MXPA00009381A - Unidad de bombeo tipo tornillo para el tratamiento de fluidos en varias fases. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a una unidad de bombeo tipo tornillo (51) para el tratamiento de fluidos en varias fases, que comprende una cubierta (54) que contiene una camara de bombeo (62), dentro de la cual estan acomodados por lo menos dos tornillos (70a, 70b), uno de los cuales (70a) es un tornillo de hincar, y sostiene en uno de sus extremos un primer engrane (108a), el cual engrana con un segundo engrane (108b), el cual a su vez es sostenido en un extremo de un tornillo accionado (70b); el primer y segundo engranes (108a, 108b) estan contenidos en una caja (110), la cual esta adaptada sobre los mismos y esta provista con por lo menos dos agujeros pasantes (112, 114) producidos en dos porciones sustancialmente opuestas, a traves de una de las cuales se puede admitir aceite en la caja (110), y en donde el aceite puede ser descargado a traves del otro agujero pasante (114), de modo que la caja (110), junto con los engranes (108a, 108b), forman una bomba de engranajes la cual puede mantener circulando el aceite lubricante de la unidad de bombeo (51).

Description

UNIDAD DE BOMBEO TIPO TORNILLO PARA EL TRATAMIENTO DE FLUIDOS EN VARIAS FASES MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a una unidad de bombeo tipo tornillo para el tratamiento de fluidos en varias fases. En particular, en este caso, se hace referencia a una unidad de bombeo tipo tornillo la cual se puede usar en la explotación de campos petroleros, y la cual debe ser por lo tanto capaz de tratar simultáneamente mezclas de fases múltiples que consisten en particular de aceite crudo en la fase líquida, así como sus gases acompañantes. Un problema que es aplicable en particular consiste en el hecho de que los campos petroleros que se conocen en la actualidad no son todos explotados. De hecho, sólo los campos que son económicamente viables y que tienen cierto tamaño, combinados con productos de calidad, son realmente explotados, y los otros campos que no son económicamente viables son considerados como "campos marginales". Los campos marginales se localizan usualmente en áreas inconvenientes en tierra o, cada vez con más frecuencia, están en áreas submarinas, en aguas de profundidades medias. Se considera que el desarrollo de los campos marginales es uno de los factores determinantes en la industria petrolera internacional en el futuro cercano. Este aspecto es aplicable en particular en el caso de campos submarinos, puesto que en la actualidad, se está llevando a cabo investigación del petróleo específicamente a este respecto. Con este conocimiento, se hará a continuación referencia particular a una unidad de bombeo la cual se puede usar para la extracción de petróleo crudo de campos subterráneos. Sin embargo, se debe entender que la presente ¡nvención se puede usar en otras aplicaciones diferentes, tales como también en un campo petrolero en tierra, y en un ambiente particularmente inconveniente. Para facilitar el entendimiento de la presente ¡nvención, se debe notar que las técnicas convencionales de extracción de petróleo crudo de un campo petrolero requieren que el fluido extraído de los pozos sea separado primero en la vecindad de la cabeza de los pozos en sus componentes líquido y gaseoso, los cuales son transportados subsecuentemente por medio de tubos o buques cisterna hacia un centro de procesamiento de petróleo. El centro de procesamiento de petróleo se localiza usualmente en tierra o en una torre de perforación de producción, y por lo tanto a una distancia del pozo la cual puede ser realmente considerable. Se apreciará que esto hace que el procedimiento de extracción y el tratamiento subsecuente del petróleo crudo sea extremadamente costoso, y significa que, como ya se señaló, muchos campos sean considerados como campos marginales, y sean por lo tanto no explotados debido a los altos costos que esto implicaría.

