MX2011006676A - Aparato inteligente de bombeo hidraulico para recuperacion de petroleo y obtencion de informacion de fondo del yacimiento. - Google Patents

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).

Description

APARATO INTELIGENTE DE BOMBEO HI DRÁU LICO PARA RECU PE RACIÓN DE PETRÓLEO Y OBTENCIÓN DE IN FORMAC IÓN DE FON DO DEL YACIM I ENTO CAMPO DE LA I NVENCION La presente invención se refiere en general a la explotación de pozos de petróleo y gas. Específicamente a un aparato y método para el levantamiento artificial de petróleo por medio del sistema de bombeo hidráulico , y la obtención de información del fondo del yacim iento .

ANTEC E DENTES DE LA I NVENCION En la práctica trad icional de la producción de petróleo, los diferentes tipos de levantamiento artificial se han basado solamente en levantar el fluido de producción mediante diferenciales de presión . Para el efecto se utilizan bombas mecánicas, eléctricas , de tornillo e hidráulicas que se instalan en el fondo del pozo. Para definir cuál de los métodos de levantamiento artificial se aplicará en un determinado pozo, se requiere conocer la información del yacim iento como son (presiones, temperaturas, características de los fluidos del pozo , y caudal q ue produce el mismo) parte de esta información (características de los fluidos y caudales), se puede obtener en superficie , haciendo producir el pozo m ientras q ue las presiones del yacimiento y la temperatura deberán registrase en el fondo del pozo.

En el estado de la técnica se conoce una gran variedad de bombas jet para el desarrollo, prueba, y operación de pozos de petróleo y gas, entre las cuales se pueden citar las patentes U.S. Pat. Nos: 1,355,606; 1,758,376; 2,041,803; 2,080,623; 2,285,638; 2,287,076; 2,826,994; 3,215,087; 3,234,890; 3,887,008; 4,135,861; 4,183,722; 4,293,283; 4,310,288; 4,390,061; 4,441,861; 4,504,195; 4,603,735; 4,605,069; 4,658,693; 4,664,603; 4,726,420; 4,744,730; 4,790,376; 5,055,002; 5,083609; 5,372,190; 5,472,054; 5,651,664; 5,667,364; 6,354,371.

En el estado de la técnica se conoce también la patente de modelo de utilidad (Ecuador: EC-S U-01-4158) Bomba Jet CLAW Hidráulica, del mismo inventor, para el levantamiento de fluidos en pozos petroleros, que se incorpora a la presente invención como referencia, pero debido a la necesidad de la industria petrolera de disponer de un aparato compacto que incorpore beneficios como el cierre del pozo en el fondo, a la profundidad de la bomba de manera instantánea, para reducir el "efecto de llenado" y lograr registros muy precisos para el cálculo de los límites del reservorio o del pozo, hizo que se ponga en marcha la presente invención. Es así que la bomba jet que forma parte importante de ésta invención tiene un diseño que mantiene los fundamentos de la anterior, pero adicionalmente dispone de un rediseño que permite su montaje, adaptación y funcionamiento de acuerdo a las necesidades de operación del aparato. Entre las características que lo diferencian está el conector dispuesto en la parte inferior de la bomba que permite ensamblarse a la válvula de cierre de fondo y también mantiene cerrado los ductos del by-pass de la válvula de cierre de fondo, y, por la parte superior, la extensión adaptadora a la cual se fijan los prisioneros q ue mantienen fija a la bom ba mientras está en funcionamiento.

Entre las técnicas tradicionales más conocidas para obtener la información de presiones y temperaturas del fondo del pozo se pueden citar: a. Un porta sensores (gauge carrier) enroscado a la tubería de producción (tubing) , para lo cual se requiere una torre de reacondicionamiento (equipo grande) para bajar la tubería en un tiempo aproximado de 1 0 horas y para sacar la tubería en un tiem po similar de 1 0 horas. Este procedim iento solo se aplica a pozos exploratorios y no a pozos productores, se logra registrar las presiones del yacimiento de manera puntual en el instante en que se producen los disparos y comienza a fluir el yacimiento. b. Otra técnica conocida se refiere a la utilización de una válvula de cierre de fondo, que utiliza nitrógeno para realizar el cierre y q ue mide aproximadamente 6 metros de largo y 1 00 m m (4 pulgadas) de diámetro. En su operación se genera incertidumbre por lo que no se puede determinar su estado de cierre o apertura , creando confusión en las decisiones operativas. Además, para su instalación , se requiere de la ayuda de un elevador, operación q ue es muy riesgosa . c. Otra técnica conocida se refiere a una válvula convencional que se asienta en el fondo del pozo (standing valve) , la cual es posicionada con l ínea de alambre en un neplo de asiento (no-go) previamente enroscado a la tubería de producción a la profundidad deseada . La recuperación de la válvula se la hace con l ínea de alambre, que es un proceso que demanda un tiempo promedio de 6 horas en bajar e igual tiempo en subir, esto sí y solo si ésta se desasienta. En caso contrario, se recuperará sacando la tubería de producción, lo cuál no es un procedimiento seguro y funciona cuando la presión del yacimiento es baja, mientras que cuando la presión del yacimiento es superior a la presión hidrostática que se encuentra sobre la válvula, le obliga a abrirse hacia arriba alargando el denominado "efecto de llenado", lo que genera pérdidas de tiempo de inclusive algunos días. Esto, evidentemente, no es deseable porque se produce una considerable pérdida de producción.

