WO2012066514A1 - Sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tuberia flexible para extracción de fluidos - Google Patents

Sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tuberia flexible para extracción de fluidos Download PDF

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WO2012066514A1
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Definitions

  • the present invention relates to a system for the extraction of fluids from a well that does not have sufficient oil field energy to raise the produced fluids to the surface, in particular, an artificial production system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction, and maintenance by simultaneous pumping of chemicals to said well to modify the physical properties of the fluid to be extracted and clean the deposit of organic and inorganic material in the well.
  • the oil is extracted by drilling a well over a reservoir.
  • the pressure in the well is sufficient, it will force the natural exit of the oil through the well for its subsequent treatment and / or distillation.
  • the rod pump system is used (also known as pump jack, horsehead pump, beam pump, sucker rod pump, etc.) which is the surface part of an impeller piston pump.
  • Rod pump systems are common in oilfield extraction and their size is determined by the depth, the inside diameter of the pipe inside the well and the density or viscosity of the oil to be extracted, where deeper extraction requires more energy to move longer lengths of the fluid column.
  • a crank-crank mechanism converts the rotary movement of the motor to an alternative vertical movement that moves the pump rod, and produces the upper to lower repetitive movement.
  • Rod pumps are driven by a motor. Said motor moves a pulley system that in turn connects to a connecting rod, to compensate for the weight of the rod string that reaches the bottom of the well.
  • the connecting rod goes up and down a crank connected to the end of a beam, at the other end of the beam, is the head.
  • a cable made of steel connects the head with the polished rod, which passes through a sealing box, allowing it to move in and out of the pipe without fluid leaking from the well (The pipe runs to the bottom of the well).
  • a reciprocating pump which contains two valves: a stationary valve and a valve in the piston connected to the end of the rods with trajectory upper and lower, known as the "traveling valve".
  • US 7,475,731 discloses an apparatus and method for cleaning an underground well by means of fluid injection and subsequent sediment suction.
  • North American No. 6,502,639 provides an improved pumping system, which includes a subsoil pump, a pipe column and a surface pumping unit.
  • the subsoil pump is held in the well and is driven by repetitive upward and downward movements of the tube.
  • the subsoil pump pumps liquids to the surface through the intubation column.
  • This patent describes a system that uses a tube to "move" a reciprocating pump, however the system is exclusive for the extraction of oil and in case of failures or breakdowns that prevent its operation all the equipment must be disassembled, including the one that is found in the basement, for repair.
  • the system extracts oil exclusively through the concentric pipeline, freeing the piping column.
  • a further object of the present invention is to provide an artificial simultaneous production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction from a well where said well does not have the necessary reservoir energy to raise the produced fluids to the surface. .
  • a further object of the present invention is to provide an artificial simultaneous production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction, where the internal pipe is flexible.
  • Another object of the present invention is to provide an artificial simultaneous production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction, which reduces logistics and installation costs because it is easy to maneuver.
  • a further object of the present invention is to provide a simultaneous artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction, in which production is obtained through the production pipe in its annular space with the pipe flexible.
  • Another object of the present invention is provide an artificial system of simultaneous production and maintenance assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction, which allows a pumping of fluids from the surface inside or through the flexible pipe to give efficiency to cleaning and external displacement, outside of the flexible pipe, to have an optimum speed in the annular area for cleaning and the production of hydrocarbons.
  • Figure 1 shows a front view of an artificial simultaneous production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction.
  • Figure 2 shows a front view of a bottom assembly that is part of the artificial simultaneous production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction.
  • Figure 3 shows a front view of a surface assembly that is part of the artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction.
  • Figure 4 shows a schematic view of the flow of chemical or cleaning fluid of the artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction and simultaneous cleaning of a well.
  • Figure 5 shows a schematic view of the production fluid flow of the artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction.
  • Figure 6 shows a front view of the hydraulic traction head assembly that is part of the artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction.
  • connection and splicing means (15) • production pipe (16)
  • FIG. 1 an artificial production and maintenance system 100 assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction is illustrated.
  • a well 10 is observed that extends from the surface of the soil through the ground to connect with the reservoir 11.
  • the oil or hydrocarbon from the reservoir 11 is extracted by means of well 10.
  • the artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction of the present invention is installed inside the well 10.
  • the artificial system of simultaneous production and maintenance assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction of the present invention works in conjunction with equipment mounted on the surface of the well by means of a surface assembly 30 which for such purposes includes a sub-base 513 and a hydraulic traction head 50.
  • the equipment is part of the state of the art and is responsible for supporting the weight of the pipes that They allow the circulation of fluids to the surface and inside the well.
  • the surface assembly 30 that is part of the artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction 100 includes: a gland system 510 for control of production fluids outside, as well as a preventer 511 with annular seals, and a 512 wedge preventer to secure the flexible pipe.
  • connection and splicing means 15 allow the securing and securing of the production pipe 16.
