WO2016084035A1 - Aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional para incremento de caudal de reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petroleo - Google Patents
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Classifications
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- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B5/00—Use of pumping plants or installations; Layouts thereof
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
Definitions
- the present invention relates to a hydraulic pumping apparatus to be used at the bottom of the production pipe, unidirectional, to increase the flow of reinjection / injection of formation water in oil wells, applicable both in conventional systems of reinjection as in the formation water injection, in order to achieve a substantial increase in the flow rates to be reinjected / injected into the formation.
- the main objective of the invention relates to a significant increase in water flows to be reinjected into oil wells at a lower cost and with better results in terms of reducing environmental impacts, both for significant energy savings, as for the better elimination of pollutants at the surface level and pollution of lands that affect rivers and other sources at shallow surface levels.
- the reinjection to the sands at the level of oil wells is optimized, which is useful for the extraction of oil from depleted wells.
- the flow can be adjusted from the surface in accordance with the needs of the water flow required to be reinjected.
- the temperature of the formation water that rises to the surface varies between 32 and 73 degrees Celsius, with an average temperature of 55 degrees Celsius.
- these formation waters are corrosive and cause damage to tanks, filters and flow lines used in their treatment, which is why they can cause spills due to breakage of the lines that transport them, due to overflow or dripping of the tanks where they are stored . For this reason they must be promptly evacuated by safe means and thus avoid contamination of the surrounding areas and the environment.
- the formation water is treated in open pools. At the end of the treatment, the water goes out to the environment generally discharged to surrounding water bodies. However, it is easy to see that water from rivers and estuaries near water pools contain significant amounts of hydrocarbons. It is easy to find behind the oil stations, swamps formed by the pouring formation waters. When these sedimentary waters are discharged or accidentally reach rivers and other surrounding water bodies, they can generate environmental impacts like waterfalls. Another way to prevent formation waters from causing environmental damage is to confine or inject them in a well to the strata of the selected receiving arenas, by means of conventional surface pumping systems.
- the objective of the present invention is aimed at solving the problem indicated and improving the results of water injection / reinjection, by using a newly designed hydraulic pumping device, which, using the Venturi principle, considerably improves the injection flow to the wells, without the need to increase the surface pumping power.
- the first patent cited refers to a jet pump used for the recovery of oil from a production site, using petroleum or fluid motive fluid so that when this motive fluid is injected from the surface through the main pipe to the pump located in the depth of the well, and when the fluid passes through the nozzle, there is the Venturi effect whereby - due to the constructive characteristics of the pump - the oil is sucked, mixed with the motive fluid and propelled outwards by the space annular existing between the central pipe and the outer jacket, to be thus used in surface production systems.
- the second cited patent refers instead to a hydraulic pump, to which a nozzle is incorporated to obtain the jet effect and improve the oil extraction flow in wells in which its internal pressure has decreased. That is, in both cases the function of jet pumps is to produce oil.
- the third invention cited aims to increase the flow of water for injection into wells, but its system operates at the storage tank level and the effect is different from the proposed invention.
- a bottom hydraulic pumping device which, unlike others known in the state of the art, makes it possible to considerably increase the flow of reinjection / injection of the formation water of the oil wells at different levels of re-injection of water from the surface, depending on the needs of the user, by means of a novel design of the hydraulic pumping apparatus which is the reason for this invention. 4. Brief description of the invention:
- the formation water found in the surface storage tanks is pumped into the wells of the wells by means of surface pumps, through the production pipe.
- the bottom hydraulic pumping apparatus of the present invention is installed at the desired depth for reinjection / injection; and, for its operation, it uses the energy of the formation water generated by the surface pump and the Venturi effect produced at the level of the nozzle of the bottom hydraulic pumping apparatus, thus producing inside the same, a differential of pressure for whose effect sucks the formation fluid that has been stored by gravity in the annular space existing between the production pipe and the casing pipe.
- the formation water existing in the annular space is supplied from the surface storage tank, through a supplementary bypass pipe and from the wellhead.
- the unidirectional bottom hydraulic pumping apparatus of the present invention is characterized by the following:
- the hydraulic pumping apparatus of the present invention unlike the prior art pumps, takes advantage of the Venturi effect and the high hydrostatic pressure (280 Kg / cm 2 ) present at the depth of the water stored in the annular space, for suction the fluid stored in said annular space [Fig. 1 (08)] between the production pipe [(Fig. 1 (06)] and the casing pipe [Fig. 1 (07)] of the well, and propel it through the peripheral holes of the circulation jacket [ Fig.
- the technical advantages of the background hydraulic pumping apparatus object of the invention compared to the systems known in the state of the art for reinjection / injection, among others, are the following: a. It allows high volumes of formation water to be injected at low surface injection pressures.