Ninguno de los métodos del estado de la técnica antes mencionados permite realizar el levantamiento de fluidos y el registro de información del pozo en condiciones óptimas, con un cierre de fondo adecuado del pozo con un sólo aparato, ya que de manera tradicional se realiza con equipos independientes que posicionan los sensores en el fondo del pozo con línea de alambre o tubería, y que requieren de un sistema de levantamiento adicional (una bomba), todo lo cual los convierten en procesos más complejos, lentos, de mayor riesgo y costo.

Se plantea, pues, la necesidad de disponer de un sólo aparato y procedimiento que permitan realizar una función integral; que comprenda el levantamiento de fluidos y el registro de información del fondo del pozo mediante un cierre temporal del mismo.

También se plantea la necesidad de que el cierre en el fondo del pozo se realice de manera instantánea, para reducir el "efecto de llenado", y lograr registrar de manera más rápida y precisa los parámetros para el cálculo de los límites del reservorio o del pozo.

Por tanto, el objetivo de la presente invención es resolver los problemas del estado de la técnica, mediante un aparato inteligente que permita el levantamiento artificial de petróleo y también un cierre temporal del pozo en un sólo aparato.

La experiencia del inventor en el campo petrolero, de más de 25 años, ha permitido desarrollar un aparato inteligente de bombeo hidráulico para levantamiento artificial de petróleo, la obtención y registro de información de fondo del yacimiento, incorporando a las técnicas conocidas de levantamiento artificial con bomba jet, una válvula de cierre de fondo para registrar de manera eficiente la presión de restauración del yacimiento y la temperatura mediante el cierre temporal del pozo en forma más ágil .

BREVE DESC RI PCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un aparato inteligente de bombeo hidráulico para levantamiento artificial de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacimiento, (presiones y temperatura), mediante pruebas de producción, cierre temporal, restauración e igualación de presiones, en una sola y sencilla operación. Los datos obtenidos son registrados en los sensores instalados en el aparato inteligente que, posteriormente, permitirán determinar el caudal máximo de producción y otros parámetros necesarios para la óptima explotación.

La presente invención puede aplicarse en pozos exploratorios, de avanzada y de desarrollo.

El aparato inteligente de bombeo hidráulico de la presente invención comprende una bomba jet, acoplada a una válvula de cierre de fondo por un conector inteligente, y esta, a su vez, acoplada a un porta sensores por medio de un tapón inferior, formando un conjunto integral monobloque. El aparato inteligente es colocado en el fondo del pozo, descendiéndolo en forma libre por la tubería de producción (tubing), que es parte del completamiento mecánico del mismo, mediante la inyección desde la superficie de un fluido motriz con una bomba de superficie hidráulica reciprocante, centrífuga u otra, a velocidades y presiones bajas hasta su alojamiento en la camisa de circulación.

El aparato inteligente comienza su operación al inyectar el fluido motriz (petróleo o agua) desde la superficie hasta la bomba jet, a través de la tubería de producción a una presión que va en aumento hasta 3500 psi. Como esta no es una presión estándar, dependerá de la cantidad del caudal máximo del pozo y de cuánto requiere ser producido, luego de lo cual comienza a producirse el levantamiento de los fluidos hasta la superficie por el efecto jet (principio Venturi) e inicia la prueba del pozo para determinar en superficie cuál es el caudal máximo del pozo, que se va contabilizando en tanques calibrados, mientras los sensores alojados en el porta sensores van registrando la presión fluyente y temperatura.

