MX2012011526A - Tuberia isotermica para la inyeccion de fluidos a altas temperaturas y extraccion de gas y/o petroleo en yacimientos petroleros. - Google Patents

Abstract

La presente invención se encuentra relacionada con una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, la cual comprende un tubo externo de forma preferentemente cilíndrica; un tubo interno de forma preferentemente cilíndrica, encontrándose dispuesto concéntricamente en el interior de dicho tubo externo cilíndrico y unido en sus extremos terminales al tubo externo cilíndrico; un espacio anular que se localiza en el espacio libre comprendido entre el tubo externo y el tubo interno, el cual se encuentra en una atmósfera de alto vacío; un elemento térmico aislante colocado en el espacio anular; una pluralidad de anillos separadores dispuestos sobre el elemento térmico aislante en el espacio anular y que evitan su desplazamiento; un elemento captador de gas colocado en el espacio anular; y, un elemento de interconexión aislado localizado en uno de los extremos de dicha tubería isotérmica para permitir la interconexión entre dos secciones de tuberías isotérmicas contiguas.

Description

"TUBERÍA ISOTÉRMICA PARA LA INYECCIÓN DE FLUIDOS A ALTAS TEMPERATURAS Y EXTRACCIÓN DE GAS Y/O PETROLEO EN YACIMIENTOS PETROLEROS" CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada con las técnicas de explotación de yacimientos para la extracción de gas y/o petróleo mediante procesos de recuperación mejorada de hidrocarburos; y, más particularmente está relacionada con una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La explotación de un yacimiento petrolero tradicionalmente se efectúa en dos etapas diferentes conocidas como etapa de recuperación primaria y etapa de recuperación secundaria. En la etapa de recuperación primaria, el petróleo se drena naturalmente de los pozos hacía la superficie debido al gradiente de presión que existe entre el yacimiento de petróleo y el fondo del pozo. A medida que se expanden los fluidos en el yacimiento, la presión al interior de éste tiende a bajar en forma más o menos rápida. Dicha etapa concluye cuando la presión del yacimiento ha bajado demasiado o cuando se están produciendo cantidades demasiado importantes de otros fluidos como gas o agua.

En la etapa de recuperación secundaria, se inyecta dentro del yacimiento, un fluido (generalmente agua o gas) para mantener un gradiente de presión entre el yacimiento y la superficie. Estos fluidos se inyectan a través de pozos inyectores, desplazando o arrastrando una parte del petróleo hacia pozos productores. Sin embargo, con ésta etapa no se logra extraer más allá del 40% del crudo originalmente alojado en el yacimiento.

Debido al aumento en el precio del petróleo, el cual se remonta a principios de la década de los 70's, además de la recuperación secundaría, se considera como una posibilidad muy viable, efectuar una etapa de recuperación adicional denominada terciaria y/o de recuperación mejorada. En la etapa de recuperación mejorada, se emplean diversos procesos para reducir la viscosidad del crudo mediante calentamiento, aumentar la viscosidad del agua inyectada con polímeros hidrosolubles o taponar los caminos preferenciales con espuma, todo esto con el objetivo de facilitar e incrementar la extracción del crudo alojado dentro del yacimiento.

Como se puede observar, la inyección de fluidos calientes al interior de los yacimientos petroleros como parte de la etapa de recuperación mejorada, origina que la viscosidad del crudo disminuya, lo que permite que éste pueda fluir más fácilmente a la superficie a través de las tuberías de extracción. Las tuberías de inyección empleadas para tal labor, deben cumplir con el objetivo de minimizar las pérdidas de calor a lo largo de la profundidad del pozo. Para ello, es deseable que dichas tuberías posean un sistema de aislamiento térmico que permita que el calor que se inyecta en la superficie llegue sin desperdicio al yacimiento petrolero.

La mayor parte de las tuberías existentes en el arte previo, evitan las perdidas térmicas aislando un tubo sencillo con diversos recubrimientos externos como son silicatos de calcio, perlita expandida y también fibra de vidrio. Sin embargo dichos recubrimientos incrementan considerablemente el diámetro externo de la tubería, por lo que se dificulta su inserción en pozos de gas o petróleo, motivo por lo cual se usan comúnmente para transporte de fluidos calientes en superficie, como lo es el caso de la tubería descrita en la Patente Estadounidense No. 4,824,705. Dicha configuración de tuberías también se emplean para conservar los valores térmicos de los fluidos transportados por líneas submarinas, como es descrito en la Patente Estadounidense No. 6,397,895 B1.

