ITMI991978A1 - Gruppo di pompaggio a vite per il trattamento di fluidi in piu' fasi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

La presente invenzione ha come oggetto un gruppo di pompaggio a vite per il trattamento di fluidi in più fasi.

In particolare, si fa qui riferimento ad un gruppo di pompaggio a vite che .può essere utilizzato nello sfruttamento di giacimenti petroliferi, e che quindi deve essere in grado di trattare contemporaneamente miscele multifase composte in particolare da petrolio greggio, in fase liquida, e dai gas che lo accompagnano.

Un problema particolarmente sentito è dato dal fatto che i giacimenti petroliferi attualmente conosciuti non vengono tutti sfruttati. Infatti, solamente i giacimenti per i quali ci sia una convenienza economica e che abbiano una certa dimensione, unita a prodotti di qualità, vengono effettivamente sfruttati, gli altri giacimenti che non risultano economicamente sfruttabili vengono considerati "campi marginali".

I campi marginali solitamente si trovano sia in zone disagiate su terra sia, sempre più frequentemente, si trovano in zone sottomarine e sono posti in acque medio profonde.

Lo sviluppo dei campi marginali è considerato uno dei fattori determinanti della industria petrolifera internazionale nel futuro prossimo. Questo aspetto è particolarmente sentito nel caso dei campi sottomarini, poiché l'attuale ricerca petrolifera si sta rivolgendo proprio in questo senso.

Ciò premesso, nel seguito si farà particolare riferimento ad un gruppo di pompaggio utilizzabile per l'estrazione di greggio da giacimenti sottomarini .

E' da intendersi tuttavia che la presente invenzione può essere impiegata in altre differenti applicazioni, quali ad esempio anche in un giacimento petrolifero posto a terra in un ambiente particolarmente disagiato.

Per una migliore comprensione della presente invenzione si noti che, le tecniche tradizionali di estrazione di greggio da un giacimento petrolifero impongono che il fluido estratto dai pozzi venga prima separato in prossimità della testa dei pozzi nei suoi componenti liquido e gassoso i quali, successivamente, vengono inviati mediante condotte o petroliere ad un centro di processo olio. Il centro di processo olio è posto solitamente a terra o su una piattaforma di produzione e, quindi, ad una distanza dai pozzi che può anche essere assai considerevole.

Naturalmente, ciò rende il processo di estrazione e di successivo trattamento del greggio estremamente costoso e fa sì che molti giacimenti siano considerati, come detto, campi marginali e, quindi, non vengano sfruttati a causa degli alti costi che ciò implicherebbe.

Negli ultimi anni, tuttavia, si è sviluppata una nuova tecnica di produzione che prevede l'estrazione e l'invio della miscela multifase, così come estratta dai pozzi, nei centri di processo ove questa viene trattata. In questo modo si ottiene una sensibile diminuzione dei costi, fatto questo che rende molti campi, precedentemente considerati marginali, economicamente sfruttabili.

Al fine di implementare la tecnica di produzione descritta, sono stati sviluppati gruppi di pompaggio in grado di svolgere contemporaneamente sia il servizio di spinta dei liquidi, sia quello di compressione dei gas.

Per rendere evidenti i problemi tecnici relativi al contemporaneo pompaggio e compressione di un liquido ed un gas in una stessa macchina, nel seguito viene sommariamente descritta una porzione di un tipico gruppo di pompaggio tradizionale per miscele multifase, con riferimento alla figura 1, ove l'intero gruppo è indicato con il numero di riferimento 11.

Il gruppo 11 è adatto per il pompaggio di miscele multifase per applicazioni sottomarine in configurazione verticale.

Il gruppo di pompaggio 11 è del tipo a vite ed è costituito da una cassa 12 in cui sono alloggiate due viti 14 che ingranano reciprocamente.

Ognuna delle viti 14 è provvista di un prolungamento cilindrico 16 che si estende all'interno di un carter 18. In questa configurazione il carter 18, che ha funzione di supporto, fa anche da serbatoio dell'olio di lubrificazione. I prolungamenti 16 sono provvisti di tenute 20 e di cuscinetti di supporto assiali radiali 22 accoppiati ad una ralla reggispinta 24.