Cuando la producción se ha estabilizado, a criterio de los técnicos, se procede a terminar la prueba de producción suspendiendo el bombeo desde la superficie, momento en el cual la válvula de cierre cumple su función de cerrar el pozo en el fondo y los sensores registran la presión del reservorio, es decir, la presión existente en ese intervalo desde el yacimiento hasta la válvula de cierre de fondo.

Durante el periodo de flujo y el cierre del pozo, los sensores acoplados a la válvula de cierre a más de registrar la presión fluyente y la presión de reservorio, también registran la variación de la temperatura en cada uno de estos eventos.

Una particularidad de la presente invención es que el cierre en el fondo del pozo se realiza de manera instantánea, reduciendo al mínimo el denominado "efecto de llenado". El momento en que se suspende el bombeo, la presión hidrostática ejerce presión sobre la esfera superior de la válvula de cierre de fondo, haciendo descender el pistón hasta asentarse sobre la esfera inferior, generando el cierre completo de la válvula de cierre de fondo, para dar inicio a la restauración de presión del reservorio. Durante el cierre temporal del pozo, se permite recuperar la presión del reservorio, la misma que va incrementando con el paso del tiempo hasta alcanzar su punto máximo, dato que es muy útil para el estudio del reservorio.

Al volver a aplicar la presión de inyección desde la superficie, la bomba jet reinicia su operación y el vacío generado por el efecto Venturi en la bomba jet levanta la esfera superior que se encuentra dentro del pistón, el resorte desplaza hacia arriba este pistón, y deja automáticamente en posición abierta la válvula de cierre de fondo para que pasen los fluidos del pozo y se reinicie la producción.

Una modalidad complementaria de la invención se refiere a la recuperación del aparato i nteligente de bombeo hidráulico a la superficie, mediante la igualación de las presiones hidrostática y de reservorio a la que está sometida la bomba.

Las ventajas técnicas de la presente invención incluyen el aportar un método para recabar la información de los parámetros de fondo del pozo mediante el cierre de la válvula de fondo. En particular, se pueden recabar presiones y temperatura, y con esta información determinar los parámetros del yacim iento, calcular los l ímites del reservorio, hacer simulaciones de las diferentes presiones dinámicas y caudales, que son de suma util idad para el calculo del I P (índice de productividad del yacim iento) , definir un plan de explotación del yacim iento, obtener el mejor factor de recobro del petróleo; y, en definitiva , tomar las decisiones que aseguren una inversión rentable.

La incorporación de una válvula de cierre de fondo a la bom ba jet, de las características de la presente invención , es un avance tecnológico no conocido en la industria de petróleo, tanto por su d iseño, como por su funcionamiento, ya que el cierre generado por un sistema de pistón y dos esferas de un material altamente resistente, hace a ésta válvula de cierre de fondo más eficiente . Además, la válvula de cierre de fondo incorpora un by-pass especial , que facilita la recu peración de la bomba a su perficie.

Otra ventaja técnica de la presente invención , es que incl uye el reg istro de la presión dinámica o fluyente, y la tem peratura a la profundidad donde se encuentra el aparato intel igente de bom beo hidráulico, en el mismo instante que se produce la apertura automática de la válvula de cierre de fondo, cuando la presión de inyección es aplicada sobre la boquilla de la bomba jet y da inicio al levantamiento del fluido del reservorio por el efecto Venturi. Este registro se produce y mantiene durante el tiempo de operación fluyente que puede ser de días, meses o años.

Es una ventaja técnica de la presente invención también, el que incluye el cierre automático de la válvula de cierre de fondo cuando el aparato inteligente detecta la caída de presión de inyección e inicia la restauración de presión del reservorio desde la formación hasta donde está instalado el aparato inteligente. En ese instante, se registran los valores de presión d reservorio y la temperatura en condiciones estáticas. El tiempo de cierre del pozo lo determina el reservorista.

También es otra ventaja técnica de la presente invención el que incluye la reducción al mínimo del denominado "efecto de llenado", al realizar el cierre en el fondo del pozo en forma instantánea. En particular, la reducción del "efecto de llenado" se traduce en disminución de costos tanto en tiempo de paralización de equipo, como en producción del pozo. Esta aplicación no se puede hacer con ningún tipo de levantamiento artificial conocido.