  • Said production pipe 16 extends vertically downwardly inside the casing pipe 12, the production pipe 16 being inside the casing pipe 12 and concentrically placed each.
  • a flexible pipe 14 extends vertically downwards, from where it is projected again to continue with its original direction down into well 10.
  • the flexible pipe 14 is located directly inside the production pipe 16, extending along its entire length, thus the casing pipe 12, the production pipe 16 and the flexible pipe 14 being concentric with each other.
  • FIG. 2 shows a pump assembly 19 in accordance with the present invention
  • the pump assembly 19 is secured to the lower end of the flexible pipe 14, seated and anchored at the lower end by means of an anchor shoe 197 of the pipe of production 16.
  • the securing between the pumping assembly 19 and the flexible pipe 14 is carried out by means of a connector 17, a link element that is located at the top of the pumping assembly 19.
  • check valve 192 which has the function of preventing the fluids that are extracted from the well from flowing inside the flexible pipe 14.
  • the valve check 192 in turn is connected to a cleaning tool 194.
  • Cleaning tool 194 includes a plurality of circulation ports 1941 on its surface.
  • Said 1941 circulation ports consist of outlets for fluids and chemicals that will be pumped from the surface from the inside. of the flexible pipe 14.
  • the cleaning tool 194 is the element of the pump assembly 19 through which the pumped liquids flow from the surface. Said cleaning tool 194 is coupled by means of a blind connection 195 directly to the stationary pump 21 of the pumping assembly 19.
  • the blind connection 195 is the only element of the pumping assembly 19 where there is no flow of any fluid, since either from those coming from the surface or from those extracted directly from the reservoir 11.
  • the blind connection 195 is connected by means of a thread with the plunger pump 21 which has the function of allowing the flow from the reservoir 11 to flow out of the production holes 200, and this is pumped by the annular space 20 to the surface .
  • FIG. 4 it illustrates the pattern of circulation of chemicals and fluids inside the artificial simultaneous production and maintenance system 100 assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction .
  • Said fluids are pumped from the surface of the well, by means of the surface equipment, through the flexible pipe 14 and to the cleaning tool 194 where the pumped fluids will leave through the circulation ports 1941.
  • the flow pumped inside the flexible pipe 14 returns again to the surface flowing through the annular area 20, which is formed by the flexible pipe 14 and the pipe of Production 16.
  • fluids needed to clean and drain the well can be among others: fluids needed to clean and drain the well, products Chemicals for the dissolution of paraffin deposits, asphalts and inlays caused by carbonates, chemical fluids to modify various parameters of the fluids from the reservoir such as viscosity, density, etc.
  • the artificial system of simultaneous production and maintenance assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction 100 allows the continuous injection of viscosity reducing agents to improve production during the operation of the pump 21. It is important to do mention that the pumping of any of the mentioned chemical products can be carried out during the oil or hydrocarbon extraction process of the reservoir 11. In this way maintenance can be applied to the artificial production system and simultaneous maintenance assisted by mechanical pumping with flexible pipe for extracting fluids 100 in well 10, by pumping chemicals from the surface equipment to clean, dissolve paraffin deposits, asphalts, descale mineral salts and reduce viscosity. Said chemical products flow inside the flexible pipe 14, without the need to extract the mechanical pumping equipment, including the pump, which implies a significant saving in the time the equipment stops working from well 10.
  • the artificial system of simultaneous production and maintenance assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction 100 is a new system that requires less time for installation and extraction than any conventional mechanical pumping system.
  • the flexible pipe string 14 can be designed according to the needs of depth, pressure and expected loads during the operation, and the diameter, wall thickness and rigidity of the material can vary.
  • the internal displacement in the flexible pipe 14 is provided to give efficiency to the cleaning and / or maintenance and the external displacement in the flexible pipe 14 in conjunction with the internal displacement of the production pipe 16 to have the annular area 20 for the optimal production of hydrocarbons.
  • the flexible pipe 14 bends or folds easily and is continuous, without connections or links, it makes its installation and / or removal noticeably faster than a system of coupled rods or pipes.
  • the artificial system of simultaneous production and maintenance assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction 100 the times of suspension of the well operation by cleaning and dewatering are very reduced, because it is possible to add chemicals, like any of those mentioned in the present application, during the operation of the mechanical pumping; thus allowing the optimization of the production of well 10 and consequently a cost saving in the operation of the well.
  • the simultaneous artificial production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction 100 of the present invention may vary in lengths, thicknesses and / or capacities of each of the elements that make up said artificial simultaneous production and maintenance system assisted by mechanical pumping with flexible pipe for fluid extraction 100.
  • the upward movement generated by the hydraulic traction head 50 is generated by means of hydraulic flow received from a power unit not shown in the figures, the hydraulic flow is received through the hydraulic connections 501, said hydraulic flow causes the pistons 502 hydraulics extend longitudinally causing the cables to steel514 extend through a set of pulleys 503 and lift a guide carriage 505 so that it in turn lifts the flexible pipe 14 itself that is secured to the guide carriage by means of a set of jaws 506.