All'estremità di ogni prolungamento 16 è posto un ingranaggio 26 di sincronizzazione del moto delle due viti 14. Ognuno dei prolungamenti cilindrici 16 aziona in rotazione, mediante un giunto 28, una pompa di lubrificazione 30. Le pompe 30 sono in numero di due per garantire l'affidabilità del gruppo di pompaggio 11.

Le pompe 30 aspirano l'olio contenuto nel carter 18 e lo mantengono in circolo in un opportuno circuito di lubrificazione, non mostrato per semplicità. Il circuito di lubrificazione prevede un raccordo 32 di mandata ad uno scambiatore {non mostrato) ed un raccordo 34 di ritorno dalle tenute e dai cuscinetti posti in prossimità delle viti 14.

Tali gruppi di pompaggio tradizionali, tuttavia, in alcuni casi si manifestano scarsamente affidabili. Ciò è dovuto principalmente alla presenza delle pompe di lubrificazione 30 che, nel caso di un loro malfunzionamento, mettono fuori uso l'intero gruppo di pompaggio 11.

Un altro fattore che può pregiudicare l'affidabilità del gruppo di pompaggio è dato dalla presenza dei giunti 28, anch'essi elementi che possono essere soggetti a guasti o rotture.

Appare evidente che la possibilità che si manifestino tali inconvenienti deve essere limitata il più possibile poiché, a causa della loro destinazione sottomarina, gli interventi di manutenzione su tali gruppi di pompaggio non possono essere effettuati o, comunque, possono essere effettuati solo con notevoli difficoltà e, comunque, sempre a costi elevati.

Si noti inoltre che un tale tipo di guasto può comportare il rischio di un blocco della produzione.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati, realizzando un gruppo di pompaggio a vite per il trattamento di fluidi in più fasi che presenti un'affidabilità assai elevata, soprattutto in considerazione dell'impiego a cui tali gruppi di pompaggio sono destinati.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare un gruppo di pompaggio che sia sostanzialmente economico.

Non ultimo scopo dell'invenzione è quello di realizzare un gruppo di pompaggio per il trattamento di fluidi in più fasi che sia sostanzialmente semplice e sicuro.

Questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione, vengono raggiunti realizzando un gruppo di pompaggio a vite per il trattamento di fluidi in più fasi comprendente una camera di pompaggio al cui interno sono alloggiate almeno due viti, dove una delle suddette viti è una vite motrice e porta, ad una sua estremità, almeno un primo ingranaggio che si impegna con almeno un secondo ingranaggio, associato ad una vite condotta, dove il reciproco accoppiamento delle suddette viti permette il pompaggio di una miscela di liquido e gas da almeno una bocca di ingresso ad almeno una bocca di uscita, caratterizzato dal fatto che detto primo e secondo ingranaggio sono contenuti in un involucro, calzato su di essi e provvisto almeno di un primo foro passante, attraverso il quale entra olio all'interno di detto involucro e di un secondo foro passante, attraverso il quale può uscire l'olio, in modo che detto involucro, unitamente ai suddetti ingranaggi, individui una pompa ad ingranaggi atta a mantenere in circolo l'olio di lubrificazione del gruppo di pompaggio.

In una forma di realizzazione preferita, il gruppo di pompaggio secondo la presente invenzione è dotato di ingranaggi che presentano almeno una scanalatura trasversale che individua due porzioni dentate, ognuna accoppiata con la porzione corrispondente dell'altro ingranaggio.

In un'altra forma di realizzazione, il gruppo di pompaggio secondo la presente invenzione, è provvisto di una tenuta alloggiata all'interno delle scanalature trasversali degli ingranaggi. Tali tenute ostacolano il riflusso dell'olio da una zona ad alta pressione interna dell'involucro ad un'altra a pressione minore.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni allegate alla presente domanda di brevetto.

Si noti pertanto che la peculiarità dell'invenzione consiste nell'avere creato una struttura compatta per l'alloggiamento ed il funzionamento del sistema che consente il pompaggio dell'olio destinato alla lubrificazione della macchina.