Otra ventaja técnica de la presente invención incluye la recuperación de la bomba desde el fondo del pozo, una vez terminadas las operaciones de producción, cierre y registro de parámetros. El aparato inteligente de la presente invención dispone de un by-pass para igualar las presiones hidrostática y de reservorio a la que está sometido, dispositivo sin el cual sería imposible la recuperación de éste a superficie. Ésta característica de la invención, se diferencia de las técnicas tradicionales que requieren de otras operaciones largas y costosas con equipos especiales.

Una ventaja adicional de la presente invención, es el registro de la información de la presión dinámica o fluyente del pozo, presión del reservorio durante el periodo de cierre, y de la temperatura en los dos periodos en una sola operación. Los datos recabados se almacenan en los sensores electrónicos ensamblados en la válvula de cierre de fondo.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 representa una vista esquemática de la completación de un pozo petrolero con el aparato inteligente para levantamiento artificial de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacimiento.

La figura 2 es una vista en corte transversal del aparato inteligente. La figura 3 es una vista de sección transversal de la bomba jet y sus componentes La figura 3A representa un detalle del cuerpo de descarga La figura 3B representa un detalle del conjunto boquilla - tubo de mezcla.

La figura 4 representa una vista de sección transversal de la válvula de cierre de fondo y sus componentes, y una vista de la disposición del pistón (24) en la apertura y cierre de la válvula de fondo.

La figura 4A representa un detalle de acople conector inteligente y alojamiento de válvula.

La figura 4B representa un detalle de la disposición del by-pass en el alojamiento de la válvula inteligente.

La figura 5 es una vista de sección transversal del alojamiento de la bomba Jet y sus componentes.

La Figura 6 es una vista transversal del alojam iento de los sensores electrónicos y sus componentes .

DESCRI PCION DETALLADA DE LA INVENCION En la fig . 1 se muestra un diagrama de las princi pales partes de la completación de un pozo de petróleo para la operación con el aparato inteligente motivo de la presente invención .

Para instalar el aparato inteligente en el fondo del pozo, se debe desacoplar el tapón (A) del cabezal (P) introducir el aparato inteligente en el interior del cabezal, el m ismo que está acoplado con la tubería (E) por su parte inferior, como se ilustra en la fig .1 . Se debe iniciar el descenso por la tubería (E) : el desplazamiento del aparato inteligente desde el cabezal (P) hasta la cam isa (F) se lo hace por medio de un fluido motriz a través de la l ínea de inyección (B) (agua o petróleo) , inyectado desde la superficie con una bomba h idráulica reciprocante , centrifuga u otra , a una presión baja (1 00 a 200 psi) , hasta que llegue a la profundidad de la camisa de circulación (F) y se asiente. La empaquetadura (I) es un sello que sirve para evitar que la mezcla de los fluidos descienda a la formación , al hacer un sello hermético entre el tubo de revestim iento (D) y la tubería de producción (E) .

El aparato inteligente de bombeo hidráulico , según la fig . 2 , consta de los sig uientes grupos: Grupo I : Bom ba jet Grupo I I : Válvula de cierre de fondo.

Grupo I I I : Alojamiento de bomba jet.

Grupo IV: Porta sensores y sensores electrónicos.

El montaje del aparato inteligente de bombeo hidráulico sigue la siguiente secuencia: La válvula de cierre de fondo completa (II) se enrosca por su parte inferior con el Tapón I nferior inteligente (28) . El extremo superior de la válvula va enroscada al tubo exterior 14 (Outer Tube) y la bom ba jet sin el cuello de pesca es introducida en el interior del tubo exterior ( 14) y acoplada a la válvula de cierre de fondo por medio del conector inteligente (1 2). Posteriormente se ensambla el empacador superior (20) al tubo exterior ( 14) con sus respectivos elementos sellantes ( 1 7 , 1 8 y 1 9) .

Los elementos sellantes que se alojan en el empacador superior (20) y los que se alojan en el tapón inferior (28) son iguales y sirven para hacer un sello hermético en las superficies sellantes superior e inferior de la camisa de circulación (F). Seguidamente, se instalan pines de bronce en el empacador superior (20) para mantener fija la bom ba (I ) en su alojamiento y se enrosca y ajusta el cuello de pesca. En el extremo inferior del tapón (28) se instala el alojam iento de los sensores electrónicos (29) , y, finalmente, se debe aj ustar integ ralmente todo el conjunto, q uedando listo para su desplazamiento en el pozo.

Este aparato inteligente está diseñado en diferentes medidas ; para pozos con tuberías de producción de diámetros de 1 14, 89 y 73 mm (4 ½", 3 ½" y 2 7/8" pulgadas). Todos los materiales de acero al carbono empleados en este aparato inteligente son tratados superficialmente con procesos de nitruración con gases o sales.

