WO2017009765A1

WO2017009765A1 - Camisa de circulación de fluidos en fondo, con apertura hacia abajo, para pozos de petróleo

Info

Publication number: WO2017009765A1
Application number: PCT/IB2016/054129
Authority: WO
Inventors: Byron Raúl LÓPEZ ROBAYO
Original assignee: SERTECPET SA
Current assignee: SERTECPET SA
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2016-07-09
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: BR212018000789Y1; MX393851B; CO2018001366A2; US20180195367A1; US10900325B2; CA2992387C; BR212018000789U2; MX2018000550A; CA2992387A1

Abstract

La presente invención se relaciona con camisas de circulación de fluidos, utilizadas en el fondo de pozos de petróleo, aplicable en los sistemas convencionales de completación de fondo en la industria petrolera. Específicamente, consiste en la modificación del diseño de la camisa en su forma de apertura, que se hace por el desplazamiento del manguito deslizante hacia abajo y cuyo objetivo es solucionar el problema que representa el cierre accidental de la camisa al momento del ingreso de una bomba jet en su interior.

Description

Camisa de circulación de fluidos en fondo, con apertura hacia abajo. para pozos de petróleo

1. Campo y objetivo de la invención:

La presente invención se relaciona con camisas de circulación de fluidos, utilizadas en el fondo de pozos de petróleo, aplicable en los sistemas convencionales de completación de fondo en la industria petrolera. Específicamente, consiste en la modificación del diseño de la camisa en su forma de apertura, que se hace por el desplazamiento del manguito deslizante hacia abajo, y cuyo objetivo es solucionar el problema que representa el cierre accidental de la camisa al momento del ingreso de la bomba jet en su interior.

2. Antecedentes del estado de la técnica:

Para controlar un pozo de petróleo durante los procesos de intervención, se hace circular fluidos a través de la camisa o válvula de circulación para reacondicionamiento, o también para igualar las presiones existentes entre la tubería y el espacio anular. Adicionalmente, estas camisas sirven para alojar una bomba jet para bombear petróleo, existiendo en este caso específico el riesgo de que la camisa se cierre accidentalmente por diversas causas, como: al momento que se introduce la bomba; por desplazamiento de la misma; o por causa de acumulamiento de material como lodos o arenas del pozo que ingresan a la camisa. Este cierre interrumpe el flujo bombeado hacia el exterior.

En el estado de la técnica existen algunas soluciones a este problema, entre ellas:

La patente US 5678633A de 21 de octubre de 1978 titulada "HERRAMIENTA DE DESPLAZAMIENTO", que se refiere a una herramienta de desplazamiento la cual es preferentemente de accionamiento hidráulico. Una fuerza hidráulica acumulada supera a un pistón de retención, el cual, a su vez, libera una articulación pivotante cuyos movimientos se oponen por un

i muelle helicoidal. El muelle helicoidal insta a la articulación pivotante a abrirse donde un contacto puede establecerse con la ranura interna sobre un manguito de desplazamiento. La herramienta de desplazamiento puede ser accionada con la articulación en la posición expandida puesto que las partes están configuradas para permitir retraer la articulación para despejar las obstrucciones internas antes de alcanzar las ranuras de desplazamiento en el manguito de desplazamiento. La acción de pivotamiento de la empuñadura en la ranura en el manguito de desplazamiento aumenta la fuerza de agarre cuando se presentan obstáculos. Las partes están configuradas de modo que hay un mínimo de movimiento de las partes que se desplazan, que tienen sellos para reducir aún más el desgaste potencial en los sellos de presión. Se provee un diseño compacto que puede ser útil en los manguitos con una serie de perforaciones internas. Los muelles helicoidales utilizados en la realización preferida, que actúan en contra de la vinculación, pueden ser reemplazados fácilmente para ajustar la fuerza de acoplamiento con la ranura interna en la manga de cambio. Es decir, esta solución provee un medio articulado para abrir y cerrar la camisa, asegurando su apertura y cierre por medios diferentes a los propuestos en la presente invención.

