MX2014015877A

MX2014015877A - Metodo para operar una bomba de fases multiples y un aparato de esta.

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Publication number: MX2014015877A
Application number: MX2014015877A
Authority: MX
Inventors: Gerhard Rohlfing; Jens-Uwe Brandt
Original assignee: Itt Bornemann Gmbh
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-08-05
Also published as: DE102012015064B4; RU2638897C2; CN104487715A; JP6324957B2; CA2877513A1; JP2015523498A; WO2014019687A3; BR112015000844A2; EP2880313A2; MX362235B; US20170254328A1; KR20150038001A; EP2880313B1; WO2014019687A8; WO2014019687A2; KR102036224B1; CN104487715B; RU2014152045A; DE102012015064A1; CA2877513C

Abstract

La presente invención se refiere a un método y un aparato para operar una bomba de fases múltiples que tiene una entrada en el lado de succión (10) y una salida en el lado de descarga (20) y que bombea una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos. El método comprende las siguientes etapas: a. bombear una mezcla de fases múltiples en una cámara de separación de lado de descarga (45), b. separar una fase gaseosa de una fase líquida y una fase sólida en la cámara de separación (45), c. separar la fase líquida de la fase sólida en la cámara de separación (45), d. suministrar una porción de la fase líquida libre de la fase sólida al lado de succión.

Description

METODO PARA OPERAR UNA BOMBA DE FASES MULTIPLES Y UN APARATO DE ESTA CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a operar una bomba de fases múltiples que tiene una entrada en el lado de succión y una salida en el lado de descarga que bombean una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos. La presente invención se refiere, además, a un aparato para bombear una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos mediante una bomba de fases múltiples que tiene una entrada en el lado de succión y una salida en el lado de descarga, con un medio de separación en el lado de descarga en el cual se separa una fase líquida de una fase gaseosa y una línea de recirculación a través de la cual la fase líquida separada se transfiere a el lado de succión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Particularmente, con relación a la extracción de hidrocarburos, es decir, la extracción de petróleo y gas natural, se extraen las mezclas de sustancias que tienen una composición irregular. Pueden existir flujos alternos con un componente de gas puro así como flujos con un componente de fluido al 100 %. No se puede realizar predicciones acerca de la duración de fases individuales de extracción o la composición de mezclas de fases múltiples. Es posible, en Ref.252839 teoría, separar las fases individuales una de la otra antes de bombear la mezcla de fases múltiples, es decir, separar la fase gaseosa de la fase líquida en un separador de manera que se transfiere solo la fase líquida o la fase gaseosa a los medios de bombeo respectivos. El método se asocia a costes altos logísticos y de aparatos.

Para evitar un separador corriente arriba, se emplean las bombas conocidas como de fases múltiples, para operar, generalmente, con base en una bomba de tornillos helicoidales múltiples.

Un proceso de bombeo para operar una bomba de tornillos múltiples y bombear con al menos un husillo de regulación rodeado por un alojamiento se conoce a partir de la solicitud de patente núm. WO 94/27049 Al. El alojamiento tiene al menos un ducto de entrada y al menos un ducto de descarga, con el medio de entrada que se transporta, paralelo, al tornillo en un flujo continuo de pulso bajo y se descarga, de manera continua, en el ducto de descarga. Una separación de la fase líquida de la fase gaseosa toma lugar en la cámara de presión. En el lado de descarga un volumen líquido parcial de la fase líquida separada se suministra en el área de entrada, recirculada, y, por lo tanto, se mantiene en circulación para proporcionar un sello y enfriamiento. Para propósitos de separación, se reduce la velocidad de flujo del medio existente en el lado de descarga. Una línea de desviación líquida se dispone en la cámara de presión a una profundidad suficiente para proporcionar circulación líquida permanente. La conexión de línea de desviación se dispone debajo del alojamiento de la bomba.

La demanda incrementada de hidrocarburos ha conllevado, entre otras cosas, a la situación en donde se ha explotado, ampliamente, los puntos de extracción fáciles de alcanzar y altamente productivos. Por lo tanto, se ha explotado, de manera incremental los depósitos que son menos productivos o que tienen una proporción mayor de sólidos en la mezcla de fases múltiples. Además, se realizan esfuerzos para extender la explotación de depósitos que ya se han explotado mediante el proceso conocido como fractura hidráulica o al incrementar la permeabilidad total líquida y gaseosa de una capa rocosa por medio de formación de fracturas. Esto conlleva, además, a una proporción incrementada de sólidos en la mezcla de fases múltiples a bombearse.

Con proporciones incrementadas de sólidos, el dispositivo de la materia anterior tiene el problema que, debido a la configuración profunda de la línea de recirculación, los sólidos en la región de flujo reducido que se hunden al fondo también se recirculan, lo que conlleva al desgaste incrementado en los tornillos y el alojamiento de la bomba. Además, existe el peligro que la línea de recirculación se taponaría por las sustancias.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El objetivo de la presente invención es proporcionar un método y un aparato mediante el cual se eviten o disminuyan las desventajas de la materia anterior. De acuerdo con la presente invención, se logra este objetivo por medio de un método que tiene las características de la reivindicación principal y un aparato que tiene características de la reivindicación subordinada. Las configuraciones ventajosas y modalidades adicionales de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes, la descripción escrita y las figuras.