- the unidirectional bottom hydraulic pumping apparatus of the invention can be recovered from the bottom of the well with hydraulic pressure or with a wire line to perform maintenance or other work that is required to be performed at the bottom of the well; For surface work, it is not necessary to recover the device.
- Figure 1 depicts a schematic and complete view of the formation / injection water formation system according to the present invention, and the arrangement of the surface and bottom equipment, including the hydraulic pumping apparatus.
- the surface equipment which consists of the storage tank (s) [fig. 1 (01)] of the formation water; two flow pipes, one main [fig. 1 (03)] through which the formation water from the storage tank enters [fig. 1 (01)] and which is coupled to the surface pump [fig. 1 (02)], to the wellhead [fig.1 (05)] and to the inlet of the production pipe [fig. 1 (06)]; the supplementary flow or bypass pipe [fig. 1 (04)] connect the storage tank [fig. 1 (01)] with the head [fig.
- FIG. 1 (05) the entrance to the casing tube [fig. 1 (07)], and to the annular space [fig. 1 (08)].
- the bottom equipment is made up of the production pipe [fig. 1 (06)], the annular space [fig. 1 (08)] where the formation water from the storage tank is stored by gravity [fig. 1 (01)], to the depth where the packing is located [fig. 1 (11)], the circulation jacket [fig. 1 (09)] and the hydraulic pumping apparatus [fig. 1 (10)], at the desired depth which is the place where the formation is located [fig. 1 (12)].
- Figure 1A represents a detail of the shirt assembly [fig. 1A (09)] and hydraulic injection / reinjection pumping apparatus [fig.
- Figure 2 represents a longitudinal sectional view of the assembly formed by the unidirectional bottom hydraulic pumping apparatus of the invention inside the circulation jacket referred to in fig. 1 (09), in which the following details can be seen:
- the unidirectional bottom hydraulic pumping apparatus referred to in fig. 1 (10) is made up of the fishing neck [fig. 2 (13)] that is screwed to the upper packer [fig. 2 (15)] that houses the sealing elements [fig. 2 (14)]; said upper packer, in its lower part, is screwed into the nozzle housing [fig. 2 (16)] and this, in turn, is screwed to the outer tube [fig. 2 (17)], which connects to the diffuser [fig. 2 (18)] that is screwed to the adapter extension [fig.
- Figure 2A represents an exploded view of the unidirectional bottom hydraulic pumping apparatus referred to in fig. 1 (10) and Figure 3 represents an exploded view in section and enlarged of the subset formed by the nozzle, the mixing tube and the nozzle retainer of the invention, in which the main internal elements, characterized by:
- the unidirectional bottom hydraulic pumping apparatus begins its operation by pumping the motive fluid (formation water) from the surface through the production line to the apparatus (after the hydraulic pumping device has settled in the circulation jacket) at a pressure that is increasing until reaching the pressure of 246.07 Kg / cm 2 (3,500psi), which, as stated in the table below, at that point and adding the hydrostatic pressure, reaches a total pressure of 522 in the nozzle Kg / cm 2 (7,426 psi).
- the injection flow achieved by the surface pump Q iny
- can even be doubled as it consists of the following test results:
- the total flow to be injected depends on the type of nozzle to be used in the hydraulic pumping apparatus of the invention depending on the needs of the daily volume a injected or reinjected in the designated areas and that can range from 794,950 liters / day to 7,949,500 liters / day (5,000 bis / day to 50,000 bis / day).
- the unidirectional bottom hydraulic pumping apparatus has been described in a special way, but not limited to, the increase in the flow rate of the injection or reinjection of the water contaminated with highly corrosive elements and pollutants of the environment, which is why the invention It is constructed with materials highly resistant to pressure and chemical contamination to prevent wear due to corrosion or others, including metals such as stainless steels and tungsten carbide.
- the unidirectional bottom hydraulic pumping device designed in accordance with the novel incorporations described due to its characteristics, is also highly durable and the cost and maintenance process of it is neither high nor complicated, compared to conventional systems, and can also be recovered. of the fund with safe and proven procedures.
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Abstract
La presente invención se refiere a un aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional para utilizarse en pozos petroleros, que se instala a la profundidad deseada por el usuario, para incrementar el caudal del agua de formación a reinyectarse / inyectarse desde un tanque de almacenamiento en la superficie a las arenas del yacimiento y a las zonas requeridas. La bomba de superficie inyecta a través de la tubería de producción un caudal de agua de formación, el cual al atravesar la boquilla del aparato de bombeo hidráulico de la presente invención, genera el efecto Venturi por el cual se ocasiona el diferencial de presión que succiona el fluido de formación almacenado por gravedad en el espacio anular existente entre la tubería de producción y la tubería de revestimiento. De esta manera, el caudal así succionado se suma al caudal procedente de la tubería principal, aumentando considerablemente el caudal total de reinyección sin necesidad de incrementar bombas a nivel de superficie.