In tal modo è possibile, tra l'altro, l'eliminazione di componenti di pompaggio olio, quali pompe di lubrificazione e relativi giunti, consentendo di eliminare componenti che risultavano critici per l'affidabilità del sistema complessivo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi di un gruppo di pompaggio per il trattamento di fluidi in più fasi secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati, nei quali:

la figura 1 mostra una sezione longitudinale di una porzione di un gruppo di pompaggio a vite per il trattamento di fluidi in più fasi, secondo la tecnica tradizionale;

la figura 2 mostra una sezione longitudinale di un gruppo di pompaggio secondo la presente invenzione;

la figura 3 mostra una sezione longitudinale di un particolare del gruppo di pompaggio mostrato in figura 2;

la figura 4 mostra una sezione ingrandita, realizzata lungo la linea IV-IV di figura 3; e

la figura 5 mostra una sezione longitudinale di una diversa forma di realizzazione del particolare del gruppo di pompaggio secondo l'invenzione mostrato in figura 3.

Con riferimento alle figure citate, viene mostrato un gruppo di pompaggio per il trattamento di fluidi in più fasi, indicato complessivamente con il numero di riferimento 51.

Il gruppo di pompaggio 51 comprende una cassa esterna 52 al cui interno è sistemata una cassa interna 54, connessa alla cassa esterna 52 mediante due flange 56 anulari.

La cassa interna 54 insieme alle flange 56 individua quattro camere tra loro collegate.

Due camere di alimentazióne laterali 58 sono anulari e sono comprese tra la cassa 52 e la cassa 54. Ognuna di queste è provvista di una bocca di ingresso 60 attraverso la quale una miscela composta da liquido e gas può entrare nelle camere 58.

La camera 58 è in comunicazione con una camera di pompaggio 62, interna alla cassa 54 e collegata mediante un foro passante centrale 64 ad una camera di mandata 66, centrale ed anch'essa anulare.

La camera 66, a sua volta è provvista di una bocca di uscita 68 attraverso la quale la miscela, dopo essere stata trattata dal gruppo di pompaggio 51, viene inviata ad una condotta di mandata (non mostrata) .

All'interno della camera 62 sono alloggiate una vite motrice 70a ed una vite condotta 70b. Ognuna delle viti 70a, 70b ha due porzioni che si estendono da ognuna delle due estremità verso il centro, che hanno filettatura elicoidale orientata reciprocamente in senso opposto ed ingranante con una corrispondente filettatura dell'altra vite 70b, 70a. In questo modo, durante il funzionamento del gruppo di pompaggio 51, le sollecitazioni assiali sulle viti 70a, 70b si compensano e la sollecitazione assiale risultante è molto limitata o nulla.

Le due viti 70a, 70b si estendono sostanzialmente per tutta la lunghezza della camera 62 e presentano alle proprie estremità delle porzioni cilindriche 72a, 72b, 74a, 74b mediante le quali sono sostenute e sono azionate in rotazione.

Le porzioni 72a, 72b sono inserite, con l'interposizione di tenute 76a, 76b, ognuna in un foro passante di una prima piastra 78 che chiude una estremità della cassa 52. Le stesse estremità 72a, 72b sono inoltre supportate da cuscinetti 80a, 80b, inseriti all'interno di fori passanti di una seconda piastra 82 solidale alla cassa 52 ed alla prima piastra 78. I cuscinetti 80a, 80b sono del tipo assiali radiali e sono accoppiati ad un anello 81a, 81b che ne blocca la traslazione in senso assiale.

Alla seconda piastra 82 è solidale una terza piastra 84 provvista di un foro passante attraverso il quale passa la porzione 72a, con l'interposizione di una ulteriore tenuta 86. Alla piastra 84 è solidale un carter 88 che individua una camera 90. Nella camera 90 è alloggiato un giunto 92 collegato da una parte ad un motore elettrico (non mostrato per semplicità), e dall'altra alla porzione 72a della vite motrice. Il motore elettrico solitamente è alimentato mediante un cavo elettrico (non mostrato) proveniente da una stazione fissa a terra o su piattaforma.

Dalla parte opposta, la cassa 52 è chiusa mediante una piastra 94 provvista di fori passanti in cui passano, con l'interposizione di tenute 96a, 96b, le porzioni 74a, 74b delle viti 70a, 70b.

Alla piastra 94 è solidale una ulteriore piastra 98, anch'essa provvista di due fori passanti in cui sono sistemati due cuscinetti 100a, 100b. Anche i cuscinetti 100a, 100b sono del tipo assiale radiale e sono accoppiati ognuno con una ralla 102a, 102b, inserita sulle porzioni 74a, 74b, che impedisce le traslazioni in senso assiale delle viti 70a, 70b. Infatti, ognuna delle ralle 102a, 102b è provvista di una flangia contro la quale è posto un cuscinetto reggispinta 104a, 104b, supportato da un'altra piastra 106 avente bordo ripiegato in modo da individuare uno spallamento per i cuscinetti 104a, 104b.