En el arte previo también podemos encontrar descritas diferentes tipos de tuberías con aislamiento térmico para la inyección y/o producción de fluidos en los pozos de gas o petróleo. Un ejemplo de éste tipo de tuberías se encuentra descrito en la Solicitud de Patente Canadiense No. CA 2 762 859, la cual comprende un arreglo de tubería aislada para transportar fluidos calientes que se encuentra conformado por un tubo externo y un tubo interno alojado dentro de dicho tubo externo. Los extremos de ambos tubos se encuentran unidos entre sí por medio de soldadura. Asimismo, entre el tubo externo y el tubo interno, se genera un espacio anular en donde se aloja una pluralidad de secciones aislantes, las cuales se acoplan entre sí para formar un solo elemento aislante. La longitud de cada una de las secciones aislante va desde los 100mm hasta los 2000mm, estando su interior al alto vacío. Dicho arreglo de tubería es reutilizable y según se describe, tiene una larga vida útil.

Sin embargo, la tubería antes descrita presenta deficiencias en su aislamiento debido al empleo de elementos aislantes independientes; cada sección presenta cuatro paredes laterales que delimitan su tamaño e incrementan el área de contacto entre secciones continuas. Esta situación origina una disminución en la capacidad aislante de la tubería. Asimismo no se describe la presencia de elementos aislantes en las zonas de contacto donde se interconectan dos secciones de tubería, lo que repercute negativamente en el desempeño térmico de toda la sección de tubería insertada en el pozo.

Otro ejemplo de tuberías del arte previo lo encontramos en la Patente Estadounidense No. US 4,793,383, en la cual se describe una tubería aislada térmicamente, empleada principalmente para aplicaciones de minería, la cual comprende un tubo externo, un tubo interno, un elemento de conexión para unir el tubo externo con el tubo interno, una pluralidad de anillos espaciadores colocados a lo largo de la longitud de la tubería, material aislante y un cuerpo de conexión para interconectar dos secciones de tubería. La distancia entre el cuerpo de conexión y los anillos espaciadores así como entre anillos espaciadores es de aproximadamente de 20 a 50 veces el diámetro del tubo interno.

La capacidad térmica de aislamiento de dicha tubería no es adecuada, ya que el espacio comprendido entre el tubo interno y el tubo externo no se encuentra al vacío, lo que genera pérdidas térmicas por convección. Adicionalmente su tiempo de vida útil es reducido ya que no cuenta con un recubrimiento en la pared exterior del tubo extemo que lo proteja ante la corrosión.

La profundidad típica de los pozos para extracción de crudo en donde se emplean tuberías isotérmicas aisladas oscila entre 400m. a 1500m. Cada tubo aislado mide aproximadamente 9.0m., por lo que, para cada pozo, se emplean de 55 a 167 secciones de tubos. El área de interconexión entre tubos contiguos mide aproximadamente 0.3m., lo que representa el equivalente a tener de 16.0m. a 50.0m. de tubería no aislada en el pozo de extracción. Para solventar dicho inconveniente, en el arte previo existen tuberías que usan sistemas para el aislamiento térmico de las conexiones que no son adecuados a altas temperaturas, ya que se emplea politetrafluoroetileno (PTFE) como elemento aislante, el cual posee una temperatura de derretimiento entre 500°F y 600°F, por lo cual dicho material no puede ser usado a temperaturas de inyección/producción mayores de 600°F porque se deformaría causando obstrucción al interior de la tubería.

Otro material que también se emplea como elemento aislante es el grafito flexible, el cual no se derrite a temperaturas de 600 y sublima a una temperatura de 6,600°F con una conductividad térmica K = 5 W/m°C, lo cual es de 10 a 16 veces menor a la conductividad témica del acero de bajo carbono K=50-80 W/m°C, por lo cual se considera un aislante térmico estable en el rango de temperaturas para procesos térmicos en pozos de extracción de crudo en la etapa de recuperación mejorada de hidrocarburos.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN Teniendo en cuenta los defectos de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención el proveer una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, la cual permita mantener estable la temperatura y la relación gas-líquido de los fluidos a ser inyectados o producidos en el pozo del yacimiento.

Un objeto adicional de la presente invención, es el proveer una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, la cual disminuya al mínimo las pérdidas térmicas por convección y radiación, ya que su espacio anular se encuentra al alto vacío.

Es todavía un objeto más de la presente invención, el proveer una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, que sea reutilizable, duradera y que no requiera mantenimiento.

Es otro objeto de la presente invención, el proveer una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, la cual presenta en su espacio anular captadores de gas para mantener el nivel de vacío dentro de los requerimientos de diseño de la tubería, incrementando así su tiempo de vida útil.

