondo de pozo de estas invenciones no se puede colocar profundamente en una sección de pozo desviada o en una zona de producción de pozo horizontal, lo que significa que es posible que estos sistemas deban complementarse con sistemas ESP cuando la producción de fluidos del pozo disminuye.

Otros sistemas utilizan la presión hidráulica proporcionada por equipos de superficie a través de conductos (manguera de espagueti) para accionar el movimiento lineal en bombas lineales reciprocante en las secciones inferiores de un pozo asociado, pero están controlados por engranajes de válvulas de conmutación activados o disparados mecánicamente incluidos en la bomba y el actuador en el extremo inferior del pozo, o bien tener sus válvulas de conmutación en la superficie.

Algunos sistemas nuevos prevén cuerpos de bomba alternativos sumergibles convencionales de pistón/cilindro alimentados por un actuador de cilindro hidráulico de fondo de pozo desplegado en y por encima de la bomba recíproca convencional, y alimentados por presión hidráulica proporcionada desde la superficie a través de dos conductos, cambiando entre la presión del fluido de potencia y el escape del fluido hidráulico, con cada conducto proporcionando ambas funciones, siendo conmutado por engranajes de control y sistemas de válvulas en la superficie, accionados por medios de detección de presión también en la superficie. El medio sensor de presión proporciona una señal cuando la presión en el conducto que proporciona energía hidráulica de alta presión se eleva (lo que infiere el final de esa carrera de potencia), en respuesta a lo cual se invierte el flujo de fluido hidráulico en los dos conductos. Surgen una variedad de problemas: el equipo sufre algunos de los problemas con los otros sistemas nuevos, siendo susceptible a los efectos de golpe de ariete y pérdida de potencia debido a la inversión de la dirección del flujo de fluido al final de cada carrera; tenga en cuenta que el sistema hidráulico los conductos de fluidos están en el rango de varios miles de pies de largo, lo cual es un gran volumen (y masa) con grandes fuerzas de inercia; el propio actuador estará sujeto a un rango más amplio de presiones (régimen de baja presión más bajo en el lado de la bomba que se está evacuando antes de que se le suministre fluido hidráulico a presión, régimen de presión más alto cuando el pistón está al final de una carrera de potencia mientras el momento del fluido hidráulico continúa después de ser cambiado en la superficie pero antes de ser liberado por su conducto hidráulico asociado convirtiéndose en un conducto de escape en función al cambiar en la superficie), y todos los accesorios asociados con las líneas hidráulicas, conexiones y etcétera estarán sujetos a grandes fuerzas (más grande que lo estrictamente necesario para accionar el movimiento alternativo del pistón del actuador). Además, existe un retraso de tiempo inevitable entre el aumento de la presión en la superficie y la inversión real del flujo de fluido de potencia que afecta las características de flujo de volumen y presión del fluido producido en el sistema; además, las bombas sumergibles convencionales y la configuración del actuador en estos sistemas están limitadas por su ubicación relativa (orden) y el diámetro interior del pozo y la tubería de producción en su ubicación, lo que significa que el actuador por encima de la bomba restringe el volumen o sección transversal del orificio a través del cual el fluido producido debe fluir más allá del actuador. Un ejemplo de este tipo de arreglo se encuentra en CA 2,258,237

Los documentos Patente de Estados Unidos 6,623,252 B2, Patente de Estados Unidos 6,004,114, y Solicitud canadiense 2,258,237 todos por Edmund C. Cunningham son una solución sin varilla diferente para una bomba de fondo de pozo que se puede colocar en la sección de producción inclinada u horizontal de un pozo desviado. Esos nuevos métodos aplican energía hidráulica para accionar las bombas de fondo de pozo mediante un motor rotativo hidráulico de fondo de pozo o un actuador hidráulico alternativo de fondo de pozo. En esas divulgaciones, se retira la sarta de varillas de bombeo de miles de pies de largo y se reemplaza un motor eléctrico de fondo de pozo (ESP) con un motor hidráulico o un actuador alternativo hidráulico. También hay algunos ejemplos en los pozos CSS o SAGD de arenas bituminosas de Alberta que utilizan motores rotativos hidráulicos para accionar bombas de cavidad progresiva (PCP) de metal a metal o sistemas de bombas centrífugas multietapa. Todos esos ejemplos han realizado algunos cambios en el accionamiento de la bomba o el mecanismo de potencia y no realizan ningún cambio en las bombas de fondo de pozo en sí, sino que utilizan bombas PCP tradicionales o bombas alternativas convencionales colocadas dentro de la tubería de producción. El caudal de estas bombas suele ser pequeño y no puede alcanzar el gran caudal que un ESP de tamaño y diámetro similar podría generar o los caudales que realmente requieren los pozos SAGD en producción. El documento CA 2,258,237 invención divulgada será en realidad un fracaso en el uso. Propone que un actuador sumergible hidráulico de doble acción sea controlado por un sistema de válvula de superficie del suelo para alternar e invertir automáticamente una bomba de fondo de pozo convencional. Como se indicó anteriormente, la tubería de suministro hidráulico desde el equipo de superficie hasta la bomba de fondo de pozo tendrá al menos unos miles de pies de largo para la mayoría de los pozos de petróleo. Tal disposición de cambiar la dirección del flujo hidráulico en la superficie probablemente resultará en un "centro muerto superior" predeterminado. Además, como se indicó anteriormente, cuando la carrera del pistón del actuador hidráulico llega al final de su recorrido, el interruptor de superficie no invertirá automática o inmediatamente el flujo de miles de pies de fluido hidráulico y la energía de inercia almacenada en la tubería larga de fluido hidráulico continuará fluyendo hacia adelante en el extremo inferior de la tubería de suministro y hacia la cámara de la bomba que ya está llena, lo que provocaría un gran aumento de presión en la cámara del actuador hidráulico. Desde la otra cámara del actuador hasta la superficie dentro de la tubería de escape hidráulica, el fluido hidráulico, generalmente un aceite, en la tubería continúa agotándose, lo que crea un vacío parcial de separación de la columna de líquido que puede provocar golpes de ariete y el deterioro del fluido hidráulico por el vacío parcial.

Es evidente que existe la necesidad de abordar al menos algunos de los problemas mencionados anteriormente de la técnica anterior.

Resumen de la invención

La invención se define por las reivindicaciones adjuntas. En el contexto de esta invención, se proporciona lo siguiente: Un sistema sumergible para elevar fluidos producidos desde un pozo hasta la superficie, que comprende:

a. un conjunto de fondo de pozo

b. un conducto desde el equipo de superficie hasta el conjunto de fondo de pozo para transportar fluido hidráulico presurizado desde una bomba hidráulica motorizada al conjunto de fondo de pozo

c. un segundo conducto desde el conjunto de fondo de pozo al mismo equipo de superficie para transportar el fluido hidráulico agotado o ventilado desde el conjunto de fondo de pozo al equipo de superficie

d. una tubería de producción para transportar el fluido producido desde el pozo bombeado por el conjunto de fondo de pozo a un segundo conjunto de equipos de superficie para recolectar los fluidos producidos, la tubería de producción conectada operativamente entre un conector en el conjunto de fondo de pozo y el equipo de recolección de superficie.