  • the downward movement generated by the hydraulic traction head 50 is generated by emptying the hydraulic fluid of the hydraulic pistons 502 in a controlled manner by the same hydraulic power unit, said movement is performed in inverse manner to the upward movement described previously.
  • Another function of the hydraulic head 50 is to allow the introduction of fluids or chemicals into the well through the flexible pipe 14, this is done by pumping said fluids or chemicals through a pumping connection 504 known as type 1502, the fluid is transmitted to a fixed metal tube 518 secured to the metal structure 515, said tube is connected to a flexible hose by means of a swivel connection 517 and the other end of the hose 509 is connected to the flexible pipe 14 by means of another connection swivel 508 and a high pressure connector 507, and pointing as a basic element to the discharge pipe 201, which is where the final product circulates (derived from the flow obtained in the well).
  • a pumping connection 504 known as type 1502
  • the fluid is transmitted to a fixed metal tube 518 secured to the metal structure 515, said tube is connected to a flexible hose by means of a swivel connection 517 and the other end of the hose 509 is connected to the flexible pipe 14 by means of another connection swivel 508 and a

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Abstract

Un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, el cual comprende: un ensamble de superficie que incluye una sub-base, un cabezal de tracción hidráulico, un prensaestopas, un preventor con sellos anulares, un preventor de cuñas y un medio de conexión y empalme; proveniente del ensamble de superficie se extiende verticalmente hacia abajo al interior de un pozo una tubería de producción; una tubería de revestimiento; una tubería flexible ubicada en el interior de la tubería de producción, extendiéndose en toda su longitud quedando la tubería de revestimiento, la tubería de producción y la tubería flexible una dentro de la otra y colocadas concéntricamente entre si; y un ensamble de bombeo que incluye un conector, una válvula check, una herramienta de limpieza, una bomba estacionaria. El sistema permite la producción asistida por bombeo mecánico para extracción de fluidos, y mantenimiento por bombeo simultáneo de productos químicos a dicho pozo para modificar las propiedades físicas del fluido a extraer y limpiar el depósito de material orgánico e inorgánico en el pozo.

Description

SISTEMA ARTIFICIAL DE PRODUCCIÓN Y MANTENIMIENTO SIMULTÁNEO ASISTIDO POR BOMBEO MECÁNICO CON TUBERIA FLEXIBLE PARA EXTRACCIÓN DE FLUIDOS
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a un sistema para la extracción de fluidos de un pozo que no cuenta con energía de yacimiento petrolero suficiente para elevar los fluidos producidos a la superficie, en particular, un sistema artificial de producción asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, y mantenimiento por bombeo simultáneo de productos químicos a dicho pozo para modificar las propiedades físicas del fluido a extraer y limpiar el depósito de material orgánico e inorgánico en el pozo.
Antecedentes de la Invención
El petróleo se extrae por medio de la perforación de un pozo sobre un yacimiento. En caso de que la presión en el pozo sea suficiente, forzará la salida natural del petróleo a través del pozo para su posterior tratamiento y/o destilación. Cuando no hay suficiente presión en el yacimiento para que el petróleo fluya hasta la superficie y para mantener la producción en el mismo, se utiliza el sistema de la bomba de varilla (Conocida también como pump jack, horsehead pump, beam pump, sucker rod pump, etc.) la cual es la parte superficial de una bomba impelente de pistón.
Los sistemas de bombas de varilla son comunes en la extracción en yacimientos de petróleo y su tamaño es determinado por la profundidad, el diámetro interior de la tubería dentro del pozo y la densidad o viscosidad del petróleo a extraer, donde una extracción más profunda requiere más energía para mover mayores longitudes de la columna de fluido. Un mecanismo de biela-manivela convierte el movimiento rotatorio del motor a un movimiento alternativo vertical que mueve la varilla de la bomba, y produce el movimiento reiterativo superior a inferior .
Las bombas de varilla son accionadas por un motor. Dicho motor mueve un sistema de poleas que a su vez se conecta a una biela, para compensar el peso de la sarta de varillas que llega hasta el fondo del pozo. La biela sube y baja una manivela conectada al extremo de una viga, en el otro extremo de la viga, se encuentra el cabezal. Un cable hecho de acero conecta el cabezal con la varilla pulida, que pasa a través de una caja de sellado, dejándola moverse dentro y fuera de la tubería sin que se escape el fluido del pozo (La tubería recorre hasta el fondo del pozo) . En el fondo de la perforación se encuentran una bomba reciprocante, la cual contiene dos válvulas: una válvula inmóvil y una válvula en el pistón conectada al final de las varillas con trayectoria superior e inferior, conocida como la "válvula viajera".
Una vez instalados los sistemas de bomba de varilla para la extracción de petróleo se mantiene la producción hasta que se presentan problemas, normalmente en el fondo del pozo, al empezarse a acumular sustancias como carbonatos, parafinas, asfáltenos, arena, residuos de formación y corrosión entre otros.