El método de conformidad con la presente invención para operar una bomba de fases múltiples que tiene una entrada en el lado de succión y una salida en el lado de descarga y que bombea una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos permite que la mezcla de fases múltiples se bombee dentro de la cámara de separación de lado de descarga, que una fase gaseosa se separe de una fase líquida y una fase sólida dentro de la cámara de separación, que, además, la fase líquida se separe de la fase sólida en la cámara de separación y que una porción de la fase líquida libre de la fase sólida se transfiera al lado de succión para producir, por un lado, un sello de separación dentro de una bomba de tornillo y, por otro lado, para facilitar el retiro del calor de compresión. La separación de la fase líquida de la fase sólida tiene la ventaja que la fase líquida, libre tanto como sea posible de la fase sólida, se use para recirculación, para lubricación de los tornillos y para eliminar el calor de compresión dentro de la bomba de fases múltiples, por lo que se reduce el desgaste en las partes en movimiento de la bomba de fases múltiples. Se iguala el retiro del calor y se previene, además, que las partículas sólidas se mantengan en circulación permanente. La separación de la fase sólida y la fase líquida pueden realizarse en varias etapas, de manera que las etapas de separación múltiples, una a continuación de la otra, están disponibles para asegurar que, tanto como sea posible, las partículas sólidas no alcancen la línea de recirculación y se transporten al lado de succión.

En una modalidad adicional de la presente invención, la fase sólida que se retira en la cámara de separación se transporta fuera de la cámara de separación. Esto es particularmente ventajoso si las condiciones de entrada y condiciones de flujo en el aparato de separación no permiten, inmediatamente, una descarga de la fase sólida establecida. La cámara de separación puede integrarse en un módulo separado, en una sección del alojamiento de la bomba o en el alojamiento de la bomba misma.

La fase sólida puede realizarse de manera continua, por ejemplo, por medio del flujo en la cámara de separación o por medio de una válvula giratoria o un separador cielónico, a través del cual se garantiza que la fase sólida no se encuentra en la cámara de separación por la salida para la fase líquida. Además, es posible efectuar un retiro discontinuo de la fase sólida desde la cámara de separación, por ejemplo, por medio de una válvula de control, el uso de conexiones líquidas que se crean deliberadamente en la operación de bombeo o por medio de una aleta de inspección. Si, durante la operación normal de la bomba de fases múltiples, la fase líquida es de cantidad insuficiente para arrastrar la fase sólida que se ha recolectado en la cámara de separación, la creación de conexiones líquidas, es decir, la creación de conexiones líquidas, es decir, la entrada de sobrecarga de la fase líquida, puede interponerse deliberadamente en el manejo de la bomba para suplir suficiente fase líquida para arrastrar las partículas sólidas recolectadas.

La fase gaseosa puede retirarse de la cámara de separación de manera separada que la fase líquida por medio de una salida de gas separada de la salida para la fase líquida de manera que, de acuerdo con el incremento en la presión, puede realizarse un trasporte separado de los hidrocarburos bombeados. Si la fase gaseosa comprimida no tiene el propósito de arrastrarse junto con la fase líquida y la fase sólida, si hubiera, una separación de la fase del lado de descarga puede realizarse después del bombeo con la bomba de fases múltiples de manera que simultáneamente con el incremento en la presión mediante la bomba se puede realizar una separación y separación de fase del medio bombeado.

El suministro de la fase líquida separada de la fase sólida al lado de succión puede realizarse de manera regulada, por ejemplo, como una función de válvulas medidas con relación a la composición del flujo de fases múltiples a bombearse, para ajustar la cantidad de líquido recirculado según se requiera. Además, es posible realizar el retiro del gas desde la cámara de separación de manera regulada para permitir el ajuste de la proporción de la fase líquida y fase sólida, si hubiera, en la cámara de separación y, por lo tanto, la cantidad de la fase líquida a recircularse, según se requiera.

La fase líquida puede conducirse desde la cámara de separación en un reservorio que se separa de la cámara de separación, para conducirse desde este reservorio a la desviación de recirculación y, de esta manera, al lado de succión. Al pasar la fase líquida separada en el reservorio, se permite un equilibrio adicional de la recirculación, dado que la fase líquida, libre de la fase sólida, puede recolectarse y almacenarse como una reserva en el medio de separación. De esta manera, las fluctuaciones en el flujo de alimentación no afectan, directamente, la circulación y, por lo tanto, ni la lubricación, el sellado o el retiro de calor de la bomba de tornillo.

La fase líquida, libre de la fase sólida, puede aún filtrarse antes de la recirculación para mantenerla lejos de las partículas indeseadas.

Para propósitos de retirar la fase sólida separada, la fase líquida puede conducirse, intermitentemente, a la bomba de fases múltiples e introducirse dentro de la cámara de separación. Este suministro intermitente puede originarse ya sea desde el medio de entrada principal, es decir, la mezcla de fases múltiples ubicada en el lado de succión, o puede retirarse desde la fase líquida del lado de descarga recolectada y separada, de manera que la fase líquida ya procesada, es decir, la fase líquida libre de las porciones de fase sólida, puede conducirse, intermitentemente, desde el lado de descarga, por ejemplo desde un reservorio, al lado de succión para arrastrar la fase sólida recolectada en la cámara de separación. La recolección de la fase líquida puede realizarse, además, en el lado de entrada, por ejemplo, por medio de una configuración adecuada de tuberías de suministro que pueden tener al menos secciones ascendentes, de manera que la fase líquida en las secciones dispuestas más abajo se mueve por la fase gaseosa en oleadas hacia la bomba de fases múltiples.