El conjunto de fondo de pozo que comprende:

i. una primera sección de bomba que tiene un cilindro y un pistón incluido y con válvulas incluidas y conductos de fluido que forman una bomba de doble acción

ii. una sección de actuador hidráulico alternativo lineal que tiene un cilindro y un pistón incluido y con válvulas incluidas y conductos de fluido que forman un motor hidráulico lineal de doble acción, y

iii. una segunda sección de bomba que tiene un cilindro y un pistón incluido y con válvulas y conductos de fluido incluidos que forman una bomba de doble acción con los pistones de cada una de las bombas y el actuador conectados para que todos se muevan en la misma dirección y velocidad dentro de sus respectivos cilindros; y iv. cada cilindro acoplado del pistón se forma en el espacio anular entre la pared interior de una parte cilindrica del cuerpo exterior del conjunto y la superficie exterior de un segundo cuerpo cilindrico dispuesto concéntricamente dentro del centro de dicha parte cilindrica del cuerpo exterior, el segundo cuerpo cilindrico que tiene un conducto de fluido de producción interior,

v. cada pistón es un disco con una abertura central, el pistón se sella de manera deslizable a cada superficie cilindrica del cilindro anular acoplado

vi. cada cilindro acoplado está delimitado por una pared en ambos extremos de cada sección, donde los cilindros adyacentes pueden compartir una pared común

vii. la conexión entre cada uno de los pistones también puede deslizarse recíprocamente de forma lineal longitudinalmente dentro del cuerpo del conjunto a través de una abertura en una pared mientras se sella dinámicamente a la pared entre dos secciones que contienen los dos pistones así conectados

viii. cada cilindro de la sección de la bomba tiene dos grupos de válvulas unidireccionales en conductos, las válvulas en conductos están en pares, cada grupo tiene múltiples pares de válvulas unidireccionales opuestas, un grupo en una cámara delimitada por las superficies del cilindro de la sección y la pared exterior y un lado del pistón incluido, el otro grupo en una segunda cámara en el cilindro de la sección en el otro lado del pistón incluido y delimitado por la otra pared del extremo, cada par de válvulas comprende: una válvula unidireccional que permite la entrada de fluido del pozo desde fuera del conjunto hacia la cámara cuando el pistón se mueve para expandir el volumen de la cámara y denegar la salida de fluido del pozo cuando el pistón se mueve en la otra dirección para contraer el volumen de la cámara; y otra válvula unidireccional opuesta que niega la entrada de fluido desde el conducto de fluido de producción a la cámara cuando el pistón se mueve para expandir el volumen de la cámara y permite la salida de fluido de la cámara hacia el conducto de fluido de producción cuando el pistón mueve el otro dirección para contraer el volumen de la cámara, formando así una bomba de doble acción.

En esta realización, el sistema tiene dos lados, cada uno con una sección de bomba que tiene un cilindro anular y un pistón, formando dos bombas independientes de doble acción con docenas de válvulas API estándar V11, y cada conjunto de bomba tiene un cilindro actuador hidráulico para accionar simultáneamente dos secciones de bomba de cuatro bombas independientes de doble acción, para bombear aproximadamente cinco veces el fluido del pozo que la bomba de varilla de acción simple API alternativa convencional de diámetro similar, o para bombear el mismo volumen de fluido del pozo que docenas de bombas de varilla de bombeo estándar API comunes.

De acuerdo con la invención, el cilindro del actuador está conectado con dos conductos, uno a cada lado de su pistón, cada uno de dichos conductos también en comunicación con una válvula de conmutación electromecánica, válvula de conmutación que también está en comunicación con cada uno de los conductos de fluido hidráulico de potencia y escape, y con un controlador de motor en la superficie conectado eléctricamente a la válvula de conmutación con al menos un sensor para proporcionar una señal al controlador de motor que indica una condición que indica un momento apropiado para cambiar el flujo de fluido hidráulico hacia y a través del actuador entre tres alternativas:

1. una vía directa que acciona el pistón del actuador para moverse en una dirección,

2. una vía cruzada que acciona el pistón del actuador para moverse en la otra dirección, o

3. una posición de derivación o inactiva que hace que el fluido hidráulico se desvíe del actuador y hace que las cámaras del actuador se sellen, frenando y manteniendo el pistón del actuador en su lugar

De acuerdo con la invención, un conjunto de bomba de fondo de pozo se conecta a la tubería de producción a la superficie cuando se instala y funciona en un pozo, que comprende:

a. un motor hidráulico alternativo lineal

b. dos bombas reciprocante lineales conectadas mecánicamente al motor y a cada lado del mismo con entradas de fluido controladas por válvula desde el pozo y salidas de fluido controladas por válvula a la tubería de producción

c. una válvula de conmutación electromecánica con circuitos directos, cruzados y de derivación seleccionables para el flujo de fluido hidráulico a través del motor, el interruptor conectado al conjunto y en el conjunto, el interruptor operativamente sensible a una señal de un sensor en el conjunto o en un circuito de fluido hidráulico entre la superficie y el conjunto, alimentado por una fuente de alimentación de superficie; y

d. conductos de suministro y escape para fluido hidráulico presurizado entre el interruptor y el actuador y equipo de superficie

En otra realización, el sensor de control del pistón comprende al menos un interruptor de límite eléctrico en o alrededor de la ubicación de un pistón al final de una de las carreras del pistón de la bomba en al menos una dirección del rango de movimiento reciprocante lineal de la bomba conectado operativamente a la señal la llegada del pistón a la ubicación del interruptor de límite.

En una realización, el aparato tiene una válvula unidireccional añadida entre el cilindro de producción interior del conjunto y el conducto de fluido de producción que permite el flujo unidireccional desde el conjunto hacia la superficie, para evitar el reflujo del fluido producido.

En una realización adicional, el aparato puede tener una sección o secciones de bomba accionada adicionales con conexiones de fluido, válvulas y sensores asociados.

En otra realización, se proporciona un aparato con equipo de superficie en el que el caudal de fluido de potencia hidráulica de la bomba hidráulica accionada puede controlarse y cambiarse mediante la operación de un motor de transmisión de frecuencia variable (VFD) en la superficie, de modo que el actuador de fondo de pozo cambie correspondientemente la velocidad de la bomba de fondo de pozo.