Al acumularse dichas sustancias se empieza a generar desgaste en los asientos de las válvulas fijas y viajeras, asi como en los espacios reducidos entre el recipiente viajero y la pared pulida del tubo exterior de la bomba reciprocante, causando una falta de sello y evitando que la producción suba eficientemente a la superficie o inclusive llegando a quedar atorados impidiendo su funcionamiento. Asimismo el gas existente en el yacimiento puede dar lugar a cavitaciones que traban la bomba, donde debido a la alta compresibilidad del gas la presión acumulada no es suficiente para abrir las válvulas y se bombea poco o nada.
Al ocurrir esto es necesario sustraer todo el equipo del subsuelo del pozo a la superficie para realizar reparaciones o para ser reemplazado. Esta operación es llevada a cabo con un equipo varillero que consiste en una torre con un malacate de suficiente capacidad para cargar todas las varillas en el pozo. La operación de extracción, substitución e introducción se lleva a cabo en un tiempo que va de 2 a 24 horas dependiendo de la profundidad del pozo. Es conveniente esperar entre cada extracción e introducción que se lleve a cabo una limpieza del fondo del pozo para evitar que los desperfectos se repitan con mayor frecuencia. La limpieza del pozo se lleva a cabo en un tiempo que va de uno a siete dias según el equipo que se utilice para la limpieza (equipo de reparación, equipo de linea o equipo de tubería flexible) , esto implica operaciones costosas y una pérdida de producción por bastante tiempo.
Es común en el arte previo encontrar información relacionada con la limpieza de pozos petroleros como la Patente norteamericana No. 5,095,976, misma que otorga protección a un equipo de limpieza de pozos por medio de una tubería interna y elementos reciprocantes.
El documento US 7,475,731 da a conocer un aparato y método para la limpieza de un pozo subterráneo por medio de la inyección de fluido y posterior succión de los sedimentos.
El uso de un aparato para limpiar pozos que comprende un transporte tubular que se extiende desde la superficie a la región del pozo que se requiere limpiar por medio de bombas en el fondo del pozo se conoce a partir del documento EP 1852571.
Además de los sistemas y/o métodos de limpieza de pozos incluidos en el arte previo, también existen documentos que protegen sistemas para la producción más eficiente de los pozos por bombeo de varilla, Sin embargo, dichos sistemas son susceptibles de la acumulación de sustancias que causan la falta de sello y en consecuencia es necesario se desmonte el equipo completo para su reparación o mantenimiento.
Un sistema de bombeo de desplazamiento dual apropiado para la producción de fluidos de un pozo se plantea en el documento US 6,585,049. Este documento da a conocer una bomba y un sistema de bombeo de desplazamiento dual, en la que el sistema incluye una bomba de subsuelo, una columna de tubería de producción, una unidad de bombeo en superficie conectada a la bomba de subsuelo por un medio que transmite movimientos recíprocos. Dicho documento incluye la presencia de una columna de tubería de producción y tiene una producción por dentro del mismo y en su parte anular, es decir la columna de entubación. Al igual que en los sistemas de extracción de hidrocarburos que incluyen tubería interna en la columna de entubación, el sistema de la Patente Norteamericana Λ049 necesariamente requiere desmontar y separar los elementos de la estructura superficial y del subsuelo para mantenimientos preventivos, predictivos o correctivos, traduciéndose esto en pérdidas de producción .
Mientras el sistema descrito por la Patente
Norteamericana No. 6,502,639 proporciona un sistema mejorado de bombeo, que incluye una bomba de subsuelo, una columna de entubacion y una unidad de bombeo superficial. La bomba del subsuelo está sujeta en el pozo y es impulsada por movimientos repetitivos ascendentes y descendentes del tubo. La bomba de subsuelo bombea líquidos a la superficie por medio de la columna de entubacion. Dicha patente describe un sistema que utiliza un tubo para "mover" una bomba reciprocante, sin embargo el sistema es exclusivo para la extracción de petróleo y en caso de fallas o descomposturas que impidan su funcionamiento todo el equipo debe ser desmontado, incluyendo el que se encuentra en el subsuelo, para su reparación. Además el sistema extrae petróleo exclusivamente por la tubería concéntrica dejando libre la columna de entubacion.
De esta manera, no se menciona en el estado de la técnica un sistema de bombeo mecánico con tubería flexible para la extracción de un pozo y limpieza simultánea de dicho pozo, eficientando el proceso productivo y evitando gastos por reparación o mantenimiento.
Objetos de la Invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos de un pozo y limpieza simultánea de dicho pozo. Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos de un pozo en donde dicho pozo no cuenta con la energía de yacimiento necesaria para elevar los fluidos producidos a superficie .
Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, en donde la tubería interna sea flexible.
Es un objeto más de la presente invención proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, el cual efectúe el mantenimiento y limpieza del pozo sin necesidad de desmontar el equipo y accesorios de extracción del subsuelo o de la superficie.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, el cual reduce costos de logística e instalación por ser de fácil maniobrabilidad .