Para arrastrar la fase sólida de la cámara de separación, pueden usarse sensores que, por ejemplo, inician un retiro dependiendo del nivel de llenado o, alternativamente, el retiro de la fase sólida de la cámara de separación puede realizarse con una base controlada por tiempo. Dependiendo de las válvulas de sensor, una conexión líquida puede generarse o la válvula giratoria puede activarse, de manera que el retiro de la fase sólida puede realizarse si se requiere. Además, los otros mecanismos de retiro pueden iniciarse por medio de control de sensores.

El suministro de la fase líquida al lado de succión se lleva a cabo por medio de una línea de recirculación o una desviación de recirculación, en la cual al menos una válvula se configura que puede abrirse, completamente, al inicio. De esta manera, se puede permitir un inicio libre de carga del aparato que, al iniciar el sistema, conlleva una resistencia reducida y ahorro de energía. Después del inicio y después de alcanzar un punto operativo estable, se puede cerrar la válvula para iniciar el proceso de bombeo y el aumento de presión de la mezcla de fases múltiples en la bomba de fases múltiples, de manera que se puede alcanzar el nivel de presión deseado. Después de alcanzar el nivel de presión deseado, puede ajustarse el diámetro de la válvula en la línea de recirculación dependiendo de los parámetros operativos para permitir el ajuste del sistema de acuerdo con las condiciones cambiantes. Por ejemplo, el incremento del diámetro de la válvula puede, por lo tanto, realizarse cuando se detecta el calentamiento de la bomba de fases múltiples, para permitir el retiro de calor presente en la bomba. Cuando la porción líquida de la mezcla de fases múltiples bombeada es suficiente, el diámetro de la válvula puede reducirse para mejorar la eficiencia del sistema.

El aparato de conformidad con la presente invención para bombear una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos por medio de una bomba de fases múltiples que tiene una entrada en el lado de succión y una salida en el lado de descarga, que tiene un medio de separación en el lado de descarga en el cual una fase líquida se separa de una fase gaseosa y una línea de recirculación a través de la cual la fase líquida separada se transfiere al lado de succión, proporciona al menos una cámara de sedimentación formada en el medio de separación en el cual una fase sólida se separa de una fase líquida, la cámara de sedimentación se conecta a la salida y un reservorio separado de la cámara de sedimentación se forma para la fase líquida separada de la fase sólida y que se conecta a la línea de recirculación.

Se forma una cámara de sedimentación en el medio de separación que permite, particularmente, una separación por gravedad de la fase líquida y fase sólida. Esta cámara de sedimentación se configura en un área de flujo reducida del medio de separación y permite una separación efectiva de la fase sólida de la fase líquida. El medio de separación puede formarse como una cámara de separación, que causa una reducción en la velocidad de flujo de la mezcla de fases múltiples bombeada. Entonces la cámara de sedimentación es una parte de la cámara de separación o una sección especial del medio de separación. Son, además, posibles otros medios de separación para separar la fase sólida de la fase líquida, por ejemplo, guías cielón para un efecto de separación por medio de la inercia. Se separa y se forma un reservorio de la cámara de sedimentación para recibir la fase líquida separada de la fase sólida, aunque esta partición requiere formarse por medio de obstáculos de flujo dinámico, más bien el reservorio puede ubicarse en un área sobre la cámara de sedimentación, lo cual asegura que la fase sólida material ubicada en la fase líquida puede hundirse dentro de la cámara de sedimentación.

Una modalidad de la presente invención proporciona la separación de la cámara de sedimentación del reservorio por medio de una pared de partición, en la cual se forma un excedente o se forma un pasaje. Por lo tanto, el reservorio puede proporcionar una barrera física a la cámara de sedimentación, de manera que bajo velocidades de flujo altas o turbulencias en la cámara de sedimentación, la resuspensión de la fase sólida sedimentada ocurre solo dentro de la cámara de sedimentación y las partículas de fase sólida no alcanzan el reservorio. Un pasaje puede estar presente en la pared de partición que, por ejemplo, puede abrirse o cerrarse de manera controlada para permitir el suministro del reservorio con la fase líquida dependiendo del nivel de llenado. Si la pared de partición tiene un excedente y un mínimo de fase líquida y fase sólida está presente en la cámara de sedimentación, entonces solo se realiza la recirculación si está presente un volumen mínimo de fase líquida y fase sólida en la cámara de sedimentación.

Se puede configurar un filtro corriente arriba de la línea de recirculación para contener las partículas sólidas separadas.

Debido a que la presión incrementada de la bomba de fases múltiples permanece en los medios de separación, puede configurarse una válvula corriente arriba de o en la línea de recirculación para proporciona un suministro controlado de la fase líquida. El tiempo y la cantidad de recirculación de la fase líquida pueden controlarse por medio de la válvula.

Una salida de gas separada para la fase gaseosa separada puede formarse en los medios de separación para permitir un retiro separado de la fase gaseosa. Por lo tanto, la salida de gas se sitúa, ventajosamente, más arriba que la salida para la fase líquida y la fase sólida.