Siguiendo el detalle estructural mostrado en la fig 2 , a continuación se describe en forma independiente cada uno de los grupos de la invención antes mencionados.

En la fig . 3 se ilustra una vista en sección transversal de la bomba jet (I ) y sus com ponentes.

El cuello de pesca ( 1 ) es un elemento que sirve para recuperar el aparato inteligente (H) cuando por presencia de carbonatos u otros sólidos acumulados sobre o alrededor de ésta , no permitan su recuperación mediante presión hidráulica . En este caso, se deberá utilizar una l ínea de acero para esta operación llamada pesca; la extensión adaptadora (6) actúa como una extensión para ensamblar el cuello de pesca ( 1 ) y el em pacador superior (2) , y perm ite fijar la bom ba jet en su alojamiento por la presión que ejercen los prisioneros de bronce (34) sobre la superficie exterior de ésta extensión (6) , mientras opera y mientras el pozo está cerrado. Tam bién ésta extensión adaptadora (6) cizalla los prisioneros de bronce (34) para abrir los ductos del by pass (23) de la válvula de cierre de fondo.

El empacador superior (2) aloja en su parte interior a la boquilla (8) y en la parte exterior el paquete de sellos (3 ,4 y 5) que consta de 2 empaquetaduras en "V" (4); las mismas que son centralizadas por el adaptador central (3) que es un anillo metálico en forma de "V" , y ajustadas por el adaptador final (5) , que también es un anillo metálico. El conjunto formado por los elementos (3) , (4) y (5) crea un sello hermético que aseg ura el direccionamiento del fluido motriz hacia la boq uilla (8) . En la parte inferior del em pacador (2) , donde se aloja la boquilla (8) , se encuentra instalado un anillo en O (7) (Oring) que hace sello hermético.

La boquilla (8) tiene una superficie cónica en su interior y su diámetro menor puede variar en 1 8 medidas diferentes, dependiendo de las características de producción del pozo. Este cambio de sección de un diámetro mayor a menor q ue experi menta el fluido a su paso por la boquilla (8) , da lugar a una transformación de la energ ía potencial de presión a energ ía cinética de velocidad del fluido inyectado, conocido con el nombre de efecto Venturi , que produce un vacío (diferencial de presión) facilitando que los fluidos del yacim iento puedan ingresar a través del retenedor de boquilla (9) al tu bo de mezcla( 1 0) . El retenedor de boquilla (9) además sirve para mantener una separación entre la boqui lla (8) y el tubo de mezcla (1 0) como se muestra en la fig . 3. En este tubo de mezcla , se une el fluido motriz de inyección y el fluido de producción del pozo.

El tubo de mezcla ( 1 0) al ig ual que la boquilla (8) , son las dos partes elementales de la bomba. Del diseño de sus áreas, depende la eficiencia de la bomba jet en el levantamiento de la producción del pozo. Estas piezas son de carburo de tungsteno.

El tubo de mezcla (10) en su interior tiene dos secciones, una constante por donde pasa la mezcla, y otra en forma de cono formado por dos ángulos de 2o y 1 5° que están diseñados para transformar la energ ía cinética en potencial, y cuyas áreas están diseñadas de tal forma que reduzcan las pérdidas de presión por fricción e incrementen la eficiencia de la bomba Jet. En el inicio de este cono se transforma la energ ía cinética de la mezcla en energía potencial, lo que hace que se eleve la presión y disminuya la velocidad hasta llegar al difusor (13) que es la continuación del cono del elemento (10); por su parte, el difusor (1 3) se acopla en el extremo superior al tubo de mezcla (10) y aquí se incrementa la energ ía a su punto máximo para generar el levantamiento de la mezcla hasta la superficie, venciendo el peso de la columna hidrostática y las perdidas de presión por fricción; en el extremo inferior el difusor (13) se acopla al cuerpo de descarga (16), en cada junta se dispone de un anillo en O (1 1 ) que evita las fugas en los dos extremos acoplados. Seguidamente, la mezcla fluye a través del cuerpo de descarga (16) y descarga hacia el espacio anular que se encuentra entre la tubería de producción (E) y la tubería de revestimiento (D); la potencia generada con la bomba jet será suficiente para que estos fluidos asciendan por este espacio anular hasta llegar al cabezal P, salir a la superficie por la línea (C) y empatar con la línea de producción que va a la estación de control de la producción.