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos que sustituya las barras o varillas de acero por una tubería flexible que admita la circulación de fluidos y que permita el acoplamiento de una bomba de émbolo.
Es aún otro objeto más de la presente invención proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos en donde la tubería flexible admita la inyección de fluidos químicos para limpieza, desincrustación de depósitos de la tubería, desarenamiento del pozo y sistema de producción y reducción de viscosidad.
Un objeto más de la presente invención es proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, en el cual se obtenga la producción a través de la tubería de producción en su espacio anular con la tubería flexible.
Es aún otro objeto más de la presente invención proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, en donde la tubería flexible admita la inyección de fluidos químicos para limpieza del pozo.
Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, el cual permita un bombeo de fluidos desde la superficie por dentro o a través de la tubería flexible para dar eficiencia a la limpieza y desplazamiento externo, fuera de la tubería flexible, para contar con una velocidad óptima en el área anular para limpieza y la producción de hidrocarburos .
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La invención será descrita en mayor detalle con respecto a las figuras que la acompañan, en donde:
La Figura 1 muestra una vista frontal de un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos.
La Figura 2 muestra una vista frontal de un ensamble de fondo que forma parte del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos .
La Figura 3 muestra una vista frontal de un ensamble de superficie que forma parte del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos. La Figura 4 muestra una vista esquemática del flujo del fluido químico o de limpieza del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos y limpieza simultánea de un pozo.
La Figura 5 muestra una vista esquemática del flujo del fluido de producción del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos.
La Figura 6 muestra una vista frontal del ensamble del cabezal de tracción hidráulico que forma parte del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos.
A continuación se muestra un listado de los elementos técnicos que incorpora la invención.
Lista de elementos técnicos de la invención. sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos (100)
yacimiento (11)
pozo (10)
tubería de revestimiento (12)
ensamble de superficie (30)
medio de conexión y empalme (15) • tubería de producción (16)
• tubería flexible (14)
• conector (17)
• ensamble de bombeo (19)
• zapata de anclaje (197)
• válvula check (192)
• herramienta de limpieza (194)
• Puertos de circulación (1941)
• conexión ciega (195)
• orificios de producción (200)
• espacio anular (20)
• bomba de émbolo (21)
• tubería de descarga (201)
• sistema de cabezal hidráulico (50)
• conexión hidráulica (501)
• pistones hidráulicos (502)
• Poleas (503)
• conexión de bombeo tipo 1502 (504)
• carro guía (505)
• Mordaza (506)
• conector de alta presión (507)
• Conexión hidráulica viajera (508)
• manguera de bombeo (509)
• sistema de prensa estopas (510)
• preventor con sellos anulares (511)
• preventor de cuñas (512)
• sub-base (513) cable de acero (514)
estructura cabezal (515)
sensor de carrera (516)
Conexión hidráulica estacionaria
tubo de bombeo (518)
Descripción Detallada de la Invención
Haciendo referencia a las figuras anexas, específicamente a la Figura 1, en ella se ilustra un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo 100 asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos. En dicha figura 1, se observa un pozo 10 que se extiende desde la superficie del suelo a través de la tierra para conectarse con el yacimiento 11.
El petróleo o hidrocarburo del yacimiento 11, se extrae por medio del pozo 10. En el interior del pozo 10 se encuentra instalado el sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos lOOde la presente invención, el cual incluye una tubería de revestimiento 12 que se extiende a lo largo del pozo 10 desde la superficie hasta el yacimiento 11.
El sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos lOOde la presente invención trabaja en conjunto con un equipo montado en la superficie del pozo por medio de un ensamble de superficie 30 que para dichos fines incluye una sub-base 513 y un cabezal de tracción hidráulico 50. El equipo forma parte del estado de la técnica y es el responsable de sostener el peso de las tuberías que permiten la circulación de los fluidos a la superficie y al interior del pozo. El ensamble de superficie 30 que forma parte del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 incluye: un sistema de prensaestopas 510 para control de los fluidos de producción al exterior, así como un preventor 511 con sellos anulares, y un preventor 512 de cuñas para asegurar la tubería flexible. En la boca del pozo 10, como parte del ensamble de superficie 30, se encuentra un medio de conexión y empalme 15, que consiste en una brida que une dicho ensamble de superficie 30 con una tubería de producción 16. El medio de conexión y empalme 15 permiten la sujeción y aseguramiento de la tubería de producción 16. Dicha tubería de producción 16, se extiende verticalmente hacia abajo en el interior de la tubería de revestimiento 12, quedando la tubería de producción 16 dentro de la tubería de revestimiento 12 y colocadas concéntricamente entre si. De igual manera, proveniente del equipo superficial se extiende verticalmente hacia abajo una tubería flexible 14 , de donde se proyecta nuevamente para continuar con su dirección original hacia abajo al interior del pozo 10.
La tubería flexible 14 se ubica directamente en el interior de la tubería de producción 16, extendiéndose en toda su longitud, quedando de esta manera la tubería de revestimiento 12, la tubería de producción 16 y la tubería flexible 14 concéntricas entre si.