Sin embargo, en años recientes, se ha desarrollado una nueva técnica de producción que consiste en la extracción y transportación de la mezcla de fases múltiples, extraída de los pozos, hacia los centros de procesamiento, en donde es tratada. Esto provee por lo tanto una disminución sustancial en los costos, lo cual hace que muchos campos que fueron considerados previamente como marginales, sean económicamente viables. Para implementar la técnica de producción descrita, se han desarrollado unidades de bombeo las cuales pueden llevar a cabo simultáneamente tanto el servicio de impulso de los líquidos, como la compresión de los gases. Para hacer evidentes los problemas técnicos que son inherentes al bombeo y compresión simultáneos de un líquido y un gas en la misma máquina, se provee a continuación una breve descripción de una porción de una unidad de bombeo convencional típica para mezclas de fases múltiples, con relación a la figura 1 , en donde la unidad como un todo se indica mediante el número de referencia 11. La unidad 11 está diseñada para el bombeo de mezclas de fases múltiples para aplicaciones submarinas, en una configuración vertical. La unidad de bombeo 11 es del tipo tornillo, y consiste de una cubierta 12, en la cual están acomodados dos tornillos 14 que engranan entre sí. Cada uno de los tornillos 14 está provisto con una extensión cilindrica 16, la cual se extiende dentro de un alojamiento 18. En esta configuración, el alojamiento 18, el cual funciona como un soporte, funciona también como un depósito para el aceite lubricante. Las extensiones 16 están provistas con sellos 20 y cojinetes de soporte axiales radiales 22, los cuales están conectados a un cojinete de impulso 24. En el extremo de cada extensión 16, está provisto un engrane 26, el cual sincroniza el movimiento de los dos tornillos 14. Cada una de las extensiones cilindricas 16 hace girar a una bomba de lubricación 30, por medio de un acoplamiento 28. Existen dos bombas 30, para garantizar la fiabilidad de la unidad de bombeo 11. Las bombas 30 succionan el aceite contenido en el alojamiento 18, y lo mantienen circulando en un circuito de lubricación correspondiente, el cual no se muestra para facilitar la ilustración. El circuito de lubricación tiene una conexión 32 para suministro hacia un intercambiador (no mostrado) y una conexión 34 para retorno desde los sellos y cojinetes los cuales están dispuestos en la vecindad de los tornillos 14. Sin embargo, en algunos casos, estas unidades de bombeo convencionales no son confiables. Esto se debe principalmente a la presencia de las bombas de lubricación 30 que, si funcionan mal, ponen fuera de uso a la unidad de bombeo 11 completa. Otro factor que puede hacer desmerecer la fiabilidad de la unidad de bombeo consiste en la presencia de los acoplamientos 28, los cuales son también elementos que pueden estar sujetos a fallas o roturas. Es evidente que la posibilidad de que estas desventajas ocurran debe ser limitada hasta donde sea posible puesto que, debido al destino de las bombas en áreas submarinas, no se pueden llevar a cabo intervenciones de mantenimiento en las mismas, o se pueden llevar a cabo únicamente con dificultad considerable, y siempre a altos costos. Debe destacarse también que una falla de este tipo puede implicar el riesgo de detener la producción. El objetivo de la presente ¡nvención es eliminar las desventajas técnicas descritas, proveyendo una unidad de bombeo tipo tornillo para el tratamiento de fluidos en varias fases, el cual sea altamente confiable, particularmente en vista del uso para el cual las unidades de bombeo de este tipo están destinadas. Otro objetivo de la invención es proveer una unidad de bombeo que sea sustancialmente económica. Otro objetivo de la invención es proveer una unidad de bombeo para el tratamiento de fluidos en varias fases, el cual sea sustancialmente simple y confiable. Este y otros objetivos, de conformidad con la presente invención, se logran proveyendo una unidad de bombeo tipo tornillo para el tratamiento de fluidos en varias fases, la cual comprende una cámara de bombeo dentro de la cual existen acomodados por lo menos dos tornillos, en donde uno de dichos tornillos es un tornillo de hincar, y soporta en uno de sus extremos por lo menos un primer engrane, el cual engrana con por lo menos un segundo engrane, el cual está asociado con un tornillo accionado, en donde la conexión con otro de dichos tornillos permite el bombeo de una mezcla de líquido y gas desde por lo menos una boca de entrada hasta por lo menos una boca de salida, caracterizada porque dicho primer y segundo engranes están contenidos en una caja la cual está adaptada sobre los mismos, y está provista con por lo menos un primer agujero pasante a través del cual se puede admitir aceite en dicha caja, y por lo menos un segundo agujero pasante a través del cual el aceite puede ser descargado, de modo que dicha caja, junto con dichos engranes, forma una bomba de engranajes la cual puede mantener circulando el aceite lubricante de la unidad de bombeo. De conformidad con una primera modalidad, la unidad de bombeo de conformidad con la invención está provista con engranes que tienen por lo menos una ranura transversal con dos porciones dentadas, cada una de las cuales está conectada a la porción correspondiente del otro engrane. De conformidad con otra modalidad, la unidad de bombeo de conformidad con la presente invención está provista con un sello, el cual está acomodado dentro de las ranuras transversales de los engranes. Estos sellos impiden el reflujo del aceite, desde un área dentro de la caja la cual tiene alta presión, hasta otra la cual tiene una presión menor. Otras características de la invención se definen en las reivindicaciones anexas a la presente solicitud de patente. Debe observarse de esa manera que la característica específica de la invención consiste en haber creado una estructura compacta para la acomodación y el funcionamiento del sistema que permite bombear el aceite destinado para lubricación de la máquina. Por estos medios es posible, entre otras cosas, eliminar los componentes de bombeo de aceite, tales como bombas de lubricación y sellos correspondientes, permitiendo de esta manera la eliminación de componentes que fueron previamente críticos para la fiabilidad del sistema como un todo. Otras características y ventajas de una unidad de bombeo para el tratamiento de fluidos en varias fases de conformidad con la presente ¡nvención, serán evidentes a partir de la siguiente descripción, provista mediante ejemplos no limitativos, con relación a los dibujos esquemáticos anexos, en los cuales: La figura 1 muestra una sección transversal longitudinal de una unidad de bombeo tipo tornillo para el tratamiento de fluidos en varias fases de conformidad con la técnica conocida; La figura 2 muestra una sección transversal longitudinal de una unidad de bombeo de conformidad con la presente invención; La figura 3 muestra una sección transversal longitudinal de un detalle de la unidad de bombeo mostrada en la figura 2; La figura 4 muestra una sección transversal aumentada producida a lo largo de la línea IV-IV en la figura 3; y La figura 5 muestra una sección transversal longitudinal de una modalidad diferente del detalle de la unidad de bombeo de conformidad con la invención, mostrada en la figura 3.