Description
MEMORIA DESCRIPTIVA
1. Título de la invención: APARATO DE BOMBEO HIDRÁULICO DE FONDO UNIDIRECCIONAL PARA INCREMENTO DE CAUDAL DE REINYECCIÓN / INYECCIÓN DE AGUA DE FORMACIÓN EN POZOS DE PETRÓLEO
2. Campo y objetivo de la invención:
La presente invención se refiere a un aparato de bombeo hidráulico a ser utilizado en el fondo de la tubería de producción, de carácter unidireccional, para incrementar el caudal de reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo, aplicable tanto en los sistemas convencionales de reinyección como en los de inyección de agua de formación, a fin de lograr un incremento sustancial de los caudales a reinyectarse / inyectarse en la formación.
El principal objetivo de la invención se relaciona con un aumento significativo de los caudales de agua a reinyectarse en los pozos petroleros a un costo menor y con mejores resultados en cuanto a la disminución de los impactos al medio ambiente, tanto por un ahorro significativo energético, cuanto por la mejor eliminación de los contaminantes a nivel de superficie y de contaminación de tierras que afectan a ríos y otras fuentes a niveles de superficie no profundas. De otro lado, se optimiza la reinyección a las arenas a nivel de pozos petroleros, lo cual es útil para la extracción de petróleo en pozos agotados. Además, el flujo puede ser ajustado desde la superficie de conformidad con las necesidades del caudal de agua requerido para ser reinyectado.
3. Antecedentes de la invención: La extracción de crudo desde un yacimiento petrolero está asociada a la presencia de agua contaminada en la formación cuyo volumen varía según la estructura geológica; hay campos petroleros que poseen volúmenes mayores que otros, como sucede con los yacimientos de crudos pesados; esta agua concentra altos niveles de salinidad, particularmente cloruro de sodio, que puede llegar a variar de 3.000 ppm a 150.000
ppm en yacimientos de crudos pesados. Dicha agua contiene, además, contaminantes tóxicos derivados de la descomposición de elementos radioactivos o metales pesados presentes en las rocas de formación productoras de petróleo, compuestos nitrogenados orgánicos, biocidas, fosfanatos y esteres fosfatados, antiespumantes, anti-emulsificantes, etc., utilizados en el proceso de extracción de crudo, que pueden causar graves problemas de contaminación al medio ambiente, si los mismos son vertidos a la naturaleza. La temperatura del agua de formación que sale a la superficie varía entre 32 y 73 grados centígrados, con una temperatura media de 55 grados centígrados. Generalmente estas aguas de formación son corrosivas y producen daños en tanques, filtros y líneas de flujo utilizados en su tratamiento, razón por la que pueden ocasionar derrames por rotura de las líneas que las transportan, por desbordamiento o por goteo de los tanques donde se almacenan. Por esta razón deben ser prontamente evacuadas por medios seguros y así evitar la contaminación de las zonas aledañas y el ambiente.
A fin de superar los problemas de contaminación del medio ambiente en algunas operaciones petroleras, el agua de formación es tratada en piscinas abiertas. Al final del tratamiento, el agua sale al ambiente generalmente vertida a cuerpos de agua aledaños. Sin embargo, es fácil observar que el agua de ríos y esteros cercanos a las piscinas de agua contienen importantes cantidades de hidrocarburos. Es fácil encontrar atrás de las estaciones petroleras, pantanos formados por las aguas de formación vertidas. Cuando estas aguas sedimentarias son vertidas o llegan accidentalmente a los ríos y otros cuerpos de agua aledaños, pueden generar impactos ambientales tipo cascada. Otra forma de evitar que las aguas de formación generen daños ambientales, es el confinamiento o inyección de las mismas en un pozo hasta los estratos de las arenas receptoras seleccionadas, mediante sistemas convencionales de bombeo desde superficie. En la explotación petrolera se evidencia, además, la disminución de la presión de las arenas productoras con el paso del tiempo, generando una caída de la producción del pozo, para lo cual se utiliza la reinyección de gran parte de esta agua para producir presión y facilitar la extracción de petróleo atrapado en estas arenas y sistema rocoso,
permitiendo que el mismo al contraerse, pueda ser nuevamente bombeado a la superficie.