All'estremità di ognuna delle porzioni 74a, 74b sono calettati degli ingranaggi 108a, 108b che ingranano reciprocamente. Gli ingranaggi 108a, 108b sono contenuti all'interno di un involucro 110 solidale alla piastra 106. L'involucro 110 è costituito da un corpo scatolare 110a chiuso mediante un coperchio 110 b

L'ingranaggio 108a calettato sulla porzione 74a della vite motrice 70a trasmette il moto all'ingranaggio 108b e, quindi, aziona in rotazione, in fase con la vite motrice 70a, la vite condotta 70b.

Inoltre, l'involucro 110 è provvisto di due fori passanti 112, 114, realizzati su sue parti opposte e simmetriche, attraverso i quali può entrare o fuoriuscire l'olio di lubrificazione di tutti elementi del gruppo di pompaggio 51. In questo modo l'involucro 110 insieme agli ingranaggi 108a, 108b, costituisce una pompa ad ingranaggi azionata dal motore elettrico del gruppo di pompaggio 51.

Il funzionamento del gruppo di pompaggio 51 per il trattamento di fluidi in più fasi secondo la presente invenzione è sostanzialmente il seguente.

Il gruppo di pompaggio 51 viene messo in opera solitamente in posizione verticale, con il motore elettrico disposto nella parte alta.

La miscela da trattare entra nelle camere 58 attraverso le bocche 60. Da qui passa nella camera di pompaggio 62 in prossimità delle estremità delle due viti 70a, 70b. Nella camera 62, guidata dalle viti 70a e 70b, la miscela segue un percorso simile a quello indicato dalle frecce F e, passando attraverso il foro 64, entra nella camera di mandata 66. Dalla camera 66 il fluido passa al condotto di mandata (non mostrato) attraverso la bocca 68.

L'azionamento in rotazione delle viti 70a, 70b è garantito dal motore elettrico. Infatti il motore elettrico aziona in rotazione la vite motrice 70a. Questa a sua volta aziona in rotazione la vite 70b attraverso gli ingranaggi accoppiati 108a, 108b che garantiscono il loro movimento in fase.

Allo stesso tempo, gli ingranaggi 108a e 108b mettono in pressione l'olio di lubrificazione che viene inviato nel circuito di lubrificazione, funzionando così da pompa ad ingranaggi.

Una diversa forma di realizzazione del gruppo di pompaggio per il trattamento di fluidi in più fasi secondo la presente invenzione è mostrata in figura 5, ove con numeri di riferimento uguali sono indicati elementi uguali o similari.

Nella forma di realizzazione mostrata in figura 5, gli ingranaggi 108a e 108b sono dotati di una scanalatura trasversale 116 che separa in ognuno dei due ingranaggi 108a, 108b due porzioni dentate ognuna accoppiata con la porzione corrispondente dell'altro ingranaggio 108b, 108a.

Nella forma di realizzazione della figura 5, la scanalatura 116 è posta centralmente sugli ingranaggi 108a, 108b ma, naturalmente, in altre forme di realizzazione la scanalatura 116 può essere realizzata in prossimità di una delle estremità degli ingranaggi, in modo che la pompa costituita dagli ingranaggi 108a, 108b unitamente all'involucro 110 possa fornire la portata di olio desiderata.

L'involucro 110 è naturalmente provvisto dei fori passanti 112, 114 che, però, in questa forma di realizzazione sono posti in corrispondenza delle porzioni dentate reciprocamente accoppiate rivolte dalla parte dell'involucro 110.

In questo modo, solamente una porzione degli ingranaggi 108a, 108b, e precisamente quella adiacente all'involucro 110, la quale insieme allo stesso involucro 110, costituisce la pompa ad ingranaggi per la lubrificazione degli elementi del gruppo di pompaggio, secondo la presente invenzione. In questo modo si può limitare la portata dell'olio in circolo nel circuito di lubrificazione del gruppo di pompaggio 51.

In una forma di realizzazione preferita, all'interno delle scanalature 116 degli ingranaggi 108a, 108b, è posta una tenuta 118 che ostacola il riflusso dell'olio da una zona ad alta pressione interna all'involucro 110 ad un'altra a pressione minore.