Las figuras mencionadas anteriormente muestran una unidad de bombeo para el tratamiento de fluidos en varias fases, indicada como un todo por el número de referencia 51. La unidad de bombeo 51 comprende una cubierta exterior 52, dentro de la cual está provista una cubierta interior 54, la cual está conectada a la cubierta exterior 52 por medio de dos pestañas anulares 56. La cubierta interior 54, junto con las pestañas 56, forman cuatro cámaras que están conectadas entre sí. Dos cámaras de suministro laterales 58 son anulares, y están contenidas entre la cubierta 52 y la cubierta 54. Cada una de las últimas está provista con una boca de entrada 60, a través de la cual una mezcla que consiste de líquido y gas puede entrar en las cámaras 58. La cámara 58 comunica con una cámara de bombeo 62 dentro de la cubierta 54, y está conectada por medio de un agujero pasante central 64 a una cámara de suministro 66, la cual es central y es también anular. La cámara 66, que a su vez está provista con una boca de salida 68 a través de la cual, después de haber sido tratada por la unidad de bombeo 51 , la mezcla es transportada hacia un tubo de suministro (no mostrado). Dentro de la cámara 62 están acomodados un tornillo de hincar 70a y un tornillo accionado 70b. Cada uno de los tornillos 70a, 70b tiene dos porciones que se extienden desde cada uno de dos extremos hacia el centro, tienen una rosca helicoidal orientada en direcciones opuestas entre sí, y engranan con una rosca correspondiente en el otro tornillo 70b, 70a. Por estos medios, cuando la unidad de bombeo 51 está funcionando, las tensiones axiales sobre los tornillos 70a, 70b son compensadas, y la tensión axial resultante es muy limitada o es cero. Los dos tornillos 70a, 70b se extienden sustancialmente a lo largo de la longitud completa de la cámara 62, y tienen en sus propios extremos porciones cilindricas 72a, 72b, 74a, 74b por medio de las cuales son sostenidos y giran. Las porciones 72a, 72b son insertadas, con sellos 76a, 76b interpuestos, cada una en un agujero pasante en una primera placa 78, la cual cierra un extremo de la cubierta 52. Los mismos extremos 72a, 72b son también sostenidos por cojinetes 80a, 80b, los cuales son insertados en agujeros pasantes en una segunda placa 82, la cual es integral con la cubierta 52 y con la primera placa 78. Los cojinetes 80a, 80b son del tipo axial radial, y están conectados a un anillo 81a, 81 b el cual traba su traslación en dirección axial. Existe integral con la segunda placa 82 una tercera placa 84, la cual está provista con un agujero pasante, a través del cual la porción 72a pasa, con otro sello 86 interpuesto. Existe integral con la placa 84 un alojamiento 88, el cual forma una cámara 90. La cámara 90 acomoda un acoplamiento 92, el cual está conectado primeramente a un motor eléctrico (el cual no se muestra para facilitar la ilustración), y en segundo lugar a la porción 72a del tornillo de hincar. El motor eléctrico es usualmente suministrado por medio de un cable eléctrico (no mostrado), obtenido de una estación fija en tierra o en una torre de perforación. En el lado opuesto, la cubierta 52 es cerrada por medio de una placa 94, la cual está provista con agujeros pasantes, a través de los cuales las porciones 74a, 74b de los tornillos 70a, 70b pasan, con sellos 96a, 96b interpuestos. Existe integral con la placa 94 otra placa 98, la cual está provista también con dos agujeros pasantes, en la cual dos cojinetes 100a, 100b están provistos. Los cojinetes 100a, 100b son también del tipo axial radial, y están conectados cada uno a un cojinete de impulso 102a, 102b insertado sobre las porciones 74a, 74b, lo cual evita las traslaciones en dirección axial de los tornillos 70a, 70b. De hecho, cada uno de los cojinetes de impulso 102a, 102b está provisto con una pestaña, contra la cual está colocado un cojinete de impulso 104a, 104b, el cual es sostenido por otra placa 106, la cual tiene un borde plegado de modo que forma un espaldón para los cojinetes 104a, 104b. En el extremo de cada una de las porciones 74a, 74b, están engranes trabados 108a, 108b, los cuales engranan entre sí. Los engranes 108a, 108b están contenidos dentro de una caja 110, la cual es integral con la placa 106. La caja 110 consiste de un cuerpo 110a tipo compartimento, el cual se cierra por medio de una cubierta 110b. El engrane 108a, el cual es trabado sobre la porción 74a del tornillo de hincar 70a, transmite movimiento al engrane 108b, y hace girar por lo