Los sistemas conocidos en el estado de la técnica para la reinyección / inyección de agua de formación emplean equipos de bombeo desde superficie, sin que se conozca el uso adicional de bombas u otros dispositivos en el fondo del pozo para este objetivo. Dichas bombas de superficie presentan serias limitaciones por los volúmenes de agua a bombearse y las presiones aplicadas. Los equipos en superficie utilizan grandes bombas de desplazamiento positivo, centrifugas u otras de altos volúmenes que van desde 794.950 lts/día a 7'949.500 lts/día (5.000 bis/día a 50.000 bis/día), con potencias que pueden ir desde 500 KW hasta 2 MW por bomba; sin embargo, estos equipos son muy costosos y están sujetos a pérdidas de presión por fricción y baja eficiencia, lo cual incrementa los parámetros de presión necesarios para llegar a la formación, lo que a su vez ocasiona que los volúmenes a bombear excedan la capacidad de las bombas existentes.
Para solucionar este problema, en el estado de la técnica actual se incrementa el número de bombas en superficie; sin embargo, esta solución aumenta considerablemente el costo, la demanda de energía y el mantenimiento de las bombas.
El objetivo de la presente invención está orientado a solucionar el problema señalado y mejorar los resultados de reinyección / inyección de agua, mediante la utilización de un aparato de bombeo hidráulico de nuevo diseño, el mismo que, utilizando el principio de Venturi, mejora considerablemente el caudal de inyección a los pozos, sin necesidad de incrementar la potencia de bombeo de superficie.
Si bien las bombas que utilizan el efecto Venturi existen en el estado de la técnica y se utilizan frecuentemente en el sector petrolero con fines de extracción del crudo, incluyendo algunas a las que se les han realizado variables de mejoramiento como las descritas en las patentes números PCT/IB2012/000797 "Aparato inteligente de bombeo hidráulico para recuperación de petróleo y obtención de información de fondo del yacimiento", la patente publicada US4,202,656 denominada "Downhole Hydraulically Actuated Pump with Jet Boost", o la patente de bomba para reinyección CN 2003502407 (U) denominada "Control Valve"; su aplicación y ejecución difiere
sustancialmente de la propuesta en la presente invención. La primera patente citada se refiere a una bomba jet utilizada para la recuperación de petróleo desde un yacimiento en producción, utilizando fluido motriz petróleo o agua de manera que al inyectarse desde la superficie este fluido motriz a través de la tubería principal hacia la bomba ubicada en la profundidad del pozo, y al atravesar dicho fluido la boquilla, se produzca allí el efecto Venturi mediante el cual -debido a las características constructivas de la bomba- el petróleo es succionado, mezclado con el fluido motriz e impulsado hacia el exterior por el espacio anular existente entre la tubería central y la camisa exterior, para ser así aprovechado en los sistemas de producción de superficie. La segunda patente citada, se refiere en cambio a una bomba hidráulica, a la cual se le incorpora una boquilla para obtener el efecto jet y mejorar el caudal de extracción de petróleo en pozos en los cuales su presión interior ha disminuido. Es decir, en ambos casos la función de las bombas jet es la de producir petróleo. Por último, la tercera invención citada tiene como objetivo aumentar el flujo de agua para inyección en los pozos, pero su sistema funciona a nivel de tanque de almacenamiento y el efecto es diferente de la invención propuesta.
En el caso del invento propuesto, se obtiene un aparato de bombeo hidráulico de fondo que a diferencia de otros conocidos en el estado de la técnica, permiten aumentar considerablemente el caudal de reinyección / inyección del agua de formación de los pozos petroleros a los diferentes niveles de reinyección del agua desde la superficie, dependiendo de las necesidades del usuario, mediante un diseño novedoso del aparato de bombeo hidráulico motivo de esta invención. 4. Breve descripción de la invención:
En los sistemas de reinyección / inyección, el agua de formación que se encuentra en los tanques de almacenamiento en superficie es bombeada hacia las arenas de formación de los pozos mediante bombas de superficie, a través de la tubería de producción. El aparato de bombeo hidráulico de fondo de la presente invención es instalado a la profundidad deseada para la reinyección / inyección; y, para su operación, utiliza la energía del agua de formación generada por la bomba de superficie y el efecto Venturi producido a nivel de la boquilla del aparato de bombeo hidráulico de fondo, produciéndose de esta manera en el interior del mismo, un diferencial de presión por
cuyo efecto succiona el fluido de formación que ha sido almacenado por gravedad en el espacio anular existente entre la tubería de producción y la tubería de revestimiento. El agua de formación existente en el espacio anular es suministrada desde el tanque de almacenamiento en superficie, a través de una tubería de derivación suplementaria y del cabezal del pozo. De esta manera, el volumen adicional que ingresa a la formación se suma al volumen de agua de formación bombeado por las bombas de superficie, con los consiguientes ahorros de tiempo, energía, mantenimiento y disminución del número de bombas requeridas en superficie. El aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional de la presente invención se caracteriza por lo siguiente:
4.1. Aprovecha la capacidad de almacenamiento de agua de formación en el espacio anular del sistema de tuberías de un pozo que ha dejado de producir.