En una realización de la invención, el equipo de bomba está provisto de un equipo de superficie que incluye un enfriador de aceite hidráulico que controla el enfriamiento del fluido hidráulico para que el aceite hidráulico de trabajo se pueda mantener a una temperatura deseable para enfriar y controlar la temperatura de funcionamiento del equipo en el conjunto de fondo de pozo, particularmente en pozos calientes a más de 200 °C, como los pozos SAGD (drenaje por gravedad asistido por vapor), y puede tener un conducto para el suministro de fluido hidráulico presurizado y otro conducto para el retorno hidráulico de escape entre el equipo de superficie y el conjunto de fondo de pozo donde la tubería aislada por vacío (VIT) o el aislamiento se utilizan para aislar el fluido hidráulico y evitar que se caliente en una aplicación de pozo térmico, como un pozo SAGD, para mantener el aceite hidráulico de trabajo en un rango de temperatura deseable.

Otra realización tiene una válvula de conmutación electromecánica en el conjunto de fondo de pozo para que la dirección del aceite de potencia hidráulica se adapte intencionalmente para el flujo dentro de una caja de ventilación de aceite hidráulico donde la válvula de conmutación electromecánica de fondo de pozo está encerrada, sumergida y protegida por aceite hidráulico de trabajo limpio con temperatura de trabajo deseable por aceite enfriado y aislamiento de presión.

La invención se puede proporcionar con una caja de control en la superficie con un controlador lógico programable (PLC) computarizado donde todos los dispositivos del sistema, incluidos los interruptores de límite eléctricos y la válvula de conmutación electromecánica en el conjunto de fondo de pozo en la reivindicación 1, que también incluye un motor VFD y todos los controles de temperatura y los sensores de presión, los interruptores y las válvulas ubicados en el sistema pueden ser controlados centralmente e informados por PLC e interfaces asociadas.

Debe entenderse que la invención tal como se reivindica no está limitada por los ejemplos o realizaciones de la descripción, y que los expertos en la técnica comprenderán el alcance de la invención por las propias reivindicaciones.

Descripción de las figuras

La Figura 1 es un dibujo esquemático que representa el sistema y los elementos asociados de un pozo dentro del cual está instalado el sistema, incluidos los equipos de superficie, en términos generales y no a escala. La Figura 2 es otro dibujo esquemático centrado en la válvula de conmutación y el actuador y las rutas de fluido hidráulico asociadas dentro de ese subsistema del sistema de la invención, de nuevo no a escala.

Las Figuras 3, 3A y 3B son dibujos esquemáticos de la bomba de fondo de pozo, el actuador y la válvula de conmutación que muestran las vías de flujo de fluido dentro del componente de fondo de pozo (bomba, actuador, bomba, válvula de conmutación) en tres configuraciones de válvula de conmutación: flujo directo, flujo cruzado y flujo de derivación o libre. Éstos no están a escala, pero se representan del mismo tamaño para permitir que el lector comprenda los regímenes de flujo de la invención.

La Figura 4 es un dibujo en perspectiva de un alzado de un extremo del componente de fondo de pozo del sistema, que muestra la pared exterior o el barril exterior de una sección de bomba retirada, para que el lector pueda ver y comprender la ubicación de los conectores de pistón, pistones, y válvulas unidireccionales desplegadas dentro del cilindro de la bomba, así como la ubicación del conducto interior cilíndrico de los fluidos producidos.

La Figura 5 es un gráfico que muestra el caudal y el volumen de los fluidos producidos en tiempos de ciclo comparables (ciclos de bomba de movimiento alternativo lineal) de una bomba de varilla convencional (API) real y del sistema de bomba accionado hidráulicamente de la invención.

La Figura 6 es un dibujo esquemático que representa los sistemas de control asociados con el sistema de bombeo, incluido el fondo del pozo y en la superficie (no a escala).

Descripción detallada

La energía hidráulica es proporcionada por fluidos hidráulicos presurizados que fluyen desde la superficie hasta el sistema de bomba de fondo de pozo 100. El fluido hidráulico fluye en un sistema de circuito cerrado 55, 65 hacia y desde el equipo de recolección, tratamiento y bombeo de la superficie a través de un conducto de alimentación 55 a un componente de fondo de pozo 100 de la invención y un conducto de escape 65 desde el componente de fondo de pozo 100. Al estar en un sistema cerrado, el fluido hidráulico también está dentro del actuador 110 a presiones superiores a las ambientales mientras acciona el actuador 110, lubricando así y provocando un efecto de aislamiento de presión para mantener el fluido del pozo y los contaminantes alejados de las partes móviles del actuador. Estas presiones en el actuador pueden ser al menos el doble de las presiones ambientales del pozo.

El flujo de fluido hidráulico dentro del componente de fondo de pozo 100 está controlado por una válvula de conmutación electromecánica 60 en la ubicación del componente de fondo de pozo 100, para dirigir la dirección del flujo de fluido hidráulico para alimentar el actuador lineal 110 del sistema de bomba, preferiblemente un pistón lineal de doble acción y actuador hidráulico tipo cilindro, para correr en una dirección o en la dirección opuesta, o para desviar el actuador 110 y simplemente fluir a través de la válvula 60 y completar un circuito 55 desde la superficie hacia y a través de la válvula 60 en la ubicación del componente de fondo de pozo y de regreso 65 a superficie. Las tres posiciones 175 de la válvula 60 pueden denominarse "flujo directo", "flujo cruzado" y "derivación" o "libre". La posición de la válvula de "derivación" aísla el actuador 110 del flujo de fluido hidráulico y hace que los pistones de la bomba 135 se frenen o bloqueen en su posición actual, lo que es útil para evitar problemas al introducir o sacar el componente de fondo del pozo donde los cambios de presión entrarán en juego a medida que el componente se mueva hacia arriba o hacia abajo en el pozo.

Además, mientras está en la posición de "derivación" o "inactiva", el flujo del fluido hidráulico 55 desde la superficie hasta la bomba 110 y de regreso 65 se vuelve relativamente libre de obstáculos, lo que permite un rápido viaje de ida y vuelta de fluido hidráulico nuevo (típicamente alrededor de 1 A minuto por 1,000 distancia de recorrido en pies) que permite el uso del fluido hidráulico como refrigerante para enfriar el componente de fondo de pozo, especialmente la válvula de conmutación electromecánica 60, según se requiera.

El componente de fondo de pozo del sistema comprende la válvula de dirección del flujo hidráulico 60, el actuador lineal accionado hidráulicamente 110 y al menos una (y preferiblemente dos) bombas 150 de tipo pistón lineal de desplazamiento positivo de doble efecto, con el actuador 110 y cada bomba 150 conectado directamente por los conectores de accionamiento 114 de tal manera que el movimiento del actuador 110 también moverá un pistón 135 dentro de cada bomba conectada 150.