La patente US 6722439B2 de 20 de abril de 2004 titulada "VÁLVULA DE MANGUITO DESLIZANTE MULTIPOSICIONADO", se refiere a un estrangulador de fondo de pozo en la forma de una válvula de manguito operable en una pluralidad de posiciones incluyendo completamente abierta, completamente cerrada, y posiciones intermedias. Cuenta con un sistema de control hidráulico que, en una realización, proporciona la fuerza motriz para mover el manguito deslizante una cantidad predeterminada para una determinada presión de control aplicada. Otros incrementos en la presión aplicada dan como resultado otros movimientos predeterminados del manguito deslizante. En otra realización, los manguitos deslizantes se acoplan en una serie de ranuras en la carcasa que los rodea dependiendo del grado de la presión aplicado al sistema de control. Es decir, esta solución provee un medio de control hidráulico para asegurar la apertura y cierre de la camisa, por medios diferentes a los propuestos en la presente invención. En los casos citados del estado de la técnica, se puede apreciar que las soluciones propuestas para el control de apertura y cierre de la camisa, dependen de un control externo, que puede ser hidráulico o articulado para evitar un cierre accidental de la camisa ocasionado por un desplazamiento indeseado del manguito a la posición cerrada cuando ingresa la bomba jet, situación que puede darse debido al desgaste de la camisa o por presencia de residuos sólidos o sedimentos que favorecen el arrastre del manguito. Estas situaciones existentes en el estado de la técnica ocasionan costos adicionales altos, lo que se refleja en la producción y operación, por lo que en el presente invento, a fin de solucionar este problema, se han desarrollado importantes modificaciones en el diseño de la camisa de circulación convencional, de forma que se pueda usar la misma herramienta estándar en las operaciones de apertura y cierre de la camisa de circulación, sin requerir el uso de otras fuerzas de presión, como la hidráulica o la articulada, evitando el cierre accidental y la consecuente interrupción de la producción.

3. Breve descripción de la invención:

A fin de dar solución a este problema, se ha modificado la camisa de circulación de fluidos en fondo para pozos de petróleo, proponiendo un nuevo diseño de la misma, que difiere del estado de la técnica en que la apertura de la camisa se efectúa mediante el desplazamiento del manguito deslizante hacia abajo. De esta manera, se observa que con el nuevo diseño se elimina el riesgo de que la camisa de circulación se cierre cuando la bomba jet ingresa, problema que es causado entre otras circunstancias, por la presencia de sólidos o por presencia de contaminantes sólidos que se encuentran presentes en los fluidos del pozo, o por desgaste del manguito de circulación, obteniéndose como resultado una camisa de circulación de fluidos en fondo para pozos de petróleo segura, que garantiza su apertura en el momento de la operación de la bomba. La camisa de circulación de fluidos en fondo para pozos de petróleo de la presente invención, incorpora los siguientes cambios esenciales e innovadores en su diseño:

1. Un manguito deslizante (dispositivo de apertura y cierre de la camisa) diferente, el cual se ha posicionado de manera invertida en comparación con una camisa de circulación convencional. En este nuevo diseño, el manguito deslizante no dispone del kit de sellos vulcanizados en su parte periférica externa, como sucede en el estado de la técnica, si no que los sellos vulcanizados se alojan en la parte interna del cuerpo de la camisa para mayor seguridad, evitando que se rompan por el paso de los fluidos.

2. Las conexiones roscadas del cuerpo de la camisa han sido modificadas de acuerdo al tipo de rosca que dispone cada uno de los conectores, tanto arriba como abajo.

3. El cuerpo de la camisa de circulación en su diámetro exterior ha sido incrementado en 1 ,27 cm (500 milésimas de pulgadas) para garantizar mayor resistencia a la tensión, compresión y el manejo de esfuerzos para las operaciones en el pozo. En su parte interior aloja los elementos sellantes que van sujetos con la camisa de retención.