4.2. Aprovecha la presión hidrostática presente en el fondo del espacio anular, entre 2.000m y 3.500m de profundidad, lo que permitirá succionar el agua de formación con la utilización de este aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional de exigencias operativas reducidas, aspecto técnico no utilizado o conocido en el estado de la técnica, que permite superar el problema existente, con los consiguientes ahorros de costos al suprimir bombas adicionales de superficie, tiempos de instalación y operación, combustibles y mantenimiento.
4.3. Aprovecha el principio de Venturi en el aparato de bombeo hidráulico, debido al diseño especial del mismo para el aumento del caudal de reinyección del agua de formación, según se describe más adelante.
4.4. Su diseño especial permite que el aparato de bombeo hidráulico pueda ser colocado dentro de la tubería de producción del pozo y a profundidades variables de conformidad con la zona de reinyección / inyección del agua, y el diseño especial de sus partes en el interior, permiten que pueda producirse el efecto venturi de caudal variable según las necesidades del usuario.
El aparato de bombeo hidráulico de la presente invención, a diferencia de las bombas del estado de la técnica, aprovecha el efecto Venturi y la alta presión hidrostática (280 Kg/cm2) presente a la profundidad del agua almacenada en el espacio anular, para succionar el fluido almacenado en dicho espacio anular [Fig. 1(08)] existente entre la tubería de producción [(Fig. 1(06)] y la tubería de revestimiento [Fig. 1(07)] del pozo, e impulsarlo a través de los agujeros periféricos de la camisa de circulación [Fig. 1(09)] y del tubo exterior [Fig. 2(17)] al tubo de mezcla [Fig. 2 (23)], en donde se encuentra con el agua de formación que opera el aparato de bombeo hidráulico; la mezcla de estos dos fluidos incrementa el caudal de inyección al pozo que puede alcanzar a duplicar el volumen de agua de formación inyectado al yacimiento [Fig. 1(12)] seleccionada para la reinyección / inyección, en comparación con la inyección de agua de formación a través de la tubería de producción únicamente, como sucede con las bombas hidráulicas que están en el estado de la técnica. El alojamiento del aparato de bombeo hidráulico unidireccional en el fondo del pozo se realiza desplazándolo en forma libre por la tubería de producción [Fig. 1(6)], mediante la inyección desde superficie de un fluido motriz (agua de formación) por medio de una bomba hidráulica reciprocante, centrífuga u otra, a velocidades y presiones bajas, hasta su alojamiento en la camisa de circulación.
Las ventajas técnicas del aparato de bombeo hidráulico de fondo objeto de la invención, frente a los sistemas conocidos en el estado de la técnica para la reinyección / inyección, entre otras, son las siguientes: a. Permite inyectar altos volúmenes de agua de formación a bajas presiones de inyección en superficie.
b. Evita la instalación de grandes bombas adicionales en superficie, con los consiguientes ahorros de inversión.
c. Evita los costos adicionales de mantenimiento, de energía o de combustible de los motores que accionan las indicadas bombas adicionales en superficie.
d. Aprovecha la presión hidrostática presente en el fondo del espacio anular para la succión adicional del fluido a ser inyectado a la formación.
Adicionalmente, mediante sensores electrónicos se pueden obtener datos de presión de inyección de los fluidos en las formaciones receptoras.
El aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo de la invención se puede recuperar del fondo del pozo con presión hidráulica o con línea de alambre para realizar el mantenimiento u otros trabajos que se requieran efectuar en el fondo del pozo; para los trabajos en superficie, no se requiere recuperar el aparato.
5. Breve descripción de las figuras:
A continuación se expone una breve descripción de las figuras que representan la invención, para una mayor comprensión del proceso de reinyección / inyección, así como de la mejora técnica y de los resultados logrados por el uso de los sistemas explicados, que tienen que ver con el efecto Venturi.