Además de los conductos de potencia hidráulica 55 y de escape 65, también hay un conducto de fluido bombeado 10, 25 a través del cual se bombea fluido desde el pozo en la ubicación del componente de fondo de pozo 100 a través del pozo 15 hasta una ubicación deseada, preferiblemente para sistemas de manejo de fluidos en superficie. El conducto de fluido 10, 25 debe ser capaz de manejar grandes volúmenes de fluido producido bajo las presiones proporcionadas por el actuador 110 a los pistones de la bomba 135. Los volúmenes dependerán del número y el área superficial de los pistones de la bomba 135 y la longitud de la carrera y la frecuencia de movimiento alternativo del actuador 110 (y por lo tanto del pistón de la bomba 135). Dado que las bombas 150 son preferiblemente de doble acción, en cada carrera (la distancia recorrida por el actuador 110 y cada pistón 135 en una dirección antes de cambiar de dirección) la cavidad definida por un extremo de cada cilindro de bomba 150 y el lado frontal de ese pistón de bomba 135 actuará como una cámara cuyo contenido se expulsa con energía a través de las válvulas y los conductos de la bomba hacia el conducto de fluido bombeado 10, 25, o como una cámara cuyo contenido se llena desde el pozo (por ejemplo, 56 en la Figura 3A) bajo alimentación a través de otras válvulas y conductos de la bomba, como se describe a continuación.

La válvula de conmutación electromecánica 60 ubicada en el equipo de fondo de pozo 100 es alimentada y controlada a través de una conexión eléctrica 31, 32 entre ella misma 60 y el equipo de superficie 30, lo que permite controlar la frecuencia del cambio de dirección desde la superficie mediante una interfaz de controlador de superficie 30 con otro equipo o un operador. Dado que la válvula de conmutación 60 está ubicada en la bomba de fondo de pozo 100 en el fondo del pozo, el fluido en el conducto de energía hidráulica 55 siempre fluye hacia abajo al actuador de fondo de pozo 110 (alrededor de 100) y el fluido en el conducto de escape hidráulico 65 siempre fluye hacia arriba. La dirección del flujo de ambos conductos hidráulicos 55, 65 nunca se invierte, por lo que los efectos del momento en los miles de pies de fluido hidráulico incluido son insignificantes, por ejemplo, en sistemas donde el fluido hidráulico se cambia en la superficie, cuando se detiene el flujo o su dirección cambiada por las válvulas en la superficie, el conducto que transportaba una columna de fluido hidráulico la longitud de la distancia entre la válvula de conmutación de superficie y un pistón actuador hidráulico sufrirá tensiones que resultan primero de una interrupción del flujo de fluido, lo que resulta en una caída en presión del conducto interior por encima del actuador, y luego un aumento en la presión del conducto interior en el otro conducto por encima del actuador cuando la presión de arriba choca con el flujo ascendente continuo de fluido hidráulico en ese conducto que anteriormente estaba justo bajo la presión de la bomba hacia arriba. Estas tensiones son similares a un efecto de "golpe de ariete" y provocan una tensión y una tensión excesivas e innecesarias en los conductos, conectores, empalmes y otros equipos. En ese tipo de sistema hidráulico, la energía hidráulica proveniente de la fuente superficial se desperdiciaría principalmente en el movimiento alternativo de la columna de miles de pies de largo de aceite a presión de flujo rápido, y quedaría poca energía para que la columna de aceite accione el actuador en el extremo inferior de la columna. Esto se resuelve en esta invención colocando la válvula de conmutación 60 en la ubicación del componente de fondo de pozo 100 y su actuador 110, ya que la válvula de conmutación 60 nunca provoca el cambio de dirección de los conductos de potencia hidráulica 55 o de escape 65 de miles de pies de largo entre la superficie y los componentes de fondo de pozo 100, pero solo controla las direcciones de dos conductos de aceite cortos (10 - 20 pies de largo) 61, 62 entre la válvula de conmutación 60 y el actuador 110, por lo que cualquier efecto de "golpe de ariete" se puede minimizar o eliminado

Si bien la válvula de conmutación electromecánica 60 unida al conjunto de bomba de fondo de pozo 100 puede resolver o eliminar el efecto de "golpe de ariete" de una columna de aceite hidráulico de potencia de miles de pies de largo, el entorno de dicha válvula ubicada en la ubicación del conjunto de fondo de pozo 100 puede ser muy desafiante para la válvula de conmutación electromecánica 60. Esta invención monta a propósito este conjunto de válvula electromecánica 60 dentro de un recinto incluido 63 que puede contener el aceite hidráulico agotado de la válvula 60. El diseño y montaje sumergirá esta válvula 60 dentro del aceite hidráulico siempre limpio y con temperatura controlada. Por lo tanto, las condiciones ambientales de esta válvula 60 en el conjunto 100 de fondo de pozo pueden ser tan buenas como en la superficie, aunque el ambiente real de fondo de pozo fuera del recinto 63 podría ser una mezcla multifásica con líquido, gas y partículas de arena y con alta presión y alta temperatura tales como en pozos de producción SAGD (Drenaje por gravedad asistido por vapor).

La longitud del conjunto 100 del actuador 110 y las bombas 150 dependerá de la longitud deseada de la herramienta rígida que la desviación del pozo 15 puede acomodar, y dependerá de la longitud de la carrera del actuador 110 (y de cada bomba 150, que cada uno sea el mismo que el del actuador). La invención, como se describe aquí, puede tener cualquier longitud de carrera, pero el rango preferido de longitud de carrera es de alrededor de 10 pies (más o menos), que es similar al equipo de bomba de varilla de succión común o convencional; esto permite la compatibilidad donde se requiera con el hardware convencional y métodos. Cabe señalar que la válvula de conmutación 60 puede, de hecho, realizarse mediante una serie de válvulas, una que alterna entre cerrar (inactiva o derivación) y abrir (para permitir el flujo a la siguiente válvula) y una siguiente válvula en línea que alterna entre circuitos hidráulicos directos y cruzados (no se muestran por separado). En este caso, la válvula de derivación se puede controlar desde la superficie 30 mientras que la válvula recta/cruzada se puede controlar localmente (en el subconjunto) 100. Son posibles una variedad de posibles circuitos de control y disposiciones de válvulas. En una realización, hay una válvula de conmutación (válvula de conmutación direccional entre circuitos rectos y cruzados) y dos interruptores de límite 33, 34 (para carrera máxima, un interruptor al final de la carrera o cerca de ella, ensamblados de manera que haya un interruptor de límite en un lugar donde un pistón del sistema estará cerca del final de su movimiento lineal en una dirección y otro interruptor de límite al final del movimiento lineal de un pistón, no necesariamente el mismo pistón, en la dirección opuesta a su carrera). Estos interruptores de límite 33, 34 pueden conectarse a la superficie mediante circuitos de cableado eléctrico 33A, 34A a un controlador de superficie 30 que puede dirigir la válvula de conmutación 60 hacia el fondo del pozo a una posición directa o cruzada (y si está equipada, a una posición de derivación). La señal de control se puede proporcionar, según la configuración de los circuitos de control eléctrico y las funciones del controlador, desde uno o ambos interruptores de límite de fondo de pozo, 33, 34 o desde los sistemas de control de superficie 30, y puede ser automática o manual. Una variedad de longitudes de carrera puede estar disponibles a través de la retroalimentación al controlador 30 hacia y desde los dispositivos de control y detección de flujo de superficie, que pueden dirigir el interruptor 60 para cambiar las direcciones del circuito de flujo hidráulico en el actuador 110 o de otro modo controlar el caudal de y la potencia del fluido hidráulico desde la superficie 30. Para integrar esas complicadas funciones del controlador, se puede usar un controlador lógico programable (PLC) computarizado dentro de la caja del controlador 30 en el equipo de superficie para desempeñar un papel central, donde todos los dispositivos del sistema, incluida la válvula de conmutación electromecánica 60 en el fondo del pozo y los interruptores de límite eléctricos 33, 34 en el conjunto de fondo de pozo 100, que también incluyen el motor VFD 70A, el motor VFD 36A y todos los dispositivos de temperatura y presión ubicados en todas partes en todo el sistema, pueden monitorearse y controlarse centralmente y su estado puede ser mostrado en respuesta al PLC 30.