4. Los adaptadores cilindricos tubulares también han sido incrementados en su diámetro para garantizar mayor resistencia a la tensión y a su vez para mantener el mismo diámetro a lo largo de toda la camisa de circulación. Por las razones expuestas en el numeral anterior, fue necesario el rediseño mecánico en todas las partes de la camisa, debido a que dentro del pozo, cuando se produce algún atascamiento, se procede a realizar movimientos hacia abajo y hacia arriba tratando de liberar las herramientas, lo que les expone a esfuerzos peligrosos. 4. Breve descripción de las figuras:

La figura 1 representa una vista esquemática de la completación mecánica de un pozo petrolero modelo; se especifica: un cabezal del pozo [fig. 1 (1)]; la tubería de producción [fig. 1 (3)] que por un extremo se conecta al cabezal y por el otro se conecta a la camisa de circulación [fig. 1 (4)]; el espacio anular [fig. 1 (2)]; el tubo de revestimiento [fig. 1 (22)]; la empacadura [fig. 1 (5)]; y, la salida hacia la formación en el fondo del pozo [fig. 1 (6)].

La figura 2 representa una vista en corte del conjunto camisa de circulación según la presente invención, en el cual se especifican: el manguito deslizante en posición invertida [fig. 2(7)]; la carcasa cilindrica tubular rediseñada [fig. 2(8)]; anillos "O" [fig. 2(9)]; un adaptador cilindrico superior [fig. 2(10); un adaptador cilindrico inferior [fig. 2(1 1)]; las ventanas periféricas de circulación [fig. 2(12)]; el manguito de retención de sellos [fig. 2(14)]; conexión roscada del adaptador superior [fig. 2(19)] en la carcasa cilindrica tubular para su acople con el adaptador cilindrico superior; conexión roscada del adaptador inferior [fig. 2(20)] en la carcasa cilindrica tubular para su acople con el adaptador cilindrico inferior; juego de sellos [fig. 2(21)]. Se destacan además, el diámetro incrementado de la camisa [fig. 2(24)], por efecto del incremento del espesor [fig. 2(E)] de la misma, en 1 ,27 cm.

La figura 2a es una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación [fig. 1 (4)], y la ubicación del manguito deslizante en posición invertida [fig. 2a (7)] en posición abierta, en la cual las uñas de enganche [fig. 3(15)] están trabadas en el alojamiento de seguridad inferior [fig. 2a (13b)]. Se especifican, además: las ventanas periféricas de circulación [fig. 2a (12)]; y, el juego de sellos [fig. 2a (21)].

La figura 2b es una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación [fig. 1 (4)] y la ubicación del manguito deslizante en posición invertida [fig. 2b (7)] en posición cerrada en la cual las uñas de enganche [fig. 3(15)] están trabadas en el alojamiento de seguridad superior [fig. 2b (13a)]. Se especifican, además: las ventanas periféricas de circulación [fig. 2b (12)] y el juego de sellos [fig. 2b (21)].

La figura 3 representa una vista de detalle del desarrollo de los componentes interiores de la camisa de circulación [fig. 1 (4)]. Se especifican: el juego de sellos [fig. 3(21)]; el manguito de retención de los sellos [fig. 3(14)], que incluye los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a)] y [fig. 3(13b)]; y el manguito deslizante [fig. 3(7)], que incluye las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] y los anillos "O" sellantes de estanqueidad [fig. 3(23)].

La figura 4 representa una vista en corte de la camisa de circulación [fig. 1 (4)] acoplada a la tubería de producción [fig. 4(3)] por sus extremos superior e inferior. Se especifica además, el manguito deslizante [fig. 4(7)].

La figura 5a representa un corte longitudinal de la camisa convencional, y la fig. 5b representa un corte longitudinal de la nueva camisa de circulación de fluidos para pozos de petróleo motivo de esta invención, donde se evidencia el nuevo diseño de sus partes como son su mayor diámetro [fig. 5b(24)] con respecto al anterior [fig. 5a (30)], asegurando así una mayor resistencia a la tensión y compresión para tareas propias del proceso de la completación, que es cuando dichos elementos se exponen a esfuerzos extremos; por ejemplo, cuando la camisa se atasca el momento de recuperarla a la superficie. Se evidencian además las diferencias principales entre el manguito de cierre anterior [fig. 5a (28)], que posee los sellos vulcanizados y el nuevo [fig. 5b (7)] que ya no dispone de sellos vulcanizados en el cuerpo del manguito; esto elimina la posibilidad existente en el diseño del estado de la técnica de que los sellos se rompan por el paso de los fluidos a alta presión.