Es todavía un objeto más de la presente invención, el proveer una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, la cual, en su sección de interconexión presenta una capa aislante de grafito flexible, con lo que dicha tubería puede operar en condiciones de temperatura de hasta 680°F.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se encuentra relacionada con una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros que comprende un tubo externo que presenta una superficie interior y una superficie exterior; un tubo interno, encontrándose dispuesto concéntricamente en el interior de dicho tubo externo cilindrico y unido en sus extremos terminales al tubo externo cilindrico, el cual presenta una superficie interior y una superficie exterior; un espacio anular que se localiza en el espacio libre comprendido entre el tubo externo y el tubo interno, el cual se encuentra en una atmósfera de alto vacío; un elemento térmico aislante colocado en el espacio anular; una pluralidad de anillos separadores dispuestos equidistantemente sobre el elemento térmico aislante en el espacio anular y que evitan su desplazamiento; un elemento captador de gas colocado en el espacio anular; y, un elemento de interconexión aislado localizado en uno de los extremos de la tubería isotérmica para permitir la interconexión entre dos secciones de tuberías isotérmicas contiguas.

Tanto el tubo externo como el tubo interno se encuentran unidos en sus extremos terminales superior e inferior por medio de un cordón de soldadura, el cual debe ser totalmente hermético para permitir generar una atmósfera de alto vacío al interior de ambos tubos. Antes de que se encuentren soldados los extremos terminales de los tubos externo e interno, el tubo interno es tensionado mediante herramienta especializada dentro de sus límites elásticos para evitar su pandeo una vez que la tubería isotérmica se encuentre transportando fluidos calientes.

El elemento térmico aislante se encuentra conformado por una pluralidad de capas de material aislante dispuestas longitudinalmente sobre dicho tubo interno, el cual se selecciona de entre papel aluminio, papel cerámico y fibra de vidrio. Por otra parte, el elemento captador de gases se encuentra colocado entre las capas del elemento térmico aislante para mantener la atmósfera de alto vacío presente en el espacio anular.

Para evitar que tanto el elemento térmico aislante como el elemento captador de gases se desplacen de su posición original, se emplean una pluralidad de anillos separadores fabricados preferentemente de papel cerámico prensado.

La presente invención contempla dos modalidades diferentes del elemento de interconexión aislado: una modalidad en donde el elemento de interconexión es tipo macho y otra modalidad en la que el elemento de interconexión es tipo hembra. En ambas modalidades, el elemento de interconexión se encuentra construido de acero de bajo carbono y que la interconexión entre dos secciones de tubería isotérmica se logra a través de roscas tipo API o roscas con sello metal-metal que están dispuestas tanto en el tubo externo como en el tubo interno.

Una vez que una sección de tubería isotérmica ha sido construida, ésta recibe un recubrimiento en su superficie exterior con pintura térmica, la cual posee propiedades anticorrosivas y anti-migratorias de hidrógeno. Con ello se logra un incremento en su tiempo de vida útil.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los aspectos novedosos que se consideran característicos de la presente invención, se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, la invención misma, tanto por su estructura así como por su funcionamiento, conjuntamente con otros objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la siguiente descripción detallada de una modalidad preferida, cuando se lea en relación con los dibujos que se acompañan, en los cuales: La Figura 1 es una vista frontal en corte seccional longitudinal de una tubería isotérmica construida de acuerdo a una modalidad preferida de la presente invención.

La Figura 2 es una vista en corte seccional transversal tomado a lo largo de la línea A-A' de la tubería isotérmica mostrada en la figura 1 , en la cual se han eliminado la pluralidad de anillos espaciadores para una mejor apreciación de la disposición de los elementos que la conforman.

La Figura 3 es una vista en corte seccional longitudinal de la tubería isotérmica de la figura 1 , estando acoplada a un elemento de interconexión aislado tipo macho.

La Figura 4 es una vista en detalle del extremo terminal superior de la tubería isotérmica mostrada en la Figura 3, en donde se acopla el elemento de interconexión aislado tipo macho.

La Figura 5 es una vista en detalle del extremo terminal inferior de la tubería isotérmica mostrada en la Figura 3.

La Figura 6 es una vista frontal de un elemento de interconexión aislado tipo macho, construido de acuerdo a una primera modalidad.

La Figura 7 es una vista en corte seccional longitudinal tomado a lo largo de la línea ?-?' del elemento de interconexión aislado tipo macho mostrado en la figura 6.

La Figura 8 es una vista en corte seccional transversal tomado a lo largo de la línea C-C del elemento de interconexión aislado tipo macho mostrado en la figura 6.

La Figura 9 es una vista frontal de un elemento de interconexión aislado tipo macho, construido de acuerdo a una segunda modalidad de la presente invención.

La Figura 10 es una vista en corte seccional longitudinal tomado a lo largo de la línea D-D' del elemento de interconexión aislado tipo macho mostrado en la figura 9.

La Figura 11 es una vista frontal de un elemento de interconexión aislado tipo macho, construido de acuerdo a una tercera modalidad de la presente invención.