Los medios de separación pueden configurarse en un alojamiento separado de la bomba de fases múltiples, que es particularmente ventajoso si los medios de separación se conectan a la pluralidad de bombas de fases múltiples. En el caso de una pluralidad de bombas de fases múltiples que se conectan en paralelo a un medio de separación fuera del alojamiento de la bomba de las bombas de fases múltiples, las bombas individuales pueden desconectarse para propósitos de reparación. Además, de esta manera, las bombas de fases múltiples estándares pueden actualizarse, simplemente, de manera que se reduce los costos estructurales. Frecuentemente, las limitaciones de espacio están presentes, de manera que las bombas de fases múltiples de volumen grande que tienen medios de separación integrados pueden obtenerse. Una zona de flujo reducido se forma en los medios de separación para el efecto de separación de la fase gaseosa de la fase líquida y la fase líquida de la fase sólida, en donde se reduce la velocidad de flujo de la mezcla de fases múltiples de salida y la velocidad de flujo es, ventajosamente, casi cero en la zona de flujo reducido para permitir y facilitar la separación de las fases individuales.

Se puede configurar una columna ascendente y/o una sección de tuberías con forma en U en frente de la entrada de la bomba de fases múltiples, a través de la cual se puede recolectar la fase líquida en la tubería corriente arriba de la entrada, y entonces forzarse en la bomba de fases múltiples cuando se alcanza un nivel de presión específico mediante la fase gaseosa. La fase líquida y la fase sólida ubicadas en los medios de separación se arrastran a través del uso de esta conexión líquida, a través de la cual se efectúa un retiro de calor por medio del intercambio de sustancias calentadas ubicadas en el alojamiento de la bomba o en los medios de separación, que tiene un efecto positivo en la capacidad de la bomba de bombear las mezcla de fases múltiples que tienen un componente gaseoso muy alto.

Una entrada de descarga separada que se puede cerrar para la fase sólida separada puede formarse en los medios de separación, la abertura de descarga es diferente a la abertura de descarga a través de la cual se descarga la fase líquida y la fase gaseosa, si hubiera. La abertura de descarga puede encajarse con un separador cielónico, una válvula giratoria y/o una válvula de control para permitir el retiro de la fase sólida acumulada en la cámara de sedimentación desde el aparato de separación tanto como sea posible sin interrumpir la función de bombeo.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las modalidades de la presente invención se describirán en mayor detalle más abajo con relación a las figuras adjuntas. Lo que se muestra es: La Figura 1 es una vista transversal esquemática a través de una bomba; La Figura 2 es una vista transversal esquemática de un medio de separación; La Figura 3 es una bomba para conectarse a los medios de separación de acuerdo con la Figura 2; La Figura 4 es una variación de los medios de separación; y Las Figuras 5 a 7 son una configuración paralela de bombas con un medio de separación.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En la Figura 1, se describe un aparato para bombear una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos, que se configura como una bomba de fases múltiples 1. La bomba de fases múltiples 1 tiene un alojamiento 5 en la cual se configuran una entrada 10 que tiene un ducto de entrada 11 y una salida de descarga 20 con un ducto de descarga 21. Se configura un par de tornillos 30 en el alojamiento, que se monta dentro de un alojamiento de la bomba 32. Los tornillos 30 pueden configurarse como un husillo doble, tornillos de flujo doble en los cuales la dirección de flujo puede moverse hacia afuera desde la mitad de los tornillos 30. Por lo tanto, la mezcla bombeada de fases múltiples cargada con sólidos se dirige a través de la entrada 10 de manera central a los tornillos 30, a través de los cuales la llamada cámara de succión se forma hasta los tornillos 30. En la modalidad descrita, la cámara de succión rodea los tornillos 30. La mezcla de fases múltiples se bombea desde la mitad de los tornillos 30 perpendicular al plano de figuras hacia afuera en ambos lados y desde ahí alcanza la cámara de presión 40, que encierra los tornillos 30 junto con el alojamiento de la bomba 32 que rodea los tornillos 30.

El alojamiento 5 tiene una inclinación dirigida hacia abajo debajo de los tornillos 30 y un medio de separación de presión lateral 45 que se forma por un incremento en la sección transversal de la cámara de presión 40 en dirección de la salida de descarga 20. Al proporcionar un volumen incrementado y una sección transversal de flujo, se reduce la velocidad de flujo en la cámara de presión 40, de manera que se da una separación de las fases presentes en la mezcla de fases múltiples. La fase gaseosa, que tiene el peso específico menor, se desplazará hacia arriba, la fase líquida se separará en el medio, y la fase sólida, que tiene el peso específico mayor, se sedimentará en el fondo.

Una salida de descarga de gas 61 se forma en una región superior del alojamiento 5, a través de la cual se puede dirigir, de manera separada, la fase gaseosa separada. Se conecta una tubería 60 a la salida de descarga de gas 61, en la cual se configura, de manera ventajosa, una válvula 65a una válvula de control, que puede abrirse o cerrarse dependiendo de la velocidad de salida deseada. Es posible transportar la fase gaseosa por medio de la salida de descarga de gas 61 separadamente después del incremento en la presión mediante los tornillos 30; alternativamente, es posible para la tubería 60 abrir la salida de descarga 20 para llevar la fase gaseosa fuera de la salida de descarga 20 junto con los componentes restantes de la mezcla de fases múltiples. Si se cierra la válvula 65, la fase gaseosa puede transportarse fuera mediante la salida de descarga 20 común, que se configura en el área de piso debajo de los tornillos 30. En vez de una tubería externa 60 con una válvula 65 es posible proporcionar un orificio en la región superior del alojamiento 5 en la salida de descarga 20, de manera que una desviación directa 60 se realiza con una tubería de salida directa perpendicularmente hacia abajo 25 proporciona una desviación a la salida de descarga 20. Esto permite un medio simple para separar y retirar de la fase gaseosa de la cámara de presión 40. La salida de descarga 20 dirige la mezcla de fases múltiples hacia arriba del alojamiento en el lado de descarga, mientras que la abertura de la salida de descarga 20 en la cámara de presión 40 se configura debajo de los tornillos 30. Principalmente, debe dotarse que siempre hay un área transversal mínima para el paso de la fase gaseosa separada presente en una línea de transporte, dado que de otra manera un retiro preferido de la fase líquida podría ocurrir vía la salida de descarga 20.

