WO2012146970A4 - Aparato inteligente de bombeo hidráulico para recuperación de petróleo y obtención de información de fondo del yacimiento - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un aparato inteligente de bombeo hidráulico para producción de petróleo, registro de presiones y temperatura, cierre temporal, restauración de presiones, e igualación de presiones en una sola y sencilla operación. El aparato inteligente de bombeo hidráulico de la presente invención comprende un ensamble de bomba jet, acoplada a una válvula de cierre de fondo, y ésta acoplada a un porta sensores, formando un conjunto integral monobloque. La incorporación de una válvula de cierre de fondo a la bomba jet de la de la presente invención, es un avance tecnológico no conocido en la industria de petróleo, tanto por su diseño como por su funcionamiento, ya que el cierre es generado por un sistema de pistón y dos esferas. La recuperación del aparato inteligente se genera por la apertura de un by-pass al inyectar un fluido motriz en reversa a una presión baja (100 a 500 psi).
Claims
1. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico para recuperación de petróleo, obtención y registro de información de fondo del yacimiento y recuperación del mismo a superficie, caracterizado por que comprende un ensamble de una bomba jet, una válvula de cierre de fondo y un porta sensores que aloja sensores electrónicos, formando un conjunto integral monobloque, que utiliza la energía hidráulica de un fluido motriz (agua o petróleo) que se inyecta al pozo desde la superficie para generar en una sola operación el levantamiento de fluidos o el cierre temporal del mismo al inyectar o suspender la inyección del fluido motriz; en el primer caso se acciona la bomba jet y se abre automáticamente la válvula de cierre de fondo; en el segundo caso la suspensión de la inyección paraliza la bomba jet y cierra automáticamente la válvula de cierre de fondo; la recuperación hidráulica del aparato inteligente a superficie se genera en una operación independiente al igualar la presión del yacimiento que está bajo la válvula de cierre de fondo y la presión hidrostática que esta sobre la válvula de cierre de fondo;
2. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que el conjunto integral monobloque se forma por el ensamble de la bomba jet (I) con la válvula de cierre de fondo (II) por medio de un conector inteligente (12) el mismo que por el extremo superior roscado se une con el cuerpo de descarga (16) de la bomba jet y por el otro extremo liso se acopla con el alojamiento de válvula de cierre de fondo (35), para dejar pasar por su parte interna los fluidos del yacimiento desde la válvula de cierre de fondo hasta la bomba jet; la válvula de cierre de fondo (II), a su vez, se acopla en forma roscada al porta sensores y sensores electrónicos (IV) por medio de un tapón inferior inteligente (28) el cual se une por su extremo superior roscado con el alojamiento de la válvula de cierre (35) y por su extremo inferior roscado con el porta sensores (29) para dejar pasar los fluidos del yacimiento por el interior de la válvula de cierre de fondo; el conjunto integral monobloque se completa con el alojamiento de bomba (III) que aloja en su interior el conjunto bomba jet(I) y válvula de cierre de fondo (II) y comprende un ensamble del empacador superior 25
(20) con el tubo exterior (14) y este con el extremo superior externo del alojamiento de válvula inteligente (35);
3. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 2 caracterizado por que dicho conector inteligente (12) además abre el by-pass (23) para que se igualen las presiones cuando se requiere recuperar el aparato inteligente a la superficie y cierra el by pass cuando el aparato inteligente inicia su operación de producción o de cierre temporal. Las aperturas y cierres del by pass se pueden realizar las veces que se requieran;
4. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que la bomba jet comprende un cuello de pesca (1); la extensión adaptadora (6) que acopla mediante rosca dicho cuello de pesca con el adaptador superior (2), el empacador superior (2) que aloja en su parte interior a la boquilla (8) y en la parte exterior el paquete de sellos (3 ,4 y 5) que sellan la unión con la extensión adaptadora (6), la boquilla (8), donde se produce el efecto Venturi esta conformada internamente por una sección interna cónica de entrada que termina en una sección recta a la salida, cuyo diámetro de salida puede variar en 18 medidas diferentes manteniendo constante la relación entre diámetro y longitud de la sección; el retenedor de boquilla (9) que recibe los fluidos motriz y de yacimiento y se aloja en el tubo de mezcla (10) en donde se mezclan los fluidos de inyección y del yacimiento está conformado por una superficie anular interior de tres secciones, una inicial recta seguida por una cónica, que se forma por un ángulo de 2 grados y una tercera que se forma con un ángulo de 15 grados; el difusor (13) en donde se incrementa la energía potencial de la mezcla de fluidos, en su extremo inferior se acopla mediante presión al cuerpo de descarga (16) que dispone de ductos longitudinales internos periféricos (16 A) por donde ingresa el fluido del yacimiento hacia el espacio anular formado entre la parte interna del tubo exterior (15), las paredes externas del tubo de mezcla (10) y el difusor (13), y un ducto central interno (16 B) que descarga transversalmente la mezcla de los fluidos hacia el espacio anular comprendido entre el tubo de revestimiento (D) y el tubo de producción (E).
5. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 4, caracterizado además por que dicha extensión adaptadora (6) fija el aparato inteligente en su alojamiento 26
(III) por la fuerza que ejercen los prisioneros de bronce (34) del empacador superior (20) sobre la superficie exterior de ésta extensión (6), mientras el pozo opera o mientras está cerrado; en la operación de recuperación a superficie del aparato inteligente los resaltes formados por el cambio de sección de la extensión adaptadora (6) cizallan los prisioneros (34) liberando el aparato inteligente de la camisa de circulación (F);
6. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que la válvula de cierre de fondo (II) comprende un alojamiento (35) con un bypass (23) dispuesto longitudinalmente y perimetralmente en la parte periférica interna del mismo; el mencionado alojamiento (35) recibe en su interior el ensamble de pistón (24) que consta de dos partes unidas entre si mediante rosca, la superior (24 A) que dispone de un ducto axial para paso del fluido y la inferior (24 B) formada por una cavidad cilindrica superior que aloja la esfera superior (25 A) seguida de un conducto inferior central de menor diámetro para el paso del fluido del yacimiento, en los extremos superior e inferior de este ducto central hay dos asientos rectificados, en donde se asientan las esferas (25 A) y ( 25 B) externamente dicho ducto central aloja el resorte (26) que mantiene a la esfera inferior (25) fija en su asentamiento sobre el tapón inferior (28); el ensamble de pistón (24) en su extremos superior e inferior aloja perimetralmente dos anillos en O (22) que sellan herméticamente con la pared del alojamiento (35). Los anillos en O (21) impiden el paso del fluido cuando el conector inteligente se encuentra acoplado al alojamiento (35). El tapón inferior inteligente (28) dispone de medios sellantes (17, 18 y 19) que forman un sello hermético con la pared interior de la camisa de circulación (F)
7. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que el porta sensores (29) aloja los ductos de ingreso de fluido (37) y en su interior un resorte (30) que elimina los impactos en el momento que el aparato inteligente es alojado en la camisa y los alojamientos de teflón (31), que centran a los sensores electrónicos de presión y temperatura (36), la parte inferior del porta sensores (29) se une mediante rosca a la tuerca retenedora (33) que dispone perimetralmente de los ductos de ingreso del fluido al sensor (32) e interiormente en la parte inferior aloja el alojamiento de teflón (31) y el resorte (30) que eliminan los impactos; 27
8. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1 , caracterizado porque el levantamiento artificial de petróleo para pruebas de producción y producción permanente se genera al inyectar desde la superficie, a través de la tubería de producción (E) un fluido motriz (petróleo o agua) que ingresa a la bomba jet por el cuello de pesca (1) sigue por la extensión adaptadora (6), y por el empacador superior (2) hasta ingresar a la boquilla (8) en donde se produce una transformación de la energía potencial de presión a energía cinética de velocidad por el efecto Venturi, que crea un vacío, momento en el cual automáticamente la válvula de cierre de fondo queda abierta por el empuje hacia arriba generado por el resorte (26) sobre el ensamble pistón (24) que a su vez separa la esfera (25 B) de su asiento , permitiendo el paso de los fluidos del yacimiento hacia el interior de la válvula de cierre, atravesando por el conducto central del pistón y levantando la esfera (25 A), luego el fluido pasa por el conector inteligente (12), dirigiéndose hacia los agujeros longitudinales (16 A) del cuerpo de descarga y llegar al espacio anular existente entre la superficie interna del tubo exterior (15) y las superficies externas del tubo de mezcla (10) y del difusor (13), terminando su recorrido en el punto de succión de la bomba que es el retenedor de la boquilla (9); en este punto el fluido del yacimiento es arrastrado y obligado a ingresar al tubo de mezcla (10) para mezclarse con el fluido de inyección y esta mezcla de fluidos seguir a través del difusor (13) en donde se transforma la energía cinética de la mezcla en energía potencial e ingresar al cuerpo de descarga (16) por el conducto interior central del mismo y finalmente descargar dicha mezcla transversalmente por el ducto de descarga (16 B) al espacio anular comprendido entre el tubo de revestimiento (D) y el tubo de producción (E) para elevarse hasta la superficie y salir por la línea de producción (C);
9. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1 , caracterizado porque el cierre temporal del pozo se genera al suspender la inyección del fluido motriz desde la superficie hasta la bomba jet, cerrar las válvulas del cabezal del pozo , aislando la presión del yacimiento con respecto a la presión hidrostática de la columna de fluido que se encuentra sobre la válvula de cierre y la presión del yacimiento, ocasionando que el empuje hidráulico de dicha presión hidrostática haga descender el ensamble pistón (24), conjuntamente con la esfera superior (25 A) venciendo la resistencia del resorte (26), hasta 28