Al configurar el componente de fondo de pozo del sistema 100 como un actuador lineal central 110 con una bomba de doble efecto 150 unida en cada extremo, como en una realización preferida de la invención, se proporciona un sistema de bombeo de gran volumen con una longitud total relativamente corta, que ayuda a la utilidad de la invención en pozos doblados o desviados 15, donde los subconjuntos rígidos largos restringen la configuración de los pozos dentro de los cuales se puede utilizar el subconjunto. Los subconjuntos más cortos generalmente son de mayor utilidad, ya que pueden servir en una mayor cantidad de configuraciones potenciales de pozos.

En una realización preferida de la invención, el cuerpo del componente de fondo de pozo 100 es cilíndrico 160 y hueco, y tiene un segundo cilindro contenido cuyo interior forma un pasaje cilíndrico de fluido bombeado 158 a través de su cuerpo centrado (en sección transversal) y que se extiende dentro de tres secciones adyacentes del cuerpo del componente: una primera sección de bomba 155, una sección de actuador 110 y una segunda sección de bomba 140. Dentro de cada una de las tres secciones se despliega un pistón 135, cada uno de los cuales se ajusta deslizantemente y se sella dinámicamente a la superficie interior del cuerpo cilíndrico 156, 160, 140 y a la superficie exterior del segundo cilindro 158, formando así una superficie de pistón anular a cada lado de cada pistón 135. Cada pistón está conectado, de modo que cuando se mueve el pistón dentro del sistema actuador, ambos pistones de la bomba se mueven la misma distancia en la misma dirección; la conexión es preferiblemente mediante tres varillas 114 que conectan el pistón 135 en la primera sección de la bomba 155 al pistón actuador 110, que a su vez está conectado al segundo pistón de la bomba 135, 140. Separando las tres secciones hay paredes anulares (cerca de 141, 142): una primera pared en el extremo exterior de la primera sección de la bomba, una segunda pared en el extremo interior de la primera sección de la bomba, el lado del pistón de las primera y segunda paredes y la superficie interior del cuerpo cilíndrico y la superficie exterior del segundo cilindro definen el primer cilindro de bomba; una tercera pared en el extremo interior de la sección del actuador, definiendo el lado del actuador de las segunda y tercera paredes y la superficie interior del cuerpo cilíndrico y la superficie exterior del segundo cilindro el cilindro del actuador 110; una cuarta pared en el extremo más lejano de la segunda sección de la bomba desde el actuador, el lado del pistón de la bomba de la tercera pared, el lado del pistón de la cuarta pared y la superficie interior del cuerpo cilíndrico y la superficie exterior de la segunda cilindro que define el segundo cilindro de bomba. Las varillas de conexión 114 se extienden y están unidas a cada pistón 135, y también se extienden a través de cada pared en una configuración sellada deslizante, lo que permite que las varillas de conexión se muevan de forma recíproca lineal dentro de los orificios en las paredes mientras se sellan dinámicamente para permitir que las paredes actúen como barreras para formar los cilindros de los distintos pistones.

Cada sección de la bomba funciona de manera similar: a medida que se mueve el pistón del actuador 110, las conexiones entre el pistón del actuador fuerzan al pistón de la bomba 135 en la misma dirección, moviendo el pistón dentro del cilindro de la bomba. En una dirección, el conjunto de válvulas unidireccionales 156, 157 permite que el fluido del pozo fluya hacia una primera cámara del cilindro de la bomba, la cámara que se expande a medida que el pistón se mueve dentro del cilindro, a medida que la cámara se expande y al mismo tiempo, el segundo conjunto de válvulas unidireccionales 141, 142 en una segunda cámara en el lado opuesto del mismo pistón en el mismo cilindro se abre para permitir que el fluido del pozo de esa segunda cámara sea forzado hacia el conducto de fluido bombeado 158 y desde allí hacia el conducto de fluido bombeado 10 hacia la superficie. Por supuesto, hay otras válvulas unidireccionales que se cierran durante esta carrera pero se abren durante la carrera inversa del actuador y los pistones, estas otras válvulas unidireccionales cuando están abiertas estarían en comunicación desde la primera cámara al conducto de fluido bombeado y en comunicación desde la segunda cámara al pozo. Durante la carrera opuesta, las funciones de la primera y segunda cámara se invertirían con la inversión de la dirección lineal del actuador y los pistones conectados. Se puede colocar otra válvula unidireccional 300 dentro de la conexión entre el conducto de fluido bombeado central del componente de fondo de pozo y el pasaje de fluido bombeado, para controlar el flujo inverso o la presión del fluido en ese pasaje para que no afecte las presiones dentro de la(s) bomba(s).