En el área de configuración del alojamiento 5 con el volumen incrementado, que sirve como un medio de separación 45, se configura una cámara de sedimentación en la región inferior para recibir las partículas sólidas que se sedimentan en el fondo debido a la reducción de flujo. La cámara de sedimentación 80 se configura en el extremo inferior del alojamiento 5 y se ubica debajo de los tornillos 30 que proporcionan un aumento de presión. Una pared dirigida oblicuamente hacia abajo del alojamiento 5 se dirige desde estos tornillos 30 a la cámara de sedimentación 80, de manera que los sólidos ubicados en un nivel superior se conducen hacia abajo. Una salida de descarga 85 se forma en la cámara de sedimentación 80, que se cierra por medio de una cerradura 86. Se forma una región de flujo reducido 82 sobre la cámara de sedimentación 80 para permitir la separación de la fase líquida y la fase gaseosa por medio de separación gravitacional. En lugar de un cierre permanente 86, que se forma como una aleta de inspección, la salida de descarga 85 puede configurarse como una válvula, un separador cielónico o una válvula giratoria, de manera que la fase sólida recolectada puede transportarse fuera de la cámara de sedimentación 80, según sea necesario.

Se proporciona una salida líquida 51 sobre la cámara de sedimentación 80 en el lado de descarga 40 en el alojamiento 5, en el cual se conecta una línea de recirculación 50. La línea de recirculación 50 dirige del lado de descarga 40 al lado de succión en la entrada 10. Se proporciona una válvula de control 55 en la línea de recirculación 50, que puede abrirse o cerrarse, según sea necesario, para permitir una recirculación regulada desde el lado de descarga 40 al lado de succión. La salida líquida 51 para la desviación de recirculación 50 recae sobre la cámara de sedimentación 80 y debajo de los tornillos 30. Por medio de la configuración de la salida líquida 51 sobre la cámara de sedimentación 80, solo la fase líquida desde la cual la fase sólida ya se ha sedimentado se dirige a la línea de recirculación 50. Por medio de la acción de sedimentación y la separación en la región de flujo reducido 82, se forma un reservorio 90 sobre la fase sólida sedimentada, desde la cual se toma el líquido recirculado.

En la Figura 1, se proporciona como una alternativa o adicional a la línea de recirculación 50 descrita con la válvula 55 una línea de recirculación 50 adicional en forma de una abertura u orificio en el alojamiento de la bomba 32. El orificio o abertura proporciona una conexión desde la cámara de succión en el alojamiento de la bomba 32 a la cámara de presión 40 exterior al alojamiento de la bomba 32 y con el alojamiento 5. Por medio de la orientación hacia arriba de la abertura 50, las partículas sólidas más pesadas no son o son menos preferidas de transportarse al lado de succión; además, la configuración de la abertura 50 se ubica hacia arriba de manera geodésica de manera que una separación de la fase sólida y la fase líquida podría ya ocurrir y solo la fase líquida separada podría alcanzar el nivel de agua correspondiente.

Durante una operación que involuere las composiciones mezcladas de la mezcla de fases múltiples, se llena toda la cámara de presión 40 con la mezcla de fases múltiples. Si se cierran las tuberías de gas 60, toda la mezcla de fases múltiples a bombearse se transportará a través de la columna ascendente 25 y la salida de descarga 20 fuera de la bomba de fases múltiples 1 que tiene los medios de separación 45 integrados en el alojamiento 5. En el caso, la columna ascendente 25 abre por debajo del nivel de los tornillos 30 y el alojamiento de la bomba 32 y transporta la mezcla de fases múltiples fuera de la cámara de presión 40 a la pestaña 21. La fase sólida separada y acumulada en la cámara de sedimentación 80 se lleva, por lo tanto, fuera junto con la fase líquida. Si la velocidad de flujo es insuficiente para arrastrar los ubicados en la cámara de sedimentación 80, los sólidos acumulados pueden retirarse de la cámara de presión 40 durante la operación por medio de una válvula giratoria u otro medio adecuado. Alternativamente, es posible descargar las acumulaciones sólidas por medio de las llamadas conexiones líquidas.

Al ubicar la salida líquida 51 sobre la cámara de sedimentación 80 en dirección de la gravedad, se recircula la fase líquida libre de la fase sólida, para sellar la separación entre los tornillos 30 y el alojamiento de la bomba 32 y para proporcionar lubricación. Las partículas sólidas abrasivas se retienen, mayormente, porque se ubican debajo del reservorio 90 en la cámara de sedimentación 80. No se proporciona una separación física entre el reservorio 90 y la cámara de sedimentación 80 en la modalidad descrita; los inhibidores de flujo pueden ubicarse en el alojamiento 5 dentro de la cámara de presión 40, que retiene las partículas sólidas o impide el transporte en la dirección de la salida líquida 51. Estos inhibidores de flujo pueden formarse con forma de guías laberinto o represas, por ejemplo.