Si è in pratica constatato come il gruppo di pompaggio a vite per il trattamento di fluidi in più fasi secondo l'invenzione, risulti particolarmente vantaggioso a causa della aumentata affidabilità dovuta all'eliminazione di componenti, quali pompe di lubrificazione e relativi giunti.

Tali proprietà consentono quindi un uso sicuro ed una lunga vita operativa al gruppo di pompaggio descritto negli ambienti più vari ed impegnativi, da quello sottomarino a quello terrestre.

Il gruppo di pompaggio a vite per il trattamento di fluidi in più fasi così concepito è suscettibile di ulteriori numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.Gruppo di pompaggio (51) a vite per il trattamento di fluidi in più fasi comprendente una camera di pompaggio (62) al cui interno sono alloggiate almeno due viti (70a, 70b), dove una delle suddette viti è una vite motrice (70a) e porta, ad una sua estremità, almeno un primo ingranaggio (I08a) che si impegna con almeno un secondo ingranaggio (108b), associato ad una vite condotta (70b), dove il reciproco accoppiamento delle suddette viti (70a, 70b) permette il pompaggio di una miscela di liquido e gas da almeno una bocca di ingresso (60) ad almeno una bocca di uscita (68), caratterizzato dal fatto che detto primo e secondo ingranaggio (108a, 108b)' sono contenuti in un involucro (110), calzato su di essi e provvisto almeno di un primo foro passante (112), attraverso il quale entra olio all'interno di detto involucro (110) e di un secondo foro passante (114), attraverso il quale può uscire l'olio, in modo che detto involucro (110) unitamente ai suddetti ingranaggi (108a, 108b) individui una pompa ad ingranaggi atta a mantenere in circolo l'olio di lubrificazione di detto gruppo di pompaggio (51). 2.Gruppo di pompaggio (51) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la suddetta camera di pompaggio (62) comprende una cassa esterna (52) in cui è alloggiata una cassa interna (54), connessa a detta cassa esterna (52) mediante flange (56), tra detta cassa interna (52) e detta cassa esterna (54) essendo individuata almeno una camera di alimentazione (58) in cui detta miscela può entrare attraverso almeno una bocca di ingresso (60), detta almeno una camera di alimentazione (58) essendo collegata a detta camera di pompaggio (62) interna a detta cassa interna (54), quest'ultima a sua volta essendo collegata mediante almeno un foro passante (64) ad almeno una camera di mandata (66) provvista di almeno una bocca di uscita (68) attraverso cui detta miscela, dopo essere stata trattata da detto gruppo di pompaggio (51), viene inviata ad una condotta di mandata. 3. Gruppo di pompaggio (51) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette viti (70a, 70b) sì estendono sostanzialmente per tutta la lunghezza di detta camera di pompaggio (62) e presentano alle proprie estremità delle porzioni cilindriche (72a, 72b, 74a, 74b) mediante le quali sono sostenute e sono azionate in rotazione. 4. Gruppo di pompaggio (51) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti fori passanti (112, 114) sono realizzati su porzioni opposte di detto involucro (110). 5. Gruppo di pompaggio (51) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti ingranaggi (108a e 108b) sono dotati di almeno una scanalatura trasversale (116) che separa due porzioni dentate ognuna accoppiata con la porzione corrispondente dell'altro ingranaggio (108b, 108a). 6. Gruppo di pompaggio (51) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i fori passanti (112, 114) attraverso cui può entrare o fuoriuscire l'olio di lubrificazione, sono posti in corrispondenza di porzioni dentate e reciprocamente accoppiate di detti ingranaggi (108a, I08b) individuate da detta scanalatura trasversale (116), che sono rivolte dalla parte di detto involucro (110), in modo che solamente queste ultime porzioni costituiscano detta pompa ad ingranaggi. 7. Gruppo di pompaggio (51) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che all'interno di dette scanalature trasversali (116) di detti ingranaggi (108a, 108b), è posta almeno una tenuta (118) che ostacola il riflusso dell'olio da una zona ad alta pressione interna a detto involucro (110) ad un'altra a pressione minore. 8.Gruppo di pompaggio (51) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto involucro (110) è costituito da un corpo scatolare (110a) chiuso mediante un coperchio (110b). 9.Gruppo di pompaggio (51) per il trattamento di fluidi in più fasi come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.