La figura 1 representa una vista esquemática y completa del sistema de reinyección / inyección de agua de formación según la presente invención, y la disposición de los equipos de superficie y de fondo, incluyendo al aparato de bombeo hidráulico. En este esquema se puede apreciar: El equipo de superficie, que consta del o los tanques de almacenamiento [fig. 1(01)] del agua de formación; dos tuberías de flujo, una principal [fig. 1(03)] por la que ingresa el agua de formación proveniente del tanque de almacenamiento [fig. 1(01)] y que se acopla a la bomba de superficie [fig. 1(02)], al cabezal del pozo [fig.1(05)] y a la entrada de la tubería de producción [fig. 1(06)]; la tubería de flujo suplementaria o de derivación [fig. 1(04)] conecta el tanque de almacenamiento [fig. 1(01)] con el cabezal [fig. 1(05)], la entrada al tubo de revestimiento [fig. 1(07)], y al espacio anular [fig. 1(08)] . El equipo de fondo está conformado por la tubería de producción [fig. 1(06)], el espacio anular [fig. 1(08)] en donde se almacena por gravedad el agua de formación proveniente del tanque de almacenamiento [fig. 1(01)], hasta la profundidad en la que se encuentra la empacadura [fig. 1(11)], la camisa de circulación [fig. 1(09)] y el aparato de bombeo hidráulico [fig.1(10)], a la profundidad deseada que es el sitio en donde se encuentra la formación [fig. 1(12) ].
La figura 1A representa un detalle del conjunto camisa [fig. 1A(09)] y aparato de bombeo hidráulico de reinyección / inyección [fig. 1A(10)], en el que se destaca con una simbología de flechas el recorrido del fluido motriz que ingresa por la tubería de producción referida en la fig. 1(06), en la parte superior central del aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional; el ingreso lateral del agua de formación que es succionada desde el espacio anular referido en la fig. 1(08) a través de los orificios de la camisa [fig. 1A(09)] y del tubo exterior referido en la fig. 2(17), por el efecto Venturi ocasionado por el paso del fluido motriz a alta presión por la boquilla y la salida de la suma de los dos fluidos: fluido motriz más fluido del espacio anular, a través del tubo de mezcla referido en la fig. 2(23).
La figura 2 representa una vista en sección longitudinal del conjunto formado por el aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional de la invención en el interior de la camisa de circulación referida en la fig. 1 (09), en la que se puede apreciar los siguientes detalles: El aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional referido en la fig. 1(10) está conformada por el cuello de pesca [fig. 2(13)] que se enrosca al empacador superior [fig. 2(15)] que aloja los elementos sellantes [fig. 2(14)]; dicho empacador superior, en su parte inferior, se enrosca al alojamiento de la boquilla [fig. 2(16)] y éste a su vez, se enrosca al tubo exterior [fig.2(17)], el mismo que se conecta al difusor [fig. 2(18)] que está enroscado a la extensión adaptadora [fig. 2(19)] y, finalmente, ésta se enrosca al tapón inferior de fondo [fig. 2(20)] que aloja los elementos sellantes [fig. 2(14)] para empaquetar la parte inferior del aparato de bombeo hidráulico con la superficie de alojamiento de la camisa de circulación referida en la fig. 1(9); este kit de elementos sellantes [fig. 2(14)] está compuesto por un adaptador final y tres sellos de vitón que son alineados por un centralizador. En el interior del alojamiento [fig. 2 (16)] de la boquilla, se encuentran la boquilla [fig. 2(21)] y el asiento de boquilla [fig. 2(22)], y en el interior del tubo exterior [fig. 2(17)] se encuentra el tubo de mezcla [fig. 2(23)]. Estos 3 últimos elementos son los constitutivos principales del aparato de bombeo hidráulico de la invención.
La figura 2A representa un despiece del aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional referida en la fig. 1(10) y la figura 3 representa una vista de despiece en corte y ampliada del subconjunto formado por la boquilla, el tubo de mezcla y el
retenedor de boquilla de la invención, en las que se resaltan los elementos internos principales, caracterizados por:
La boquilla [fig. 2A(21)] y [fig. 3(21)] que se asienta y se soporta en el retenedor de la boquilla [fig. 2A(22)] y [fig. 3(22)], el cual a su vez se asienta en la parte superior del tubo de mezcla [fig. 2A(23)] y [fig. 3(23)]; el alojamiento del tubo de mezcla [fig. 2A(24)], que alberga dentro de sí al tubo de mezcla [fig. 2A(23)] se soporta en el difusor [fig. 2A(18)]. Estos son los elementos fundamentales en donde se genera el efecto Venturi que produce la succión del fluido de formación desde el espacio anular hacia dentro del tubo de mezcla [fig. 2A(23)], a través de los orificios radiales de la camisa de circulación [fig. 1(09)] y del tubo exterior [fig. 2(17)].