tanto al tornillo accionado 70b, en fase con el tornillo de hincar 70a. Además, la caja 110 está provista con dos agujeros pasantes 112, 114, los cuales son producidos en sus lados opuestos y son simétricos, a través de los cuales el aceite lubricante para todos los elementos de la unidad de bombeo 51 puede ser admitido o descargado. Por estos medios, la caja 110, junto con los engranes 108a, 108b, constituye una bomba de engranajes la cual es accionada por el motor eléctrico de la unidad de bombeo 51. La unidad de bombeo 51 para el tratamiento de fluidos en varias fases de conformidad con la presente invención funciona sustancialmente de la manera siguiente. La unidad de bombeo 51 es instalada usualmente en posición vertical, con el motor eléctrico dispuesto en la parte superior. La mezcla que va a ser tratada entra a la cámara 58 mediante las bocas 60. Desde ahí, pasa a la cámara de bombeo 62, en la vecindad de los extremos de los dos tornillos 70a, 70b. En la cámara 62, guiada por los tornillos 70a, y 70b, la mezcla sigue una trayectoria similar a la indicada por las flechas F y, pasando a través del agujero 64, entra en la cámara de suministro 66. Desde la cámara 66, el fluido pasa hasta el tubo de suministro (no mostrado), mediante la boca 68. Los tornillos 70a, 70b son hechos girar por el motor eléctrico. De hecho, el motor eléctrico hace girar al tornillo de hincar 70a. Este a su vez hace girar al tornillo 70b, mediante los engranes 108a, 108b conectados, lo cual garantiza el movimiento en fase de los tornillos. Al mismo tiempo, los engranes 108a y 108b presurizan al aceite lubricante, el cual es transportado en el circuito de lubricación, funcionando de esta manera como una bomba de engranajes. Una modalidad diferente de la unidad de bombeo para el procesamiento de fluidos en varias fases de conformidad con la presente invención, se muestra en la figura 5, en la cual los mismos números de referencia indican elementos que son idénticos o similares. En la modalidad mostrada en la figura 5, los engranes 108a y 108b están provistos con una ranura transversal 116 que separa en cada uno de los dos engranes 108a, 108b dos porciones dentadas, cada una de las cuales está conectada a la porción correspondiente del otro engrane 108b, 108a. En la modalidad de la figura 5, la ranura 116 está situada centralmente sobre los engranes 108a, 108b, pero se apreciará que en otras modalidades, la ranura 116 puede estar provista en la vecindad de uno de los extremos de los engranes, de modo que la bomba constituida por los engranes 108a, 108b, junto con la caja 110, pueda suministrar la velocidad requerida de flujo de aceite. Se apreciará que la caja 110 está provista con los agujeros pasantes 112, 114 que, sin embargo, en esta modalidad, están situados en las porciones dentadas conectadas entre sí, las cuales miran hacia la caja 110. Por estos medios, sólo una porción de los engranes 108a, 108b, es decir, la que sea adyacente a la caja 110, junto con la caja 110 misma, constituye la bomba de engranajes para la lubricación de los elementos de la unidad de bombeo de conformidad con la presente invención. Por estos medios, es posible limitar la velocidad de flujo del aceite que circula en el circuito de lubricación de la unidad de bombeo 51. De conformidad con una modalidad preferida, dentro de las ranuras 116 de los engranes 108a, 108b, está provisto un sello 118, el cual impide el reflujo del aceite desde un área de alta presión dentro de la caja 110, hacia otra área con una presión menor. Se ha encontrado en la práctica que la unidad de bombeo tipo tornillo para el tratamiento de fluidos en varias fases de conformidad con la invención es particularmente ventajosa, debido a la fiabilidad incrementada provista por la eliminación de componentes, tales como bombas de lubricación y acoplamientos correspondientes. Estas propiedades permiten de esta manera el uso confiable y una larga vida de servicio de la unidad de bombeo descrita, en los ambientes más variados y demandantes que varían desde submarinos hasta terrestres. La unidad de bombeo tipo tornillo para el tratamiento de fluidos en varias fases diseñada de esta manera, puede ser sometida a muchas otras modificaciones y variantes, todas las cuales están dentro del alcance de la ¡nvención. Además, todos los detalles pueden ser reemplazados por elementos técnicamente equivalentes. En la práctica, cualquier material y dimensión se puede usar, de acuerdo con los requerimientos técnicos.