Se configura una salida adicional 70 en el extremo inferior del alojamiento 5, que se usa para vaciar la bomba para propósitos de mantenimiento y reparación y se cierra durante el funcionamiento normal.

Se describe una variación de la presente invención en la Figura 2, en la cual los medios de separación 45 se forman como un componente separado. Los medios de separación 45 pueden conectarse a una bomba de fases múltiples 1 de conformidad con la Figura 3.

En la Figura 3, se describe una bomba de fases múltiples 1 convencional en forma de una bomba de tornillo. En la presente descripción, los tornillos 30 se configuran, similarmente, con un alojamiento de la bomba 32, que se monta dentro de una cámara de presión 40 en el alojamiento 5. El medio a bombearse se dirige vía la entrada 10 en el ducto de entrada 11 a los tornillos 30, desde ahí perpendicular al plano de dibujo hacia afuera en la cámara de presión 40, que rodea el alojamiento de la bomba 32 de los tornillos de bombeo 30. La mezcla de fases múltiples bombeada se transporta fuera de la cámara de presión 40, que se forma como un espacio anular, mediante la salida de la bomba 20'.

En la Figura 2, los medios de separación 45 se muestran como un componente separado con los ductos de conexión correspondientes. Los ductos de entrada 11 para la entrada 10 proporcionan la conexión para los ductos de entrada 11 de la bomba de fases múltiples 1 de conformidad con la Figura 3; el ducto de entrada 11 se dirige, perpendicularmente, hacia un alojamiento tubular 100. La salida de la bomba 20' se dirige, similarmente, hacia el alojamiento 100, que se conecta mediante los ductos de salida 21 a los ductos de salida 21 de la bomba de fases múltiples 1 de conformidad con la Figura 3. La mezcla de fases múltiples se dirige desde la entrada 10, a través de la bomba de fases múltiples 1 y la salida de la bomba 20' de la bomba de fases múltiples 1 de conformidad con las flechas, en la cámara de separación 45, y desde ahí mediante la salida 20 a las tuberías de transporte o a un medio de procesamiento adicional. La entrada de la cámara de separación 45 se forma como un tubo de 90°, de manera que la mezcla de fases múltiples se transporta, sustancialmente, horizontalmente, dentro de la cámara de separación 45.

Una cámara de sedimentación 80, que tiene una zona de flujo reducido 82, se proporciona en la cámara de separación 45, a la cual se dirige la mezcla de fases múltiples bombeada fuera de la bomba de fases múltiples 1. Una salida de descarga 85 que tiene un cierre 86 se proporciona, similarmente, en la presente descripción en la parte inferior de la cámara de sedimentación 80. La columna ascendente 25 se dirige, perpendicularmente, hacia arriba desde la cámara de sedimentación 80.

La cámara de sedimentación 80 se conecta a un reservorio 90 mediante una pared de partición 95 en la cual se forma un pasaje. La fase líquida sustancialmente libre de la fase sólida se recolecta en el reservorio 90, que puede recircularse, nuevamente, a la entrada 10 mediante una línea de recirculación 50. En la presente descripción, así como en una modalidad, una válvula de control 55 se configura en la línea de recirculación 50; alternativamente, o adicionalmente a esto, una desviación 50 puede configurarse a través de un orificio en el ducto de succión de la entrada 10 Para mejorar la calidad de la fase líquida, es posible configurar paredes de partición múltiples 95, una detrás de otra, corriente arriba de la línea de recirculación 50, cada una de las cuales permite el transporte de la fase líquida mediante los pasajes 96 o fluyen en dirección de la desviación 50. Por este medio, se crea una serie de cámaras de sedimentación 80 y áreas de flujo reducido 82 en el alojamiento 100. Por lo tanto, se proporciona y es posible una separación de fases múltiples de fase líquida y fase sólida.

Una salida de descarga de gas 61 que tiene una línea de gas 60 y una válvula 65 se proporciona en la región superior del alojamiento 100 de manera que la fase gaseosa separada en el alojamiento 100 puede transferirse a la salida 20 o a una línea de gas separada. Similar a la fase líquida con la línea de recirculación 50, se proporciona, en la presente descripción, un orificio 60 y una línea desde la cámara de separación en el alojamiento 100 a la salida 20.

Una variación de la presente invención se describe en la Figura 4. El principio de la cámara de separación 45 separada corresponde al de la Figura 2, aunque la entrada 10 para la bomba de fases múltiples no se conecta desde la fuente hacia la pared del alojamiento. La conexión de la bomba de fases múltiples 1, de conformidad con la Figura 3, ocurre mediante los ductos de descarga 21, mientras que la entrada 10 de la bomba de fases múltiples 1 se conecta a una tubería de suministro o lo similar. En los medios de separación de conformidad con la Figura 4, la fase líquida separada después se conecta mediante la línea de recirculación 50 al lado de succión mediante una entrada 10 que se conecta a la línea de suministro, de manera que la fase líquida separada se dirige en el lado de succión dentro de la entrada 10 de la bomba de tornillo.

Los aparatos para recolectar la fase líquida pueden proporcionarse en el lado de succión de la bomba de fases múltiples 1, por ejemplo, tuberías en forma de U, tanques o reservorios por medio de los cuales cantidades controladas de la fase líquida se suministran al lado de entrada de manera, por un lado, una gran cantidad de calor puede transportarse fuera del alojamiento 5 de la bomba de fases múltiples 1 y, por otro lado, la fase sólida acumulada puede retirarse de los medios de separación 45.