La figura 6a representa el manguito deslizante convencional el cual dispone de sellos vulcanizados al cuerpo y la figura 6b representa al manguito deslizante rediseñado que forma parte de la nueva camisa de circulación; este manguito no dispone de sellos vulcanizados lo que le hace reusable de manera permanente, y por consiguiente incrementa el tiempo de vida útil del equipo.

5. Descripción detallada de la invención:

Las camisas de circulación [fig. 1 (4)] controlan el flujo de un fluido tanto en producción como en pruebas de pozo. Estas camisas están roscadas por sus partes superior e inferior a la tubería de producción [fig. 4(3)] y pueden alojar bombas hidráulicas tipo jet para levantamiento artificial y un manguito deslizante [fig. 2(7)] que abre o cierra las ventanas de la camisa de circulación [fig. 2(12)] para permitir o bloquear el paso del fluido de producción desde la tubería hacia el espacio anular o viceversa; el número de camisas que se instala en la completación del pozo dependerá del número de formaciones productoras.

En la figura 2 se presenta una vista en sección axial longitudinal del conjunto camisa de circulación [fig. 1 (4)] y manguito deslizante en posición invertida [fig. 2(7)]. La camisa de circulación, está formada por una carcasa cilindrica tubular de diseño apropiado para la posición invertida del manguito [fig. 2(8)], cuyos extremos van roscados al conector superior [fig. 2(10)] y al conector inferior [fig. 2(1 1)], y usa un anillo "O" [fig. 2(9)] para hacer el sello entre estas conexiones; los conectores superior [fig. 2(10)] e inferior [fig. 2(11)], a su vez, están roscados a la tubería de producción [fig. 1 (3)]. La carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)] presenta en su pared periférica una serie de orificios o ventanas [fig. 2(12)]. En la pared interna de la carcasa, en su parte inferior, se encuentra una superficie pulida donde se aloja el manguito deslizante [fig. 2(7)]. En la parte superior de la carcasa, a continuación de las ventanas periféricas de circulación se encuentra un espacio donde se aloja el kit de sellos [fig. 2(21)], seguido por el manguito de retención de sellos [fig. 2(14)] el cual dispone en su pared interna de dos ranuras anulares que sirven de alojamientos de seguridad [fig. 3(13a)] y [fig. 3(13b)] separadas axialmente, en las cuales se traban las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] según la posición del manguito deslizante [fig. 2(7)]. En la figura 2a se presenta una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación con el manguito deslizante en posición abierta (hacia abajo); aquí el fluido puede comunicarse por las ventanas periféricas de circulación del manguito deslizante [fig. 2a(7)] y atravesar por las ventanas periféricas de circulación de la carcasa de la camisa [fig. 2a(12)] hacia el espacio anular [fig. 1 (2)]; en esta posición se observa que las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] están trabadas en el alojamiento de seguridad [fig. 2a(13b)].

En la figura 2b se presenta una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación con el manguito deslizante [fig. 2b(7)] en posición cerrada (hacia arriba); aquí las ventanas periféricas de circulación [fig. 2b(12)] no comunican con las ventanas periféricas de la carcasa, por lo tanto el fluido no puede comunicarse con el espacio anular de la tubería de revestimiento; en esta posición se observa que las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] del manguito deslizante [fig. 2b(7)] están trabadas en el alojamiento de seguridad [fig. 2b(13a)].