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una unidad de bombeo tipo tornillo (51 ) para el tratamiento de fluidos en varias fases, que comprende una cámara de bombeo (62) dentro de la cual están acomodados por lo menos dos tornillos (70a, 70b), en donde uno de dichos tornillos (70a) en un tornillo de hincar, y soportes en uno de sus extremos en por lo menos un primer engrane (108a), el cual engrana con por lo menos un segundo engrane (108b), el cual está asociado con un tornillo accionado (70b), en donde la conexión con algún otro de dichos tornillos (70a, 70b) permite bombear una mezcla de líquido y gas desde por lo menos una boca de entrada (60) hasta por lo menos una boca de salida (68), caracterizada porque dicho primer y segundo engranes (108a, 108b), están contenidos en una caja (110) la cual está adaptada sobre los mismos, y está provista con por lo menos un primer agujero pasante (112), a través del cual es admitido aceite en dicha caja (110), y por lo menos un segundo agujero pasante (114), a través del cual el aceite puede ser descargado, de modo que dicha caja (110), junto con dichos engranes (108a, 108b), forman una bomba de engranajes la cual puede mantener circulando el aceite lubricante de dicha unidad de bombeo (51).

2.- La unidad de bombeo (51) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha cámara de bombeo (62) comprende una cubierta exterior (52) la cual acomoda una cubierta interior (54), la cual está conectada a dicha cubierta exterior (52) por medio de pestañas (56) entre dicha cubierta interior (52) y dicha cubierta exterior (54), siendo formada por lo menos una cámara de suministro (58), en la cual dicha mezcla puede entrar mediante por lo menos una boca de entrada (60), dicha cámara de suministro (58) (por lo menos una) estando conectada a dicha cámara de bombeo (62) dentro de dicha cubierta interior (54), la última estando conectada a su vez mediante por lo menos un agujero pasante (64), a por lo menos una cámara de suministro (66), la cual está provista con por lo menos una boca de salida (68) a través de la cual, después de haber sido tratada por dicha unidad de bombeo (51), dicha mezcla es transportada hacia un tubo de suministro.