La Figura 2 muestra un ensamble de bombeo 19 de conformidad con la presente invención, el ensamble de bombeo 19 es asegurado al extremo inferior de la tubería flexible 14, sentado y anclado en el extremo inferior por medio de una zapata de anclaje 197 de la tubería de producción 16. El aseguramiento entre el ensamble de bombeo 19 y la tubería flexible 14, se lleva a cabo por medio de un conector 17, elemento de enlace que se encuentra ubicado en la parte superior del ensamble de bombeo 19.
Asimismo otro de los elementos incluidos en el ensamble de bombeo 19 es la válvula check 192 que tiene la función de evitar que los fluidos que se extraen del pozo fluyan por el interior de la tubería flexible 14. En el ensamble de bombeo 19, la válvula check 192 a su vez se encuentra conectada con una herramienta de limpieza 194. La herramienta de limpieza 194 incluye en su superficie una pluralidad de puertos de circulación 1941.
Dichos puertos de circulación 1941 consisten de orificios de salida para los fluidos y productos químicos que serán bombeados desde la superficie por el interior de la tubería flexible 14.
La herramienta de limpieza 194 es el elemento del ensamble de bombeo 19 por donde fluyen los líquidos bombeados desde la superficie. Dicha herramienta de limpieza 194 se acopla por medio de una conexión ciega 195 directamente a la bomba estacionaria 21 del ensamble de bombeo 19. La conexión ciega 195, es el único elemento del ensamble de bombeo 19 por donde no existe flujo de ningún fluido, ya sea de los provenientes de la superficie o bien de los extraídos directamente del yacimiento 11.
La conexión ciega 195 está conectada por medio de una rosca con la bomba émbolo 21 que tiene la función de permitir que por los orificios de producción 200, salga el flujo proveniente del yacimiento 11, y este sea bombeado por el espacio anular 20 a la superficie.
Tal y como se menciona en el capítulo de antecedentes de la invención uno de los problemas más frecuentes en el sistema de bombeo mecánico, es el arrastre de arena proveniente del yacimiento 11 hasta la tubería de producción que afecta directamente el sistema de bombeo y transporte de crudo o cualquier hidrocarburo a la superficie. Los depósitos de arena en las bombas o cualquiera de los elementos del sistema de extracción por bombeo mecánico generan una reducción de eficiencia y desgaste de sus componentes, rebasando las tolerancias de desgaste para su funcionamiento y como consecuencia el pozo deja de producir.
Como secuela y derivado de lo anterior, el pozo frecuentemente es programado para mantenimiento preventivo y correctivo al sistema de extracción, requiriendo la desinstalación del sistema completo para limpieza, cambios de bomba, tuberías, "copies" u otros accesorios, lo que implica perdidas por paros del proceso productivo y tiempos de producción.
En contraste con lo descrito anteriormente y haciendo referencia a la figura 4, en ella se ilustra el patrón de circulación de productos químicos y fluidos en el interior del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo 100 asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos . Dichos fluidos son bombeados desde la superficie del pozo, por medio del equipo superficial, a través de la tubería flexible 14 y hasta la herramienta de limpieza 194 por donde los fluidos bombeados saldrán a través de los puertos de circulación 1941. Tal y como se puede observar en las flechas que ejemplifican la circulación del fluido en la figura 4, el flujo bombeado por el interior de la tubería flexible 14 regresa nuevamente a la superficie fluyendo por el área anular 20, que se forma por la tubería flexible 14 y la tubería de producción 16. La variedad de fluidos que pueden ser bombeados para mantenimiento del pozo pueden ser entre otros: fluidos necesarios para limpiar y desarenar el pozo, productos químicos para la disolución de depósitos de parafina, asfaltos e incrustaciones causadas por carbonatos, fluidos químicos para modificar diversos parámetros de los fluidos provenientes del yacimiento como viscosidad, densidad, etc.
Con relación a lo anterior, el sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 permite la inyección continua de agentes reductores de viscosidad para mejorar la producción durante la operación de la bomba 21. Es importante hacer mención que el bombeo de cualquiera de los mencionados productos químicos puede llevarse a cabo durante el proceso de extracción de petróleo o hidrocarburo del yacimiento 11. De esta manera se puede aplicar mantenimiento al sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 en el pozo 10, mediante el bombeo de productos químicos desde el equipo superficial para limpiar, disolver depósitos de parafina, asfaltos, desincrustar sales minerales y reducir la viscosidad. Dichos productos químicos fluyen en el interior de la tubería flexible 14, sin necesidad de extraer el aparejo de bombeo mecánico, incluyendo la bomba, lo que implica un ahorro importante en el tiempo que deja de trabajar el equipo del pozo 10. De igual manera es posible el arrastre de arena y sólidos a la superficie de una manera eficiente haciéndolos fluir por el área anular 20 del sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 de la presente invención. Todo lo anterior ayuda en la prevención de fallas en las bombas del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 aumentando considerablemente el tiempo de producción del pozo 10, antes de una reparación o mantenimiento mayor.