6. Descripción detallada de la invención: El agua de formación inyectada desde el tanque de almacenamiento [fig. 1(01)] por la bomba de superficie [fig. 1(02)] fluye por la tubería de producción [fig. 1(06)] a alta presión e ingresa al aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional [fig. 1(10)] por el cuello de pesca [fig. 2(13)], atraviesa el empacador superior [fig. 2(15)], el alojamiento de boquilla [fig. 2(16)] e ingresa a la boquilla [fig. 2(22)], instante en que se acciona el aparato de bombeo hidráulico o unidireccional, que convierte la energía de presión del fluido (agua de formación) en energía de velocidad, y continua su trayectoria a través del tubo de mezcla [fig. 2(23)] hacia la formación. El efecto Venturi generado por el paso del fluido por la boquilla [fig. 2(21)], a su vez succiona el agua de formación que se encuentra en el espacio anular [fig. 1(08)] para dirigirlo radialmente por los orificios perimetrales de la camisa de circulación [fig. 1(09)] y del tubo exterior [fig. 2(17)] hacia los agujeros del retenedor de la boquilla [fig. 2(22)] y pasar al tubo de mezcla [fig. 2(23)], en donde se mezcla con el agua de formación que acciona el aparato de bombeo hidráulico unidireccional; la mezcla de estos dos fluidos continua su descenso por el difusor [fig. 2(18)], la extensión adaptadora [fig. 2(19)], el tapón inferior [fig. 2(20)], hasta su descarga en el yacimiento receptor con un caudal incrementado sustancialmente que depende de los parámetros de presión del yacimiento en cada pozo y de la presión hidrostática del fluido en el espacio anular.
El aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo comienza su operación al bombear el fluido motriz (agua de formación) desde la superficie por la tubería de producción hasta el aparato (luego de que el aparato de bombeo hidráulico se ha asentado en la camisa de circulación) a una presión que va en aumento hasta alcanzar la presión de 246.07 Kg/cm2 (3.500psi), que, como consta en la tabla a continuación, en ese punto y sumando la presión hidrostática, alcanza en la tobera una presión total de 522 Kg/cm2 (7.426 psi). Dependiendo del caudal total (Q Sim) de inyección, se puede llegar incluso a duplicar el caudal de inyección conseguido por la bomba de superficie (Q iny), como consta de los siguientes resultados de pruebas realizadas:
El caudal total a inyectarse depende del tipo de boquilla a ser utilizada en el aparato de bombeo hidráulico de la invención en función de las necesidades del volumen diario a
inyectarse o reinyectarse en las zonas señaladas y que puede ir desde los 794.950 lts/día a 7'949.500 lts/día (5.000 bis/día a 50.000 bis/día).
De esta forma, se establece el aumento del caudal que se descarga, incrementándose de manera que pueda alcanzar el doble del caudal inyectado / reinyectado normalmente por los procedimientos tradicionales, con los ahorros indicados al no aumentar el bombeo de superficie y reducir el tiempo requerido para cumplir las necesidades de los usuarios, ajustadas a los requerimientos para reinyección / inyección de agua de formación de pozos petroleros; así mismo, se cubren las necesidades de reinyección / inyección de agua contaminada a profundidades que garanticen la menor contaminación posible a zonas freáticas aprovechables. Se resalta también, las características de recuperación y bajo mantenimiento del aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo de la presente invención, así como del aprovechamiento de la presión por la profundidad y la gravedad ocasionada en los fondos de inyección requeridos.
7. Usos:
El uso del aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo ha sido descrito de manera especial, pero no limitado a, el aumento del caudal de la inyección o reinyección del agua contaminada con elementos altamente corrosivos y contaminantes del medio ambiente, razón por la cual la invención se construye con materiales altamente resistentes a la presión y a la contaminación química para evitar su desgaste por corrosión u otros, entre ellos metales tales como aceros inoxidables y carburo de tungsteno.
El aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo diseñado de conformidad con las novedosas incorporaciones descritas, por sus características, además es altamente durable y el costo y proceso de mantenimiento del mismo no es alto ni complicado, comparado con sistemas convencionales, y puede ser además recuperado del fondo con procedimientos seguros y probados.
Si bien el diseño del equipo responde a pruebas iniciales de modelamiento, ha permitido en la práctica demostrar que es altamente versátil y puede utilizarse con caudales pequeños que justifiquen su necesidad, hasta caudales bastante altos como de 7'949.500
lts/día (50.000 bis/día), únicamente modificando el par boquilla - tubo de mezcla, lo que permite incrementar el caudal considerando los diferenciales de presión y caudales, y lograr así la reducción del tiempo de operación, con lo cual se obtiene además otras ventajas de trabajo.
Lo anterior hace que el uso de la invención sea altamente versátil y que pueda aplicarse a diferentes niveles de profundidad entre 2.000m y 3.500m, y con diferentes caudales de inyección.