La Figura 12 es una vista en corte seccional longitudinal tomado a lo largo de la línea E-E' del elemento de interconexión aislado tipo macho mostrado en la figura 9. g La Figura 13 es una vista en corte seccional longitudinal de la tubería isotérmica de la figura 1 , estando acoplada a un elemento de interconexión aislado tipo hembra.

La Figura 14 es una vista en detalle del extremo terminal superior de la tubería isotérmica mostrada en la Figura 13, en donde se acopla el elemento de interconexión aislado tipo hembra.

La Figura 15 es una vista en detalle del extremo terminal inferior de la tubería isotérmica mostrada en la Figura 13.

La Figura 16 es una vista frontal de un elemento de interconexión aislado tipo hembra construido de acuerdo a una modalidad preferida de la presente invención.

La Figura 17 es una vista en corte seccional longitudinal tomado a lo largo de la línea F-F' del elemento de interconexión aislado tipo hembra mostrado en la figura 16.

La Figura 18 es una vista en corte seccional transversal tomado a lo largo de la línea G-G' del elemento de interconexión aislado hembra macho mostrado en la figura 16.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Haciendo ahora referencia a los dibujos que se acompañan, y más específicamente a las FIGS. 1 a 3 de los mismos, en ellos se muestra una tubería isotérmica 100 para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros construida de conformidad con una modalidad particularmente preferida de la presente invención, que debe considerarse como ilustrativa más no limitativa de la misma, en donde dicha tubería isotérmica 100 comprende en términos generales un tubo externo 10 de forma preferentemente cilindrica; un tubo interno 20 de forma preferentemente cilindrica, encontrándose dispuesto concéntricamente en el interior de dicho tubo externo cilindrico 10 y unido en sus extremos terminales al tubo externo cilindrico 10; un espacio anular 30 que se localiza en el espacio libre comprendido entre el tubo externo 10 y el tubo interno 20, el cual se encuentra en una atmósfera de alto vacío; un elemento térmico aislante 40 colocado en el espacio anular 30; una pluralidad de anillos separadores 50 dispuestos sobre el elemento térmico aislante 40 en el espacio anular 30 y que evitan su desplazamiento; un elemento captador de gas 60 colocado en el espacio anular 30; y, un elemento de interconexión aislado 70 localizado en uno de los extremos de la tubería isotérmica 100 para permitir la interconexión entre dos secciones de tuberías isotérmicas 100 contiguas.

El tubo externo 10 presenta una superficie interior 11 y una superficie exterior 12, la cual se encuentra en contacto directo con las paredes del pozo de inyección y/o extracción {no mostrado en las figuras). El tubo interno 20 se encuentra alojado en el interior del tubo externo 10 de forma concéntrica. Dicho tubo interno 20 presenta una superficie interior 21 que se encuentra en contacto directo con los fluidos de inyección y/o extracción y una superficie exterior 22. Ambos tubos externo 10 e interno 20 se encuentran fabricados preferentemente de acero grado J-55, L-80, N-80 y/o P-110 y cuyo diámetro puede abarcar desde 1.66 pulgadas hasta 8.625 pulgadas. El tipo de material empleado para cada tubo así como su diámetro dependerá de las condiciones de trabajo a las que sea sometido dicho tubo.

Tanto el tubo externo 10 como el tubo interno 20 se encuentran unidos en sus extremos terminales superior e inferior por medio de un cordón de soldadura 25, el cual debe ser totalmente hermético para permitir generar una atmósfera de alto vacío al interior de ambos tubos. En la sección comprendida entre la superficie exterior 22 del tubo interno 20 y la superficie interior 11 del tubo externo 10, se localiza un espacio anular 30, el cual como se describió anteriormente, presenta una atmósfera de alto vacío que se genera mecánicamente a través de una bomba de vacío. La presión al interior del espacio anular 30 es de aproximadamente 10"4 a 10"6 Torr, lo que disminuye considerablemente las pérdidas térmicas por convección entre ambos tubos.

Antes de que se encuentren soldados los extremos terminales de los tubos externo 10 e interno 20, el tubo interno 20 es tensionado mediante herramienta especializada dentro de sus límites elásticos para evitar su pandeo una vez que la tubería isotérmica 100 se encuentre transportando fluidos calientes. El valor de dicha tensión se encuentra directamente relacionado con las temperaturas a las cuales trabaja la tubería isotérmica 100, por lo que varía para cada condición de operación.