Es importante señalar que el sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 es un novedoso sistema que requiere menor tiempo para su instalación y extracción que cualquier sistema convencional de bombeo mecánico. Por ejemplo la sarta de tubería flexible 14 puede diseñarse de acuerdo a las necesidades de profundidad, presión y cargas esperadas durante la operación, pudiendo variar diámetro, espesor de pared y rigidez del material. De esta manera se prevé el desplazamiento interno en la tubería flexible 14 para dar eficiencia a la limpieza y/o mantenimiento y el desplazamiento externo en la tubería flexible 14 en conjunto con el desplazamiento interno de la tubería de producción 16 para tener el área anular 20 para la óptima producción de hidrocarburos. Por otro lado y en virtud de que la tubería flexible 14 se dobla o pliega con facilidad y es continua, sin conexiones o enlaces, hace que su instalación y/o extracción sea notablemente más rápida que un sistema de varillas o tuberías acopladas.
Por las características de la tubería flexible 14 y el equipo en general del sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo 100 asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos es posible mantener un control de la presión, permitiendo hacer maniobras durante la producción en el pozo 10 sin necesidad de utilizar fluidos para control de presión .
Con relación a la producción en el pozo 10, se hace referencia a la figura 5, en donde se ilustra la circulación del fluido proveniente del yacimiento 11, en el interior del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo 100 asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos . Dicho fluido es bombeado desde el yacimiento 11 a la superficie del pozo, por medio del ensamble de bombeo 19. La producción del fluido proveniente del yacimiento 11 entra por la bomba de émbolo 21, ubicada en la parte inferior del ensamble de bombeo 19 y sale por los orificios de producción 200 hacia el espacio anular 20 para posteriormente fluir a la superficie a través de dicho espacio anular 20 que se forma entre el interior de la tubería de producción 16 y la tubería flexible 14. De esta manera se cuenta con un desplazamiento de fluido interno por la tubería flexible 14 hacia el interior del pozo para dar eficiencia a la limpieza y mantenimiento fuera de la tubería flexible 14, para mantener el espacio anular 20 óptimo para producción de hidrocarburos.
El sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 que incluye una tubería flexible 14 reduce de manera importante los costos de mantenimiento en el pozo 10, debido a la facilidad para bombear productos químicos y reducir la frecuencia de las intervenciones de reparaciones al pozo. Con el sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100, los tiempos de suspensión de operación del pozo por limpiezas y desarenamientos son muy reducidos, en virtud de que es posible agregar productos químicos, como cualquiera de los mencionados en la presente solicitud, durante el funcionamiento del bombeo mecánico; permitiendo de esta manera la optimización de la producción del pozo 10 y en consecuencia un ahorro de costos en la operación del pozo .
Asimismo será evidente que dependiendo de la profundidad o características del pozo 10, así como la capacidad del yacimiento, el tipo de hidrocarburo que se extraiga y/o el tipo de terreno donde se ubique el pozo 10, el sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100 de la presente invención podrá variar en longitudes, espesores y/o capacidades de cada uno de los elementos que conforman dicho sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos 100.
Finalmente, con relación al funcionamiento del cabezal de tracción hidráulica, se hace referencia a la figura 6, en ella se muestra el objetivo de dicho cabezal, el cual es transmitir el movimiento mecánico generado por una unidad de potencia hidráulica a la tubería flexible 14 para que esta tenga un movimiento en forma ascendente y descendente mientras la tubería de producción permanece estática dentro del pozo. Al mismo tiempo sirve para sostener todo el peso de tubería flexible 14 y del ensamble de fondo 19 mostrado en la figura 2.
El movimiento ascendente generado por el cabezal de tracción hidráulico 50 se genera por medio de flujo hidráulico recibido de una unidad de potencia no mostrada en las figuras, el flujo hidráulico es recibido a través de las conexiones hidráulicas 501, dicho caudal hidráulico hace que los pistones hidráulicos 502 se extiendan longitudinalmente haciendo que los cables de acero514 se extiendan pasando por un juego de poleas 503 y levanten un carro guía 505 para que este a su vez levante la tubería flexible 14 misma que es asegurada al carro guía mediante un juego de mordazas 506.
El movimiento descendente generado por el cabezal de tracción hidráulico 50, se genera al vaciar el fluido hidráulico de los pistones hidráulicos 502 en forma controlada por la misma unidad de potencia hidráulica, dicho movimiento se realiza en forma inversa al movimiento ascendente descrito previamente.
Otra función del cabezal hidráulico 50 es la de permitir la introducción de fluidos o productos químicos al pozo por la tubería flexible 14, esto se realiza bombeando dichos fluidos o productos químicos a través de una conexión de bombeo 504 conocida como tipo 1502, el fluido es transmitido a un tubo de metal fijo 518 asegurado a la estructura metálica 515, dicho tubo se conecta a una manguera flexible por medio de una conexión giratoria 517 y el otro extremo de la manguera 509 se conecta a la tubería flexible 14 por medio de otra conexión giratoria 508 y un conector de alta presión 507, y señalando como un elemento básico a la tubería de descarga 201, que es por donde circula el producto final (derivado del flujo obtenido en el pozo) .