En la Figura 4, la entrada 20 de la cámara de sedimentación 80 se dispone, horizontalmente, de manera que la fase sólida segmentada puede transportarse, fácilmente, fuera de la cámara de sedimentación 80. Un cierto reflujo de la mezcla de fases múltiples se causa por la entrada inclinada hacia arriba 20 de manera que una separación y un hundimiento de la fase sólida se efectúa en la cámara de sedimentación.

En la Figura 5, se describe una configuración de una pluralidad de bombas de fases múltiples 1 conectadas en paralelo en una elevación lateral que se equipa con una cámara de separación 45 separada y un medio de recolección corriente arriba 110, en el cual la mezcla de fases múltiples bombeada se suministra y se recolecta, inicialmente, desde una tubería de suministro, que no se muestra, por medio de un ducto de entrada 111. Desde el contenedor de recolección 110 para cada bomba de fases múltiples 1, la tubería de entrada a la entrada 10 de cada bomba de fases múltiples 1 respectiva La tubería de entrada se forma con una forma en U y sirve para crear conexiones líquidas de manera controlada. El líquido recolecta en la porción inferior por medio de la estructura en forma de U de la tubería de entrada, en donde un diámetro de tubería suficientemente grande prevé cualquier avance neumático del medio restante. En la sección con forma en U de la tubería de entrada, la fase líquida cargada con sólidos y la fase gaseosa se separan una de la otra en la sección de tuberías horizontal. La fase líquida cargada con sólidos se retiene y recolecta mientras que la fase gaseosa después fluye sobre esta a través de la tubería. Con el volumen de fluido incrementado en la sección de tubería horizontal, se disminuye el diámetro de flujo de la fase gaseosa de manera que, con base en la diferencia en velocidad entre la fase gaseosa y la fase líquida cargada con sólidos, se forman olas en el límite de fase que bloquean, completamente, la trayectoria de fluido de la fase gaseosa. Cuando este fenómeno ocurre, la fase gaseosa empuja los tapones líquidos formados frente a sí misma por sobre la sección de incremento que conecta la sección horizontal de la tubería, hacia arriba y en la entrada 10 de la bomba de fases múltiples 1. Se determina la frecuencia de las conexiones líquidas y su volumen mediante la interacción entre los parámetros de bombeo individuales, tales como la cantidad bombeada y el componente gaseoso y los parámetros geométricos de la tubería tal como el diámetro, la longitud de la porción horizontal y la diferencia de altura de la sección ascendente Además del contenedor de recolección 110, el alojamiento 100 de los medios de separación 45 separados pueden observarse, además, en la Figura 5, que se conecta a la bomba de fases múltiples 1 mediante las salidas de la bomba 20'. Una entrada común 20 dirige los medios de separación 45 a las líneas de transporte. Una línea de recirculación 50, que tiene una válvula 55, se configura en la parte inferior del alojamiento 100 y se dirige a la entrada 10 de la bomba 1. La frecuencia y el volumen de las conexiones líquidas pueden ajustarse mediante un suministro controlado de la fase líquida separada de conformidad con la configuración y unión de la línea de recirculación 50 con la sección ascendente de la línea de suministro. Una línea de recirculación 50 adicional, que puede proporcionarse con una válvula, se dirige desde los medios de separación 45 al contenedor de recolección 110, lo que permite el control de la sección de la tubería de entrada o el lado de succión al cual se recircula la fase líquida separada.

En la Figura 6, la configuración paralela de las tres bombas de fases múltiples 1 pueden observarse en una vista plana de una configuración de conformidad con la Figura 5. La mezcla de fases múltiples que puede bombearse, que se suministra desde una fuente, se conduce a través de un ducto de entrada 111 en el contenedor de recolección 110. Desde este contenedor de recolección 110, las tres tuberías con forma en U se dirigen por debajo de los medios de separación 45 a través de las entradas 10 de las bombas de fases múltiples 1 en la modalidad descrita. Después de bombear, se dirige la mezcla de fases múltiples en el aparato de separación 45 mediante las salidas de la bomba 20', separadas ahí y transportadas fuera a través de la entrada 20. En la parte inferior del alojamiento 100, se configura una salida líquida 51 común que se conecta a la tubería desde la cual la línea de recirculación 50 se dirige a las entradas 10 y los contenedores de recolección 110 en los lados de succión de las bombas 1. Una válvula de control 55 se asigna a cada línea de recirculación 50 para proporcionar un suministro controlado de la fase líquida separada adaptada a cada bomba 1. Por lo tanto, es posible, por ejemplo, al iniciar la bomba, proporcionar una abertura completa de la línea de recirculación 50 y, consecuentemente, una presión de contador disminuida de manera que puede ocurrir un inicio sustancialmente libre de carga y eficiente de energía de una bomba 1.

En la Figura 7, se muestra una vista seccional a lo largo de la línea A-A de la Figura 5. Los medios de separación 45 separados se muestran en una vista seccional a lado de la tubería de entrada en el lado de succión. La salida de la bombas 20' dirige dentro del alojamiento 100 en una tubería común, que ingresa dentro de la cámara de sedimentación 80 en el alojamiento 100. Se muestra la pared de partición 95 dado que es el cierre 86, la estructura, de cualquier otra forma, que corresponde sustancialmente a la estructura de conformidad con la Figura 4, la línea de desviación 60 que tiene una válvula 65 para la fase gaseosa que dirige fuera de la región superior del alojamiento 100 directamente a la salida de descarga 20.