Por otra parte, el elemento térmico aislante 40 se localiza en el espacio anular 30 y más específicamente sobre la superficie exterior 22 del tubo interno 20 (ver FIG. 2). En una modalidad preferida, dicho elemento térmico aislante 40 se encuentra conformado por una pluralidad de capas de material aislante dispuestas longitudinalmente sobre dicho tubo interno 20, preferiblemente de 4 a 10 capas. El elemento térmico aislante 40 se selecciona de entre papel aluminio, papel cerámico y fibra de vidrio, prefiriéndose capas de papel aluminio alternadas con capas de papel cerámico o con capas de fibra de vidrio. Dicho elemento térmico aislante 40 tiene la función de disminuir las pérdidas térmicas debido a la radiación de los fluidos transportados por el interior del tubo interno 20.

Para evitar que el elemento térmico aislante 40 se desplace de su posición original y toque la superficie interior 11 del tubo externo 10, se emplean una pluralidad de anillos separadores 50, los cuales tienen un diámetro interno tal, que se posicionan firmemente sobre dicho elemento térmico 40 y un diámetro externo que es coincidente con la superficie interior 1 1 del tubo externo 10. En una modalidad preferida, dicha pluralidad de anillos separadores 50 se fabrican de papel cerámico prensado.

Para mantener la atmósfera de alto vacío presente en el espacio anular 30 de la tubería isotérmica 100 y debido también a fenómenos de migración y desprendimiento de moléculas de hidrógeno a través de las paredes de la tubería isotérmica 100, dicha tubería isotérmica 100 incluye en su espacio anular 30, un elemento captador de gases 60, el cual se encuentra colocado entre las capas del elemento térmico aislante 40. En una modalidad preferida, dicho elemento captador de gases 60 se encuentra compuesto de una aleación de titanio y zirconio, los cuales reaccionan con el hidrogeno presente en el espacio anular 30 de manera de que lo captan e incorporan a su estructura molecular.

La presente invención contempla dos modalidades diferentes del elemento de interconexión aislado 70: una modalidad en donde el elemento de interconexión 70 es tipo macho y otra modalidad en la que el elemento de interconexión 70 es tipo hembra. Cabe mencionar que en ambas modalidades, el elemento de interconexión 70 se encuentra construido de acero de bajo carbono y que la interconexión entre dos secciones de tubería isotérmica 100 se logra a través de roscas tipo API o roscas con sello metal-metal que están dispuestas tanto en el tubo externo 10 como en el tubo interno 20.

Con referencia a las FIGS. 3 a 12, en una primera modalidad del elemento de interconexión aislado 70 tipo macho, éste comprende un niple macho 80 mostrado en las figuras 6 a 8. El niple macho 80 mostrado presenta un cuerpo central 81 con un diámetro interno constante, estando seccionado longitudinalmente en una porción superior 82, una porción central 83 y una porción inferior 84. El diámetro externo de la porción superior 82 e inferior 84 es ligeramente menor que el diámetro interno de la superficie interior 21 del tubo interno 20, esto con el objeto de que pueda ser acoplado fácilmente en dicho tubo interno 20, lo cual se describirá más adelante.

La porción central 83 presenta un resalto 85 que se proyecta hacia el exterior, y tiene una forma preferentemente de trapecio isósceles en una vista en sección transversal longitudinal, estando la superficie de su base mayor de forma adyacente al cuerpo central 81 , tal como se puede apreciar en la FIG. 7 de los dibujos que se acompañan. En una modalidad preferida, el espesor del resalto 85 de la porción central 83 comprende aproximadamente dos terceras partes del diámetro externo del cuerpo central 81. Sobre la cara vertical externa del resalto 85, se extruye directamente una película de grafito flexible 75, cuyo espesor es aproximadamente el tercio restante del diámetro externo del cuerpo central 81. La película de grafito funciona como material térmico aislante en temperaturas de operación de hasta 680°F. El diámetro externo del resalto 85 en conjunto con la película de grafito flexible 75 no debe exceder el diámetro de la superficie interior 11 del tubo externo 10 para que el niple macho 80 pueda ser acoplado correctamente.

Una segunda modalidad del elemento de interconexión aislado 70 tipo macho se muestra en las FIGS. 9 y 10, en donde el niple macho 80' presenta una estructura similar al niple macho 80 de la primera modalidad, con la diferencia de que el cuerpo central 81' sólo se encuentra conformado por una porción central 83' y una porción inferior 84', careciendo de una porción superior. El diámetro externo de la porción inferior 84' es ligeramente menor que el diámetro de la superficie interior 21 del tubo interno 20. La porción central 83' presenta un resalto 85' que se proyecta hacia el exterior, el cual tiene una forma preferentemente de trapecio escaleno en una vista en sección transversal longitudinal. Asimismo sobre la cara vertical externa del resalto 85', se extruye directamente la película de grafito flexible 75. El diámetro externo del resalto 85' en conjunto con la película de grafito flexible 75 no debe exceder el diámetro de la superficie interior 11 del tubo externo 10. Como característica adicional, el niple macho 80' presenta en el extremo superior de su cara interna, una zona de desbaste 86' con forma troncocónica preferentemente, cuya función será descrita más adelante.