A partir de lo anterior se apreciará que, aunque las modalidades específicas de la invención se han descrito en este documento para propósitos de ilustración, se pueden hacer varias modificaciones sin afectar alcance de la invención. Por consiguiente, la invención no está limitada excepto por las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, caracterizado porque comprende; un yacimiento, un pozo, una zapata de anclaje, una herramienta de limpieza, una conexión ciega, orificios de producción, un espacio anular, unos puertos de circulación, un sistema de prensaestopas, un preventor con sellos anulares, un preventor de cuñas, una válvula check, una bomba de émbolo, un ensamble de superficie, una subestructura, un cabezal de tracción hidráulico, una tubería de producción, una tubería de revestimiento y una tubería flexible, dicho cabezal de tracción hidráulico sostiene el peso de la tubería flexible, la cual permite la circulación de los fluidos de la superficie al interior del pozo, además, el prensaestopas controla los fluidos de producción al exterior, el preventor de cuñas para asegurar y un medio de conexión y empalme; proveniente del ensamble de superficie se extiende verticalmente hacia abajo la tubería flexible, asegurada en el medio de conexión y empalme, de donde se proyecta nuevamente para continuar con su dirección original hacia abajo al interior del pozo, el cual incluye la tubería de producción y revestimiento; la tubería flexible está ubicada en el interior de la tubería de producción, extendiéndose en toda su longitud, quedando la tubería de revestimiento, la tubería de producción y la tubería flexible una dentro de la otra y colocadas concéntricamente entre si; y un ensamble de bombeo que incluye una válvula check, una herramienta de limpieza y una bomba de émbolo.
2. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ensamble de bombeo es asegurado al extremo inferior de la tubería flexible por medio de un conector y anclado en el extremo inferior por medio de una zapata de anclaje dentro de la tubería de producción o tubería de revestimiento.
3. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la herramienta de limpieza incluye en su superficie una pluralidad de puertos de circulación.
4. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los puertos de circulación consisten de orificios de salida para los productos químicos y fluidos bombeados a través de la tubería flexible desde la superficie.
5. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el flujo de los productos químicos o fluidos bombeados por el interior de la tubería flexible regresan nuevamente a la superficie, fluyendo por el área anular, que se forma por la tubería flexible y la tubería de producción o tubería de revestimiento.
6. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la herramienta de limpieza se acopla por medio de una conexión ciega directamente a la bomba estacionaria dentro del ensamble de bombeo.
7. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la conexión ciega es el elemento del ensamble de bombeo por donde no existe flujo de ningún fluido, ya sea de los provenientes de la superficie o bien de los extraídos directamente del yacimiento.
8. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la conexión ciega está conectada por medio de una rosca con la bomba estacionaria.
9. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultáneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la bomba de émbolo incluye orificios de producción que permiten la salida del flujo proveniente del yacimiento y este sea bombeado a la superficie.
10. El sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la tubería flexible se ubica en el interior de la tubería de producción extendiéndose en toda su longitud y concéntricas entre si, formando un área anular por donde fluye el fluido que proviene de los orificios de producción .
11. Método para la instalación del sistema artificial de producción y mantenimiento simultaneo asistido por bombeo mecánico con tubería flexible para extracción de fluidos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
A) Introducir una bomba subsuperficial acarreada por una sarta de tubería flexible hasta el fondo del pozo; B) verificar el anclaje de la bomba en su niple de asiento o ancla (tubing in) ; C) realizar una prueba de ciclaje de sistema por medio de la cabeza inyectora para verificar peso y carreras adecuadas; D) actuar los preventores fijos (anular y cuñas) y llevar a cabo un corte en la tubería flexible; E) instalar el equipo superficial mecánico o hidráulico reciprocante de la tubería flexible y conexión superficial de circulación en la tubería flexible y liberar preventores; F) iniciar el movimiento reciprocante de todo el sistema; G) efectuar una conexión en la línea de circulación unida a la tubería flexible para efectuar bombeos continuos o intermitentes; H) mantener la bomba reciprocante funcionando para la producción del pozo junto con el punto G; I) en el caso de incremento de carga por arrastre de materiales, efectuar bombeos de circulación para llevar a cabo limpiezas, y si el problema continua, proceder a la recuperación de el sistema; J) desconectar la tubería flexible de su respectivo sistema de circulación y retirar el equipo superficial mecánico o hidráulico; K) conectar la tubería flexible al equipo de tubería flexible para recuperar la sarta de TUBERIA FLEXIBLE, y sacar la bomba a superficie; L) extraer la bomba del fondo y realizar limpieza del pozo para en su caso, intervenir en la reparación; M) repetir la operación de instalación de un sistema reparado.
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