El actuador 110, durante la misma carrera ejemplar, está configurado de la siguiente manera: un primer conducto desde la válvula de conmutación 60 a una primera cámara de la sección del actuador 110 se coloca en comunicación fluida con el conducto de suministro de energía de fluido hidráulico 55 y un segundo conducto desde la válvula de conmutación 60 a una segunda cámara de la sección del actuador 110 se coloca en comunicación fluida con el conducto de escape de fluido hidráulico 65, a través de una configuración de la válvula de conmutación 60, para facilitar la referencia y este ejemplo, la configuración de "flujo directo". La primera cámara de la sección del actuador 110 está formada por el volumen en el espacio anular entre la superficie exterior del conducto de fluido bombeado y la superficie interior del cuerpo del componente de fondo de pozo y un lado del pistón del actuador 112, mientras que la segunda cámara está formada por el volumen dentro del cilindro de la sección del actuador en el otro lado del pistón del actuador 112. La fuente de alimentación de fluido hidráulico 55 introducida en la primera cámara del actuador fuerza al pistón 112 en una dirección, moviendo el pistón y su equipo conectado, y empujando el fluido hidráulico previamente en la segunda cámara hacia el conducto de escape de fluido hidráulico 65, ambos a través de pasajes en el componente de fondo de pozo en comunicación entre cada cámara y la válvula de conmutación 60. Por lo tanto, el pistón del actuador puede accionarse hasta un movimiento lineal en un movimiento alternativo, accionando así la(s) bomba(s) 150. Al final de cada carrera del pistón actuador 112, se puede hacer que cambie el movimiento del pistón cambiando la válvula de conmutación 60 apropiadamente, en este ejemplo de configuraciones de "flujo directo" a "flujo cruzado". Normalmente, una posición de pausa solo se usaría para hacer circular fluido hidráulico dentro de los conductos largos de potencia y escape entre los componentes de superficie y de fondo de pozo antes de que la bomba comience a funcionar, o para enfriar los componentes de fondo de pozo 100, particularmente la válvula electromecánica 60. Una vez que la bomba comienza a funcionar, la posición de pausa inactiva normalmente no se usaría para mantener el flujo de ambos conductos hidráulicos largos en su dirección única respectiva y para evitar el efecto de "golpe de ariete". En algunas circunstancias, se puede controlar un ciclo de pausa, frecuencias de carrera y longitudes de carrera controlando el volumen de flujo o la válvula de conmutación de flujo hidráulico 60, y esto podría hacerse en respuesta a los caudales de flujo de fluido en cualquiera de los diversos conductos 55, 65, 25 del sistema, medido en la superficie 30 o en el equipo de fondo de pozo 100. El actuador 110 puede estar equipado preferiblemente con uno o más interruptores de límite 33, 34 para detectar directamente cuándo el pistón 112 está en un punto particular de su carrera, preferiblemente cuando está cerca o junto a cualquiera de las paredes del cilindro del actuador, y la señal de un el interruptor de límite 33, 34 en o cerca de cualquiera de las paredes puede usarse para controlar la válvula de conmutación 60 con el fin de reducir las colisiones entre la pared y el pistón limitando la carrera del pistón.

El caudal de fluido producido 25 puede decidirse y controlarse simplemente mediante el caudal de una bomba hidráulica de superficie 40 (típicamente una bomba de engranajes común). Cuando la bomba hidráulica de superficie 40 envía fluido hidráulico presurizado 55 a un caudal más alto, el fluido de pozo 25 producido será bombeado hacia las instalaciones de superficie (no mostradas) a un caudal más alto. El caudal de la bomba hidráulica de superficie 40 puede controlarse fácilmente mediante un variador de frecuencia verificado (VFD) comúnmente disponible dentro de la caja de control 30 y con un motor eléctrico relacionado.

El volumen producido del sistema de bomba es mucho mayor, y el caudal de la bomba es más uniforme y constante y sin ninguna interrupción o fluctuación significativa, que el volumen de fluido de pozo producido en los sistemas de bomba lineal alternativos de la técnica anterior, en particular los que se conectan en la superficie o accionado por sartas de varillas o enlaces mecánicos de equipos de accionamiento en la superficie, donde las características de flujo de esos sistemas anteriores son siempre intermitentes (por ejemplo, sistemas de bomba-gato). Por ejemplo, una bomba de 4,75" del diseño de esta invención puede proporcionar un flujo de fluido de producción equivalente a dos docenas de bombas convencionales de 1,75" con varilla de succión.

Cabe señalar que hay muy pocas piezas móviles en el montaje de fondo de pozo 100 de esta invención, lo que lo hace muy fiable. La masa de las partes accionadas es muy baja, por lo que requiere poca energía para cambiar la dirección lineal del sistema durante los ciclos alternativos. Las partes que se mueven están selladas en un área pequeña (los bordes del pistón 112, 135, por ejemplo) proporcionando una fricción muy baja en el movimiento operativo de las partes. Las válvulas unidireccionales 141, 142, 300 son muy sencillas y pueden ser válvulas de bola de muy alta fiabilidad. Si la conexión entre la sección de actuador 110 y una sección de bomba 150 se desconecta, el actuador 110 aún puede bombear fluido de producción con una bomba 150 en el otro lado del conjunto. Debido a la disposición concéntrica del conducto de fluido de producción 158 dentro del centro del cuerpo del conjunto y los pistones, el área superficial de cada pistón 135 puede ser grande en comparación con el diámetro exterior del conjunto, que debe caber dentro del pozo 10 para ser utilizado - esto proporciona más potencia del pistón del actuador y mayor desplazamiento de cada carrera de cada pistón. Al cambiar la vía del flujo de fluido hidráulico localmente en el conjunto de fondo de pozo 60, hay muy poca masa que debe ser alternada (por ejemplo, nada de fluido hidráulico en el sistema cerrado 55, 65 por encima del interruptor necesita cambiar de dirección durante cualquier movimiento alternativo de la bomba). ciclo), que proporciona un uso de energía de alta eficiencia por unidad de volumen de fluido de producción bombeado. La disposición de las bombas de doble efecto 150 a cada lado del actuador hidráulico 110, y la configuración de las cámaras de las bombas, es automáticamente muy equilibrada, con un caudal muy estable y sin fluctuaciones (perfil de volumen y presión), lo que reduce movimiento desperdiciado de piezas o subcomponentes y conectores y conductos y tuberías y equipos externos: las fuerzas se aplican y utilizan de manera muy uniforme, sin sobretensiones irregulares, lo que proporciona menos desgaste y tensión en los equipos y componentes. Los índices de flujo estables desde la formación hacia el conjunto, así como los índices de flujo estables desde el conjunto 100 hacia la superficie, proporcionan menos tensión tanto en la formación como en el equipo asociado con el pozo y la producción de fluido hacia la superficie. Las bombas del sistema 150 pueden proporcionar caudales elevados y presiones elevadas, y el diámetro y la longitud totales del conjunto de fondo de pozo 100 conducen a pozos desviados 10, 15. El sistema brinda la capacidad de enfriar el conjunto de fondo de pozo 100 con fluido hidráulico que fluye desde la superficie 55 en el sistema mientras trabaja y cuando está libre o en posición de derivación (en la válvula de conmutación) 60. El fluido hidráulico a presión 55 alimenta el fluido de pozo bombeado 25. Al mismo tiempo, el fluido hidráulico de trabajo 55 circula continuamente desde la superficie al conjunto de fondo de pozo y luego vuelve 65 a la superficie. Esta característica de autoenfriamiento tiene como consecuencia que el fluido hidráulico de trabajo se enfría y filtra simultáneamente en el equipo de superficie. Esta característica incorporada es especialmente útil en pozos de alta temperatura, como los que son comunes en los pozos SAGD, en cuyo caso el operador puede usar tubería aislada al vacío (VIT) y otra tubería aislada, como la tubería de PTFE, se puede usar para evitar que el fluido de trabajo hidráulico entre los conductos sea calentado por el ambiente caliente del pozo. El aislamiento del pistón del actuador 112 y el cilindro de los fluidos del pozo al mantener ese segmento del conjunto bañado en fluido hidráulico a alta presión que se enfría y limpia continuamente en la superficie significa que las características de potencia del actuador 110 serán bastante estables y no susceptibles a contaminantes externos, lo que resulta en un desgaste más prolongado y requisitos de componentes menos costosos. El actuador hidráulico 110 tendrá una vida útil mucho más larga y será mucho menos susceptible a fallas causadas por entornos de fondo de pozo tales como altas temperaturas y presiones que son perjudiciales para los motores eléctricos utilizados en sistemas de bomba eléctrica sumergible (ESP) en situaciones de pozos desviados y SAGD. Los sistemas de bomba y motor de cavidad progresiva no son tan eficientes o fiables como las bombas y el motor lineal alternativo de esta invención. Los ESP son típicamente etapas de bombas centrífugas de accionamiento de energía giratoria, que no son tan eficientes o confiables como los sistemas lineales, y que operan a velocidades mucho más altas con respecto a las partes móviles, haciendo los movimientos de mayor velocidad (en el ESP en el orden de 3500 rpm o incluso mayor) más dañino si no está balanceado, y más de los cojinetes si giran en una postura desviada (de la vertical) cuando están en uso (como en un pozo doblado o desviado) o si el conjunto largo de etapas de subpartes giratorias (del orden de 500 a 1000 pulgadas) se deforma o se desvía durante la inyección en un pozo desviado. La longitud del conjunto requerida para proporcionar suficiente elevación utilizando bombas centrífugas multietapa es mucho más larga que la longitud requerida para el conjunto de esta invención para elevar un volumen equivalente de fluido a la misma distancia. Además, los motores eléctricos de los sistemas ESP, si bien son susceptibles a altas temperaturas, generan su propio calor en el fondo del pozo sin ningún método de autoenfriamiento, particularmente en el caso en que el ambiente del pozo también esté caliente.