Claims
1. - Aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo para reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo caracterizado porque comprende: un cuello de pesca [fig.2(13)] que se enrosca al empacador superior [fig. 2(15)] que aloja los elementos sellantes [fig.2(14)]; dicho empacador superior, en su parte inferior, se enrosca al alojamiento de la boquilla [fig.2(16)] y éste a su vez se enrosca al tubo exterior [fig.2(17)], el mismo que se conecta al difusor [fig.2(18)] que está enroscado a la extensión adaptadora [fig.2(19)], y ésta al tapón inferior de fondo [fig.2(20)] que aloja los elementos sellantes [fig.2(14)] para empaquetar la parte inferior de la bomba con la superficie de alojamiento de la camisa de circulación [fig.1(09)]. Estos elementos sellantes [fig.2(14)] incluyen a su vez un adaptador final y tres sellos de vitón que están alineados por un eje central. El subconjunto boquilla-tubo de mezcla comprende la boquilla [fig.2A(21)], la misma que se asienta y se soporta en el retenedor de la boquilla [fig.2A(22)], que a su vez se asienta en la parte superior del tubo de mezcla [fig.2A(23)]; el alojamiento del tubo de mezcla [fig.2A(24)] que alberga dentro de sí al tubo de mezcla [fig.2A(23)] se soporta en el difusor [fig. 2A(18)] y, en donde, el fluido motriz del agua de formación impulsada desde la superficie, por la bomba de superficie [fig.1.(02)] provoca el efecto Venturi al atravesar la boquilla y, en consecuencia del diferencial de presión que se produce, succiona el agua de formación almacenada en el espacio anular [fig 1(08)] existente entre en tubo de producción [fig 1(06)] y el tubo de revestimiento del pozo fig.1 [07)], aumentando así el caudal del agua de descarga que se reinyecta / inyecta.
2. - Aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo para reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque aprovecha el principio de Venturi en el agua de formación en el espacio anular existente entre la tubería de producción [fig.1(06)] y la tubería de revestimiento [fig.1(07)] de un pozo, en donde ingresa inicialmente por gravedad desde el tanque de agua de la superficie [fig. 1(01)] para reinyección / inyección, mediante una tubería [fig. l (04)], alcanzando altas presiones hidrostáticas del orden de 200 - 400Kg/cm2 en el fondo de dicho espacio anular, para succionar dicho fluido a través de la camisa de circulación [fig.1(09)] y de las perforaciones en el tubo exterior
[fig.2A(17)] y del retenedor de boquilla [fig.2(22)], e impulsarlo al tubo de mezcla [fig.2(23)], en donde se une con el fluido de formación inyectado desde la superficie a través de la tubería de producción [fig.l(06)] que acciona el aparato de bombeo hidráulico de fondo [fig.1(10)] para impulsar dicha mezcla en el descenso unidireccional hacia la formación [fig.1(12)], seleccionada para la reinyección / inyección a niveles de entre 2000 m a 3500 m de profundidad.
3, - Aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo para reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el tubo exterior [fig. 2 (17)] dispone de orificios periféricos por donde ingresa el agua de formación succionada desde la camisa de circulación [fig. 1(09)] hacia el tubo de mezcla [fig.2(23)], para direccionar el fluido de formación hacia el yacimiento en el fondo del pozo.
4.- Aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo para reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la camisa de circulación [fig. 1(09)] dispone de orificios periféricos ubicados en el extremo superior que permiten la comunicación y el paso del agua de formación succionada desde el espacio anular [fig. 1(08)] hasta el tubo exterior [fig. 2(17)].
5.- Aparato de bombeo hidráulico de fondo unidireccional para reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo de conformidad con las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque el agua de formación que fluye en sentido descendente hacia aparato de bombeo hidráulico por el tubo de producción y el agua de formación succionada desde el espacio anular en el mismo sentido descendente, se mezclan en el tubo de mezcla del aparato de bombeo hidráulico de fondo para incrementar el volumen de fluido de reinyección / inyección que ingresa a la formación.
6.- Aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo para reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo de conformidad con la reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque el caudal inyectado se incrementa entre 1,5 a 2,5 veces el valor del caudal de inyección impulsado por la bomba de inyección de superficie, dependiendo del valor de la presión de inyección en la misma.
7. - Aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo para reinyección / inyección de agua de formación en pozos de petróleo como el descrito en las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque contiene un cuello de pesca que permite su recuperación desde el fondo de la tubería de producción para el mantenimiento del aparato.
8. - Aparato de bombeo hidráulico unidireccional de fondo para reinyección / inyección de agua de formación de pozos como el descrito en las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se construye con materiales de alta resistencia a la corrosión, entre ellos el carburo de tungsteno y aceros inoxidables.
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