asentarse dicho pistón en la esfera inferior (25B), y cerrar completamente la válvula de cierre de fondo (II) y suspender automáticamente el paso del fluido desde el yacimiento a la bomba jet;
10. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que la recuperación del aparato inteligente a superficie se genera al igualar las presiones hidrostática existente sobre la válvula de cierre de fondo y la presión de reservorio existente bajo la misma , al inyectar un fluido motriz en reversa por el espacio anular que se encuentra entre la tubería de producción (E) y la tubería de revestimiento (D) y presurizar el espacio comprendido entre la esfera (25 A) y la boquilla (8) provocando una fuerza de empuje ascendente hasta alcanzar el cizallamiento de los prisioneros (34) y simultáneamente desplazar el conector inteligente (12) de su alojamiento de válvula (35), la distancia de 38.1 mm necesaria para abrir el by pass (23), dando lugar a que se igualen las antes mencionadas presiones y liberar el aparato inteligente de la camisa (F) y ascender hasta superficie, hidráulicamente;
11. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que puede emplearse en pozos con tuberías de producción de diámetros de 114, 89 y 73 mm (4 ½", 3 ½" y 2 7/8" pulgadas);
12- Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicaciones anteriores, caracterizado por que todos los materiales empleados son de acero al carbono tratados superficialmente con procesos de nitruración con gases o sales y aceros especiales de acuerdo a las condiciones de los pozos sujetos a erosión y corrosión; la boquilla (8), el tubo de mezcla (10) y las esferas de la válvula de cierre de fondo (25) son de carburo de tungsteno;
13.- Método para recuperación de petróleo, obtención y registro de información de fondo del yacimiento y recuperación a superficie, mediante un aparato inteligente de bombeo hidráulico que consta de una bomba jet, una válvula de cierre de fondo y un porta sensores que aloja sensores electrónicos, acoplados entre sí formando un conjunto integral 29
monobloque que utiliza la energía hidráulica de un fluido motriz ( agua o petróleo) que se inyecta al pozo desde la superficie para accionar dicho aparato inteligente, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
a) Posicionar el aparato inteligente en la completación del pozo;
b) Generar el levantamiento artificial de petróleo;
c) Cierre temporal del pozo y restauración de la presión del yacimiento, e;
d) Igualación de presiones y recuperación del aparato inteligente hacia superficie.
14. - Método según la reivindicación 13, caracterizado porque el posicionamiento del aparato inteligente en la completación del pozo se realiza al desacoplar el tapón (A) del cabezal (P), introducir el aparato inteligente en el interior del cabezal que esta acoplado con la tubería (E), e iniciar el desplazamiento a través de esta tubería hasta que el aparato inteligente se aloje en la camisa de circulación (F) en el fondo del pozo. Este desplazamiento se hace por medio de un fluido motriz inyectado desde la superficie por la línea de inyección (B) con una bomba hidráulica reciprocante a una presión baja (100 -200 psi) hasta que llegue a la profundidad de la camisa de circulación (F);
15. - Método según la reivindicación 13, caracterizado por que el levantamiento artificial se inicia cuando el fluido motriz es inyectado a una presión que va en aumento de más de 70 a 246 Kg/cm2 (más de 1000 a 3500 psi) desde la superficie hacia la bomba jet; en esta etapa se realizan las pruebas de producción, contabilizando en superficie la producción por hora que produce el pozo para establecer proyecciones de producción diaria, y programas de explotación. Los sensores alojados en el fondo del pozo registran la presión fluyente y la temperatura de los fluidos del yacimiento;
16. - Método según la reivindicación 13, caracterizado por que el cierre temporal del pozo se inicia luego de completar el periodo de flujo programado, suspendiendo la inyección del fluido desde la superficie hasta la bomba jet y cerrando las válvulas del cabezal del pozo; instante en que se inicia la restauración de la presión del yacimiento, eliminando el "efecto de llenado". Los sensores registran la presión de reservorio y la temperatura, es decir la presión existente en ese intervalo desde el yacimiento hasta la 30
válvula de cierre de fondo, la misma que va incrementando con el paso del tiempo hasta alcanzar su punto máximo, información que permite a los reservoristas calcular las reservas y el potencial del pozo. El tiempo de cierre del pozo lo determina el reservorista;
17.- Método según la reivindicación 13, caracterizado por que la recuperación hidráulica del aparato inteligente a superficie se realiza inyectando un fluido motriz en reversa a una presión baja de 7,03 a 35,15 Kg/cm2 (100 a 500 psi), para igualar las presiones existentes sobre y bajo de la válvula de cierre de fondo y liberar el aparato inteligente de la camisa (F) y ascender hasta superficie, hidráulicamente.
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