A continuación se incluye una tabla de piezas y números de referencia que coinciden con los dibujos:

Sistema de control eléctrico:

30 caja de control eléctrico

31, 31A solenoide controla una dirección de la válvula y su cable

32, 32A solenoide controla otra dirección de la válvula y su cable

33, 33A interruptor de límite de una dirección

34, 34A interruptor de límite otra dirección

35, 35A medidor de flujo y su cable

36, 36A Motor primario y su cable

Sistema de energía hidráulica:

40 bomba de desplazamiento hidráulica primaria

45 válvula de derivación

50 válvula de control de flujo

55 tubería de suministro de energía hidráulica (alta presión)

60 válvula direccional de energía hidráulica

61 fuente de alimentación hidráulica y tubería de ventilación de aceite para una cámara del actuador de la bomba de fondo de pozo

62 fuente de alimentación hidráulica y tubería de ventilación de aceite para otra cámara del actuador de la bomba de fondo de pozo

63 caja de venteo de aceite para válvula direccional de potencia hidráulica

65 tubo de ventilación de aceite hidráulico

70 enfriador de aceite hidráulico

75 filtro de aceite hidráulico

80 depósito de aceite hidráulico

85 tanque de aceite hidráulico

Sistema de bombeo de fluidos de pozo

100 sección de pozo horizontal

110 Actuador hidráulico único para cuatro grupos de bombas de fondo de pozo

112, 113 pistón y sello del actuador hidráulico

114,114' varillas actuadoras para cuatro grupos de bombas de fondo de pozo

116,116' sellos de la varilla del actuador

118 cilindro interior del actuador hidráulico

120 cilindro exterior del actuador hidráulico

130 bombas del grupo P1

130' Bombas del grupo P1'

135,136 émbolo (o pistón) de la bomba y sus sellos para bombas del grupo P1 y bombas del grupo P2

135', 136' émbolo (o pistón) de la bomba y sus sellos para bombas del grupo P1' y bombas del grupo P2'

140 asiento de válvula para bombas del grupo P1

141 Válvulas de aspiración de fluidos para bombas del grupo P1

142 válvulas de bombeo de fluidos para bombas del grupo P1

' asiento de válvula para bombas del grupo P1'

' válvulas de aspiración de fluido para bombas del grupo P1'

' válvulas de bombeo de fluidos para bombas del grupo P1'

bombas grupo P2

asientos de válvulas para bombas del grupo P2

válvulas de aspiración de fluidos para bombas del grupo P2 válvulas de bombeo de fluidos para bombas del grupo P2

' bombas del grupo P2'

' asientos de válvulas para bombas del grupo P2'

' válvulas de aspiración de fluido para bombas del grupo P2'

' válvulas de bombeo de fluidos para bombas del grupo P2'

cilindro interior para bombas del grupo P1 y bombas del grupo P2 barril exterior para bombas del grupo P1 y bombas del grupo P2 ' cilindro interior para bombas del grupo P1' y bombas del grupo P2' ' barril exterior para bombas del grupo P1' y bombas del grupo P2' combo de válvula direccional de energía hidráulica