En la descripción del lado derecho de la Figura 7, que es una vista transversal a lo largo de la línea B-B, puede observarse que la tubería de recolección de las salidas de descargas de la bomba 20' termina, sustancialmente, perpendicularmente, en la cámara de sedimentación 80. Desde ahí, la salida de descarga 20 se dirige, sustancialmente, perpendicularmente, hacia arriba y, después, dobla horizontalmente para permitir la mezcla de fases múltiples a transportarse. Después de la separación de la fase líquida de la fase sólida en la cámara de sedimentación, la fase líquida separada se dirige fuera de la pared de partición 95 dentro del alojamiento 100 de los medios de separación 45. La fase líquida separada de la fase sólida fluye desde la salida líquida formada como una abertura en el piso mediante la línea de recirculación 50 que tiene las válvulas individuales 55 a la tubería de entrada 10 en el lado de succión de las bombas de fases múltiples 1. El cierre 86 puede observarse en la parte inferior de la cámara de sedimentación 80.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Método para operar una bomba de fases múltiples que tiene una entrada en el lado de succión y una salida en el lado de descarga y con la cual se bombea una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos, caracterizado porque comprende las etapas de: a. bombear la mezcla de fases múltiples en una cámara de separación de lado de descarga, b. separar una fase gaseosa de una fase líquida y una fase sólida en la cámara de separación, c. separar la fase líquida de la fase sólida en la cámara de separación, d. suministrar una porción de la fase líquida libre de la fase sólida al lado de succión.

2.El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fase sólida separada en la cámara de separación se retira de la cámara de separación.

3.El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque además la fase sólida se retira de manera continua por medio de una válvula giratoria o separador cielónicoico o de manera discontinua por medio de una válvula, conexiones líquidas o una aleta de inspección.

4. El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además la fase gaseosa se retira de la cámara de separación separadamente de la fase líquida por medio de una salida de descarga de gas separada de la salida de descarga para la fase líquida.

5. El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además la fase líquida separada de la fase sólida se suministra al lado de succión de manera regular.

6. El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además la fase líquida se dirige desde la cámara de separación dentro de un reservorio separado de la cámara de separación y se suministra desde el reservorio al lado de succión.

7. El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además la fase líquida separada de la fase sólida se filtra antes de suministrarse al lado de succión.

8. El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además la fase líquida se suministra, intermitentemente, a la bomba de fases múltiples y se introduce dentro de la cámara de separación para propósitos de retirar la fase sólida.

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque además la fase líquida se recolecta y después se introduce, intermitentemente, dentro de la cámara de separación.

10. El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además la fase sólida se retira de la cámara de separación bajo control de sensor o acción giratoria.

11.El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además el suministro de la fase líquida al lado de succión se realiza por medio de una línea de recirculación, en la cual se configura una válvula que se abre, completamente, al inicio.

12.El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además el suministro de la fase líquida al lado de succión se realiza por medio de una línea de recirculación, en la cual una válvula se configura que, después que se alcanza el inicio y después del funcionamiento estable, se cierra para iniciar la acción de bombeo y el incremento en presión de la mezcla de fases múltiples.

13.El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además el suministro de fase líquida al lado de succión se realiza por medio de una línea de recirculación en la cual se configura una válvula, el diámetro de la cual se ajusta de acuerdo con los parámetros de funcionamiento.

14. Un aparato para bombear una mezcla de fases múltiples cargada con sólidos por medio de una bomba de fases múltiples que tiene una entrada en el lado de succión y una salida en el lado de descarga con un medio de separación de lado de presión, en el cual se separa una fase líquida de una fase gaseosa y una línea de recirculación a través de la cual se suministra la fase líquida separada al lado de succión, caracterizado porque al menos una cámara de sedimentación se dispone en los medios de separación en los cuales una fase sólida se separa de la fase líquida y un reservorio separado de la cámara de sedimentación se forma para la fase líquida separada de sólidos, que se conecta a la línea de recirculación.

15.El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además la cámara de sedimentación se separa del reservorio mediante una pared de partición en la cual se forma un excedente o un pasaje.

16.El aparato de conformidad con la reivindicación 14 o 15, caracterizado porque además un filtro se configura corriente arriba de la línea de recirculación (50).

17.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 16, caracterizado porque además una válvula para un bombeado regular de la fase líquida se configura corriente arriba de o dentro de la línea de recirculación (50).

18.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 17, caracterizado porque además una salida de descarga de gas separada por la fase gaseosa separada se forma en el aparato de separación.

19.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 18, caracterizado porque además la cámara de separación se configura en un alojamiento separado de la bomba de fases múltiples.

20.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 19, caracterizado porque además una región de flujo reducido se forma en la cámara de separación.

21.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 20, caracterizado porque además una columna ascendente y/o una sección de tubería con forma en U se configura corriente arriba de la entra de la bomba de fases múltiples.

22.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 21, caracterizado porque además salida de descarga separada que puede cerrarse para la fase sólida separada se forma en los medios de separación.

23.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 22, caracterizado porque además la salida de descarga se iguala con un separador cielónico, una válvula giratoria y/o una válvula de control.

24.El aparato de conformidad con cualquier reivindicación 14 a 23, caracterizado porque además la cámara de sedimentación se conecta a la entrada.