En la figura 3 se representa una vista en corte del desarrollo de los componentes interiores de la camisa de circulación de la presente invención, en la cual se aprecia, abajo, el juego de sellos [fig. 3(21)], que se alojan en el interior de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)]. En la parte superior se observa el manguito de retención de sellos [fig. 3(14)] que es un elemento cilindrico metálico que sirve para sujetar el juego de sellos [fig. 3(21)] dentro de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)]; en su parte interna dispone de los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a)] y [fig. 3(13b)] para alojar las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] del manguito deslizante [fig. 3(7)]; el manguito de retención de sellos [fig. 3(14)] se mantiene fijo por el conector inferior [fig. 2(1 1)] de la camisa de circulación. Finalmente, entre el juego de sellos y el manguito de retención de sellos, se observa el manguito deslizante [fig. 3(7)] cuya parte superior tiene las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] que actúan como un candado cuando ingresan en los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a)] y [fig. 3(13b)]. Estos alojamientos de seguridad están ubicados en la parte interna del manguito de retención de sellos [fig. 3(14)]. El manguito deslizante [fig. 2(7)], con su movimiento axial hacia abajo o hacia arriba, permite abrir y cerrar respectivamente, el paso del fluido a través de las ventanas periféricas de circulación [fig. 2(12)] de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)]. En la parte inferior del manguito deslizante [fig. 3(7)] se tiene dos canales tangenciales que alojan dos anillos sellantes de estanqueidad [fig. 3(23)] que hacen sello con la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)].

Con este nuevo diseño de la camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos de la invención, se evita el riesgo de que se cierre la camisa el momento en que la bomba jet ingrese en la misma.

El manguito deslizante [fig. 2(7)] de la camisa de circulación [fig. 1 (4)] es accionado por impacto, para lo cual es necesario desplazar por la parte interior de la tubería de producción, la herramienta de desplazamiento desde la superficie, con la ayuda de un cable de acero; esta herramienta ingresa a la camisa de circulación y, luego de engancharse, se procede a golpear hacia arriba para cerrar y hacia abajo para abrir la camisa de circulación.

Como resultado de la presente invención, se obtienen ventajas importantes sobre el estado actual de la técnica, ya que el hecho de invertir el sistema de cierre de la camisa da mayor seguridad en las operaciones de evaluación y producción de los pozos con el sistema de bombeo jet. Además, al aumentar el diámetro exterior de la camisa de circulación en todas sus partes a lo largo de la camisa y rediseñar el sistema de conexiones roscadas de la carcasa, se asegura una mayor duración de la misma en el fondo del pozo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una camisa de circulación de fluidos [fig. 2] en fondo de pozo de petróleos, que comprende una carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)] con una serie de ventanas periféricas de circulación [fig. 2(12)] que atraviesan su pared radialmente, que aloja en su interior un juego de sellos [fig. 3(21)] de estanqueidad, sujetados en posición fija por un manguito de retención de sellos [fig. 3(14)], el mismo que en su parte interna dispone de los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a)] y [fig. 3(13b)] para alojar las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] del manguito deslizante [fig. 3(7)], caracterizada porque el manguito deslizante en posición invertida realiza la operación de apertura de la camisa de circulación de fluidos mediante su desplazamiento hacia abajo.

2. La camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos [fig. 2], según la reivindicación 1 , caracterizada porque el manguito deslizante en posición invertida [fig. 2(7)] ubicado dentro de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)], está constituido por una serie de uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] que actúan como un candado cuando ingresan en los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a) y [fig. 3(13b)] en la superficie interna del manguito de retención de sellos [fig. 3(14)], donde se alojan, enganchándose. Los alojamientos de seguridad están distanciados axialmente por una longitud de 3,81 cm (1 ,5 pulgadas).

3. La camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos [fig. 2] de la reivindicación 1 , caracterizada porque en el manguito deslizante en posición invertida [fig. 2(7)], ubicado dentro de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)], se han eliminado los sellos vulcanizados, para evitar que sean dañados por el flujo de los fluidos bombeados hacia el exterior.

4. La camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos de la reivindicación 1 , caracterizada porque el diámetro exterior [fig. 2(24)] del cuerpo de la camisa de circulación [fig. 1 (4)] ha sido incrementado en 1 ,27 cm (500 milésimas de pulgadas) para garantizar mayor resistencia en esfuerzos de tensión, compresión y manejo de los esfuerzos resultantes de las acciones de impacto para las operaciones de apertura y cierre de la camisa de circulación.