válvula de descarga para todos los grupos de bombas

tubería de producción de fluido de pozo

revestimiento de pozo

cabeza de pozo

tubería de aceite

Claims

REIVINDICACIONESUn sistema sumergible para elevar fluidos producidos desde un pozo hasta la superficie, que comprende: a. un conjunto de fondo de pozo;b. un conducto desde el equipo de superficie hasta el conjunto de fondo de pozo para transportar fluido hidráulico presurizado desde una bomba hidráulica accionada al conjunto de fondo de pozo;c. un segundo conducto desde el conjunto de fondo de pozo hasta el mismo equipo de superficie para transportar fluido hidráulico agotado o ventilado desde el conjunto de fondo de pozo hasta el equipo de superficie; yd. una tubería de producción para transportar el fluido producido desde el pozo bombeado por el conjunto de fondo de pozo a un segundo conjunto de equipos de superficie para recolectar los fluidos producidos, la tubería de producción se conecta operativamente entre un conector en el conjunto de fondo de pozo y el equipo de recolección de superficie,el conjunto de fondo de pozo que comprende:i. una primera sección de bomba que tiene un cilindro y un pistón incluido y con válvulas incluidas y conductos de fluido que forman una bomba de doble acción;ii. una sección de actuador hidráulico alternativo lineal que tiene un cilindro y un pistón incluido y con válvulas incluidas y conductos de fluido que forman un motor hidráulico lineal de doble acción;iii. una segunda sección de bomba que tiene un cilindro y un pistón incluido y con válvulas incluidas y conductos de fluido que forman una bomba de doble acción;estando conectados los pistones de cada una de las bombas y el actuador de modo que todos se muevan en la misma dirección y velocidad dentro de sus respectivos cilindros;cada cilindro acoplado del pistón se forma en el espacio anular entre la pared interior de una parte cilindrica del cuerpo exterior del conjunto y la superficie exterior de un segundo cuerpo cilindrico dispuesto concéntricamente dentro del centro de dicha parte cilindrica del cuerpo exterior, el segundo cuerpo cilindrico que tiene un conducto de fluido de producción interior,siendo cada pistón un disco con una abertura central, estando el pistón sellado de manera deslizable a cada superficie cilindrica del cilindro anular acoplado,cada cilindro acoplado está delimitado por una pared en ambos extremos de cada sección, donde los cilindros adyacentes pueden compartir una pared común,la conexión entre cada uno de los pistones también puede deslizarse reciprocamente de forma lineal longitudinalmente dentro del cuerpo del conjunto a través de una abertura en una pared mientras se sella dinámicamente a la pared entre dos secciones que contienen los dos pistones asi conectados, cada cilindro de la sección de la bomba tiene dos grupos de válvulas unidireccionales en conductos, las válvulas en conductos están en pares, cada grupo tiene múltiples pares de válvulas unidireccionales opuestas, un grupo en una cámara delimitada por las superficies del cilindro de la sección y la pared exterior y un lado del pistón incluido, el otro grupo en una segunda cámara en el cilindro de la sección en el otro lado del pistón incluido y delimitado por la otra pared del extremo, cada par de válvulas comprende: una válvula unidireccional que permite la entrada de fluido del pozo desde fuera del conjunto hacia la cámara cuando el pistón se mueve para expandir el volumen de la cámara y evitar la salida de fluido del pozo cuando el pistón se mueve en la otra dirección para contraer el volumen de la cámara; y otra válvula unidireccional opuesta que evita la entrada de fluido desde el conducto de fluido de producción a la cámara cuando el pistón se mueve para expandir el volumen de la cámara y permite la salida de fluido de la cámara hacia el conducto de fluido de producción cuando el pistón mueve el otro dirección para contraer el volumen de la cámara, formando asi una bomba de doble acción,con una sección de bomba que tiene un cilindro anular y un pistón, formando dos bombas independientes de doble acción con docenas de válvulas API estándar V11, y cada conjunto de bomba tiene un cilindro actuador hidráulico para accionar simultáneamente dos secciones de bomba de cuatro bombas independientes de doble acción, para bombear aproximadamente cinco veces el fluido del pozo que la bomba de varilla de acción simple API alternativa convencional de diámetro similar, o para bombear el mismo volumen de fluido del pozo que docenas de bombas de varilla de bombeo estándar API comunes.el cilindro del actuador se conecta con dos conductos, uno a cada lado de su pistón, cada uno de dichos conductos también en comunicación con una válvula de conmutación electromecánica, cura }válvula de conmutación que también está en comunicación con cada uno de los conductos de fluido hidráulico de potencia y escape;iv. un controlador de motor en la superficie conectado eléctricamente a la válvula de conmutación; y v. al menos un sensor para proporcionar una señal al controlador del motor indicando una condición que indica un momento apropiado para cambiar el flujo de fluido hidráulico hacia y a través del actuador entre tres alternativas:

1. una vía directa que acciona el pistón del actuador para moverse en una dirección, 2. una vía cruzada que acciona el pistón del actuador para moverse en la otra dirección, o 3. una posición de derivación o inactiva que hace que el fluido hidráulico desvíe el actuador y hace que las cámaras del actuador se sellen, frenando y manteniendo por lo tanto el pistón del actuador en su lugar.

2. Un conjunto de bomba de fondo de pozo conectado a la tubería de producción hacia la superficie, el conjunto de bomba de fondo de pozo adecuado para ser instalado y operativo en un pozo, que comprende:

a. un motor hidráulico alternativo lineal;

b. dos bombas reciprocante lineales conectadas mecánicamente a y a cada lado del motor con entradas de fluido controladas por válvula desde el pozo y salidas de fluido controladas por válvula a la tubería de producción;

d. conductos de suministro y escape para fluido hidráulico presurizado entre el interruptor y el actuador y equipo de superficie.

3. El sistema de la reivindicación 1 donde el sensor comprende al menos un interruptor de límite eléctrico en o alrededor de la ubicación de un pistón al final de una de las carreras del pistón de la bomba en al menos una dirección del rango de movimiento reciprocante lineal de la bomba conectado operativamente a la señal la llegada del pistón a la ubicación del interruptor de límite.

4. El sistema de la reivindicación 1 con una válvula unidireccional añadida entre el cilindro de producción interior del conjunto y el conducto de fluido de producción que permite el flujo unidireccional desde el conjunto hacia la superficie.

5. El sistema de la reivindicación 1 con una sección o secciones de bomba accionada adicional con conexiones de fluido, válvulas y sensores asociados.

6. El sistema de la reivindicación 1 que tiene un equipo de superficie en el que el caudal de fluido de potencia hidráulica de la bomba hidráulica accionada puede controlarse y cambiarse mediante la operación de un motor de transmisión de frecuencia variable (VFD) en la superficie para que el actuador de fondo de pozo cambie la velocidad de la bomba de fondo de pozo de manera correspondiente.

7. El sistema de la reivindicación 1 que tiene equipo de superficie que incluye un enfriador de aceite hidráulico que controla el enfriamiento del fluido hidráulico para que el aceite hidráulico de trabajo pueda mantenerse a una temperatura deseable para enfriar y controlar la temperatura de operación del equipo en el conjunto de fondo de pozo, particularmente en de pozos calientes más de 200 °C tales como pozos SAGD (drenaje por gravedad asistido por vapor).

8. El sistema de la reivindicación 1 que tiene un conducto para el suministro de fluido hidráulico presurizado y otro conducto para el retorno hidráulico de escape entre el equipo de superficie y el conjunto de fondo de pozo donde se puede usar tubería o conducto aislado o tubería aislada al vacío (VIT) para al menos el conducto de fluido de potencia para aislar el fluido hidráulico y evitar que se caliente en una aplicación de pozo térmico como un pozo SAGd para mantener el aceite hidráulico de trabajo en un rango de temperatura deseable.

9. El sistema de la reivindicación 1 que tiene una válvula de conmutación electromecánica en el conjunto de fondo de pozo para que la dirección del aceite de potencia hidráulica se adapte intencionalmente para el flujo dentro de una caja de ventilación de aceite hidráulico donde la válvula de conmutación electromecánica de fondo de pozo está encerrada y sumergida y protegida por aceite hidráulico de trabajo limpio con temperatura de trabajo deseable por aceite enfriado y aislamiento de presión.

10. El sistema de la reivindicación 3 que tiene una caja de control en el equipo de superficie con un controlador lógico programable (PLC) computarizado donde todos los dispositivos del sistema, incluidos los interruptores de límite eléctricos y la válvula de conmutación electromecánica en el conjunto de fondo de pozo de la reivindicación 1, que también incluye un motor VFD y todos los sensores, interruptores y válvulas de temperatura y presión ubicados en el sistema, pueden ser controlados centralmente e informados por PLC e interfaces asociadas.