En una tercera modalidad de un elemento de interconexión aislado 70 tipo macho, un niple macho 80", como se muestra en las FIGS. 11 y 12, presenta una estructura cilindrica en el cuerpo central 81" con una porción central 83", la cual presenta un resalto 85" que se proyecta hacia el exterior, el cual tiene forma preferentemente de trapecio isósceles en una vista en sección transversal longitudinal, con su base menor dirigida hacia el interior del cuerpo central 81". Sobre la cara vertical externa de dicho resalto 85" y que corresponde a la base mayor del trapecio isósceles, se extruye directamente la película de grafito flexible 75, la cual adopta también la forma de un trapecio isósceles cuya base menor apunta hacia el exterior y su base mayor coincide con la base mayor del resalto 85". El diámetro externo de dicho resalto 85" en conjunto con la película de grafito flexible 75 no debe exceder el diámetro de la superficie interior 11 del tubo externo 10. Adicionalmente el niple macho 80" presenta en el extremo superior e inferior de su cara interna una zona de desbaste 86" con forma troncocónica preferentemente, cuya función será descrita más adelante, la base del cono truncado estando dirigida hacia el exterior.

Para que dos secciones de tubería isotérmica 100 se puedan interconectar por medio del niple macho 80, los extremos terminales superior e inferior del tubo interno 20 y más específicamente en su superficie interior 21 , presentan una zona de rebaje 23, las cuales poseen el mismo diámetro externo de la porción superior 82 e inferior 84 del cuerpo principal 81 del niple macho 80. El tubo externo 10 debe tener una longitud mayor que el tubo interno 20, siendo dicha longitud mayor con respecto a sus extremos terminales inferior y superior, tal como se aprecia en las FIGS. 3 y 5. Adicionalmente, la tubería isotérmica 100 presenta en el extremo terminal superior un cilindro de sujeción 90 que se inserta sobre la superficie exterior 12 del tubo externo 10, el cual brinda un mayor soporte mecánico a la región de acoplamiento de la tubería 100 para evitar el posible pandeo de dicha región o su desacoplamiento no deseado.

Si se emplean los niples machos 80' o 80" para interconectar dos secciones de tubería isotérmica 100, el tubo interno 20 deberá contar con una proyección cilindrica (no mostrada en las figuras) en su extremo terminal inferior o en ambos extremos terminales, para que dicha proyección pueda insertarse dentro de la zona de desbaste 86' u 86" respectivamente.

Con referencia a las FIGS. 13 a 17, la modalidad del elemento de interconexión aislado 70 tipo hembra comprende un niple hembra 95, el cual presenta un cuerpo cilindrico uniforme 96, cuyo diámetro externo 97 es similar al diámetro de la superficie exterior 12 del tubo externo cilindrico 10. Sobre su superficie interna 98, se extruye directamente la película de grafito flexible 75. El diámetro de la superficie interna 98 en conjunto con la película de grafito flexible 75 extruida se corresponde en tamaño con el diámetro de la superficie exterior 22 del tubo interno 20. Es importante mencionar que el niple tipo hembra 95 además de fungir como elemento aislante en la región de acoplamiento, también se desempeña como un elemento de soporte mecánico para evitar el pandeo o la desconexión no deseada de dos secciones de tubería isotérmica 100.

Para que dos secciones de tubería isotérmica 100 se puedan interconectar por medio del niple hembra 95, el tubo externo 10 debe tener una longitud menor que el tubo interno 20, de tal forma que el tubo interno 20 sobresalga por ambos extremos terminales de la tubería isotérmica 100. En las secciones donde el tubo externo 10 y el tubo interno 20 se interconectan mediante el cordón de soldadura 25, la superficie exterior 22 del tubo interno 20 presenta un reborde radial 24 cuyo diámetro exterior es coincidente con la superficie interior 12 del tubo externo 10 (ver FIGS. 13 a 15).

En el extremo terminal superior de la tubería isotérmica 10, el reborde radial 24 se proyecta hasta la parte superior extrema del tubo interno 20. Asimismo, sobre dicha parte superior, el tubo interno 20 presenta un primer canal radial 25. De forma descendente a dicho primer canal radial 25, se localiza un segundo canal radial 26, que posee un diámetro mayor que el diámetro de la superficie interior 21 pero menor que el diámetro de dicho primer canal radial 25.