3.- La unidad de bombeo (51) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dichos tornillos (70a, 70b) se extienden sustancialmente a lo largo de la longitud completa de dicha cámara de bombeo (62), y en sus propios extremos tienen porciones cilindricas (72a, 72b, 74a, 74b) por medio de las cuales son sostenidos y giran.

4.- La unidad de bombeo (51) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dichos agujeros pasantes (112, 114) están provistos en porciones opuestas de dicha caja (110).

5.- La unidad de bombeo (51) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dichos engranes (108a y 108b) están provistos con por lo menos una ranura transversal (116), la cual separa dos porciones dentadas, cada una de las cuales está conectada a la porción correspondiente del otro engrane (108b, 180a).

6.- La unidad de bombeo (51) de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque los agujeros pasantes (112, 114) a través de los cuales el aceite lubricante puede ser admitido o descargado, están situados en porciones dentadas, las cuales están conectadas entre sí, de dichos engranes (108a, 108b) formados por dicha ranura transversal (116), la cual mira hacia dicha caja (110), de modo que únicamente estas últimas porciones constituyen dicha bomba de engranajes.

7.- La unidad de bombeo (51) de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque dentro de dichas ranuras transversales (116) de dichos engranes (108a, 108b), está provisto por lo menos un sello (118), el cual impide el reflujo del aceite desde un área de alta presión dentro de dicha caja (110), hasta otra área con una presión menor.

8.- La unidad de bombeo (51) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicha caja (110) consiste de un cuerpo (110a) tipo compartimento, el cual se cierra por medio de una cubierta (110b).

9.- La unidad de bombeo (51 ) para el tratamiento de fluidos en varias fases, según se describe e ilustra, y para los propósitos especificados.