Por otra parte, en el extremo inferior del tubo interno 20, éste presenta una primera proyección cilindrica 27 que se proyecta desde donde termina el reborde radial 24 hasta una distancia tal que se corresponde en dimensiones (diámetro y longitud) con el segundo canal radial 26. De forma descendente a dicha primera proyección cilindrica 26, se proyecta una segunda proyección cilindrica 28, la cual posee un diámetro externo menor que la primera proyección cilindrica, correspondiéndose en dimensiones (diámetro y longitud) con el primer canal radial 25, de tal forma que el extremo inferior de un tubo interno 20 de una sección de tubería isotérmica 100 puede insertarse en el extremo superior de otro tubo interno 20 de otra sección de tubería 100.

Una vez que una sección de tubería isotérmica 100 ha sido construida de acuerdo a los principios descritos anteriormente, ésta recibe un recubrimiento en su superficie exterior con pintura térmica, la cual posee propiedades anticorrosivas y antimigratorias de hidrógeno. Con ello se logra un incremento en su tiempo de vida útil.

Aún cuando en la anterior descripción se ha descrito y mostrado modalidades preferidas de la presente invención, deberá hacerse hincapié en que son posibles numerosas modificaciones a la misma, sin apartarse del verdadero alcance de la invención, tal como distintos diámetros y materiales empleados, distintas modalidades del elemento de interconexión aislado, variaciones en el elemento de unión de ambos tubos, diferente disposición y configuración estructural del elemento térmico aislante y de la pluralidad de anillos separadores, entre otros. Por lo tanto, la presente invención no debe ser restringida excepto por lo que sea requerido por la técnica anterior y por las reivindicaciones anexas.

Claims (32)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, caracterizado porque comprende un tubo externo; un tubo interno que se encuentra dispuesto concéntricamente en el interior de dicho tubo externo y unido en sus extremos terminales al tubo externo; un espacio anular que se localiza en el espacio libre comprendido entre el tubo externo y el tubo interno; un elemento térmico aislante colocado en el espacio anular; una pluralidad de anillos separadores dispuestos sobre el elemento térmico aislante en el espacio anular y que evitan su desplazamiento; un elemento captador de gas colocado en el espacio anular; y, un elemento de interconexión aislado localizado en uno de los extremos de dicha tubería isotérmica para permitir la interconexión entre dos secciones de tuberías isotérmicas contiguas.

2. - Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el tubo externo y el tubo interno son de forma preferiblemente cilindrica; y, el espacio anular que se forma entre ambos tubos, se encuentra en una atmósfera de alto vacío.

3. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el tubo externo y el tubo interno se encuentran unidos en sus extremos terminales superior e inferior por medio de un cordón de soldadura, el cual debe ser totalmente hermético por la atmósfera de alto vacío.

4. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la presión al interior del espacio anular es de aproximadamente lO^ a 10"6 Torr.

5. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento térmico aislante se localiza sobre la superficie exterior del tubo interno, y se encuentra conformado por una pluralidad de capas de material aislante dispuestas longitudinalmente sobre dicho tubo interno.

6. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el elemento térmico aislante se selecciona de entre papel aluminio, papel cerámico y fibra de vidrio.

7. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el elemento térmico aislante empleado son capas de papel aluminio alternadas con capas de papel cerámico.

8. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el elemento térmico aislante empleado son capas de papel aluminio alternadas con capas de fibra de vidrio.

9. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la pluralidad de anillos espaciadores tienen un diámetro interno tal, que se posicionan firmemente sobre el elemento aislante térmico y un diámetro externo que es coincidente con la superficie interior del tubo externo.

10. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la pluralidad de anillos espaciadores se fabrican de papel cerámico prensado.

11. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento captador de gases se coloca entre las capas del elemento térmico aislante, dicho elemento captador de gases estando compuesto de una aleación de titanio y zirconio.

12. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento de interconexión aislado comprende un niple macho, el cual presenta un cuerpo central con un diámetro interno constante, estando seccionado longitudinalmente en una porción superior, una porción central y una porción inferior; en donde el diámetro externo de la porción superior e inferior es ligeramente menor que el diámetro interno de la superficie interior del tubo interno, esto con el objeto de que pueda ser acoplado en dicho tubo interno.

13. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque en la porción central, el niple macho presenta un resalto que se proyecta al exterior, el cual tiene forma de trapecio isósceles en una vista en sección transversal longitudinal, estando la superficie de su base mayor de forma adyacente al cuerpo central.

14. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque sobre la cara vertical externa del resalto, se extruye directamente una película de grafito flexible; en donde el diámetro externo del resalto en conjunto con la película de grafito flexible no debe exceder el diámetro de la superficie interior del tubo externo para que el niple macho pueda ser acoplado correctamente.

15. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque los extremos terminales superior e inferior del tubo interno y más específicamente en su superficie interior, presentan una zona de rebaje, la cual posee el mismo diámetro externo de la porción superior e inferior del cuerpo principal del niple macho.

16. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el tubo externo tiene una longitud mayor que el tubo interno, siendo dicha longitud mayor en su extremo terminal inferior.

17. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además la tubería isotérmica presenta en el extremo terminal superior un cilindro de sujeción que se inserta sobre la superficie exterior del tubo externo, el cual brinda un mayor soporte mecánico a la región de acoplamiento de la tubería para evitar el posible pandeo de dicha región o su desacoplamiento no deseado.

18. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento de interconexión aislado comprende un niple hembra, el cual presenta un cuerpo cilindrico uniforme, cuyo diámetro externo es similar al diámetro de la superficie exterior del tubo externo cilindrico, sobre su superficie interna, se extruye directamente una película de grafito flexible, en donde el diámetro de la superficie interna del niple en conjunto con la película de grafito flexible extruida se corresponde en tamaño con el diámetro de la superficie exterior del tubo interno.

19. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el tubo externo tiene una longitud menor que el tubo interno, de tal forma que el tubo interno sobresale por ambos extremos terminales de dicha tubería isotérmica

20. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque en las secciones donde el tubo externo y el tubo interno se ¡nterconectan mediante el cordón de soldadura, la superficie exterior del tubo interno presenta un reborde radial cuyo diámetro exterior es coincidente con la superficie interior del tubo externo.

21. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque en el extremo terminal superior de la tubería isotérmica, el reborde radial se proyecta hasta la parte más superior del tubo interno; asimismo, sobre dicha parte superior, el tubo interno presenta un primer canal radial y de forma descendente a dicho primer canal radial, se localiza un segundo canal radial, el cual que posee un diámetro mayor que el diámetro de la superficie interior pero menor que el diámetro de dicho primer canal radial.

22. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el extremo inferior del tubo interno presenta una primera proyección cilindrica que se proyecta desde donde termina el reborde radial hasta una distancia tal que se corresponde en dimensiones (diámetro y longitud) con el segundo canal radial; y de forma descendente a dicha primera proyección cilindrica, se proyecta una segunda proyección cilindrica, la cual posee un diámetro externo menor que la primera proyección cilindrica, correspondiéndose en dimensiones (diámetro y longitud) con el primer canal radial, de tal forma que el extremo inferior de un tubo interno de una sección de tubería isotérmica puede insertarse en el extremo superior de otro tubo interno de otra sección de tubería.

23. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha tubería isotérmica presenta un recubrimiento en su superficie exterior con pintura térmica, la cual posee propiedades anticorrosivas y anti-migratorias de hidrógeno, para lograr un incremento en su tiempo de vida útil.

24. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el tubo externo e interno se fabrican de materiales metálicos, preferiblemente acero.

25. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el tubo interno se tensa mediante herramienta especializada dentro de sus límites elásticos para evitar su pandeo una vez que dicha tubería isotérmica se encuentre transportando fluidos calientes.

26. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento de interconexión aislado comprende un niple macho, el cual presenta un cuerpo central estando seccionado longitudinalmente en una porción central y una porción inferior; en donde el diámetro externo de dicha porción inferior es ligeramente menor que el diámetro de la superficie interior del tubo interno.

27. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque en la porción central, el niple macho presenta un resalto que se proyecta al exterior, el cual tiene una forma preferentemente de trapecio escaleno en una vista en sección transversal longitudinal.

28. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque sobre la cara vertical externa del resalto, se extruye directamente una película de grafito flexible; en donde el diámetro externo del resalto en conjunto con la película de grafito flexible no debe exceder el diámetro de la superficie interior del tubo externo para que el niple macho pueda ser acoplado correctamente.

29 Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado además porque el niple macho presenta una zona de desbaste con forma troncocónica en el extremo superior de su cara interna.

30. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento de interconexión aislado comprende un niple macho, el cual presenta una estructura cilindrica en el cuerpo central incluyendo una porción central; en donde dicha porción central presenta un resalto que se proyecta hacia el exterior, el cual tiene forma preferentemente de trapecio isósceles en una vista en sección transversal longitudinal, con su base menor dirigida hacia el interior del cuerpo central.

31. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque sobre la cara vertical externa del resalto y que corresponde a la base mayor del trapecio isósceles, se extruye directamente una película de grafito flexible, la cual adopta también la forma de un trapecio isósceles cuya base menor apunta hacia el exterior y su base mayor coincide con la base mayor del resalto; en donde el diámetro externo de dicho resalto en conjunto con la película de grafito flexible no debe exceder el diámetro de la superficie interior del tubo externo.

32. Una tubería isotérmica para la inyección de fluidos a altas temperaturas y extracción de gas y/o petróleo en yacimientos petroleros, de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque el niple macho presenta una zona de desbaste con forma troncocónica en el extremo superior e inferior de su cara interna, la cual presenta una forma troncocónica, estando la base del cono truncado dirigida hacia el exterior.