En la parte inferior del cuerpo de descarga ( 16) va enroscado el conector inteligente (1 2); este elemento permite el paso de los fluidos del yacimiento desde la válvula de cierre de fondo hasta la bomba jet. Además abre y cierra el by-pass (23) para que se igualen las presiones cuando se requiere recuperar el aparato inteligente a la superficie.

El tubo exterior (15) sirve de unión roscada entre el empacador superior (2) y el cuerpo de descarga (16), creando un espacio anular formado entre la parte interna del tubo exterior (1 5), las paredes externas del tubo de mezcla (1 0) y el difusor (1 3 por donde circula el fluido del yacimiento para ingresar luego al tubo de mezcla (10) y continuar su paso hasta el difusor (13).

Para el montaje de la bomba jet se arma el difusor (1 3) que lleva en sus extremos 2 anillos en O (O-rings) (1 1 ), y a presión se ensambla con el tubo de mezcla (10), en cuya parte superior ese encuentra el retenedor de boquilla (9), sobre el que se coloca la boquilla (8) . En el interior del empacador superior (2), se inserta un anillo en O (O-ring) (7) y la boquilla (8). En la parte exterior del empacador superior (2) se colocan los elementos sellantes en el siguiente orden: adaptador central center (3), empaquetadura en "v" (4) y adaptador final (5); en la parte superior se enrosca la extensión adaptadora (6) y se espera hasta ensamblar totalmente el aparato inteligente para colocar el cuello de pesca ( 1 ). Para completar el armado de la bomba, se unen el cuerpo de descarga (16) con el empacador superior (2) por medio del tubo exterior (1 5). Finalmente, por medio del conector inteligente (12), se une la bomba jet con la válvula de cierre de fondo.

En la fig . 4 se ilustra la válvula de cierre de fondo, la que se enrosca en su parte superior al tubo exterior ( 14) . Esta válvula de, cierre de fondo está acoplada a la bomba jet y es una de las partes fundamentales en ésta invención . El alojamiento de válvula (35) es el cuerpo mismo de la válvula donde se alojan todas sus partes , seg ún se muestra en la fig . 4.

El ensamble pistón (24) esta formado por dos partes metálicas enroscadas y aloja en su interior la esfera superior (25 A) , q ue se asienta en la superficie rectificada, la parte inferior del pistón también hace sel lo con la esfera inferior (25 B) cuando el pistón (24) recorre hacia abajo. En la pared exterior del pistón están los elementos O-ring (22) que generan un sello hermético con la superficie interior del cuerpo de la válvula El anillo en O metálico (27) se asienta en el tapón I nferior (28) y es un retenedor de la esfera (25 B) manteniéndola fija . En la parte superior del anillo metálico (27) se asienta el resorte (26) de acero inoxidable que acciona el pistón (24) hacia arriba , mientras la válvula de cierre de fondo está abierta y la bom ba jet está operando.

Cuando la válvula de cierre de fondo está cerrada el pistón (24) desciende comprimiendo el resorte (26) hasta asentarse en la esfera (25B) .

Las esferas (25 A y B) son de carburo de tungsteno, un material con gran dureza y resistencia al desgaste y la corrosión, estas hacen el sello metal a metal con las superficies rectificadas del pistón (24) .

El tapón inferior (28) se acopla a la válvula de cierre de fondo; por la parte inferior aloja el sistema de sellos (17, 18 y 19) que consta de 3 empaquetaduras en "V" (18), las mismas que son centralizadas por el adaptador central (19), que es un anillo metálico en forma de "V", y ajustadas por el adaptador final (17) que también es un anillo metálico. El conjunto formado por los elementos (17, 18 y 19) crea un sello hermético con la superficie sellante inferior de la camisa (F) de la fig. 1.

Para armar la válvula de cierre de fondo, se posiciona la esfera (25B), el anillo en O metálico (27) en el tapón inferior (28), luego se ensambla el pistón (24) con la esfera (25A en su interior, y se posicionan los anillos en O (22) en el by-pass (23). Acto seguido el pistón (24) se introduce en el alojamiento de válvula (35), se posiciona el resorte (26) y se enrosca el tapón inferior (28) con el cuerpo de la válvula de cierre (35).

La figura 5 es una vista de sección transversal del alojamiento de la bomba jet y sus componentes.

El tubo exterior (14) aloja la bomba jet en su interior y se enrosca a la válvula de cierre de fondo por su extremo inferior, y por su extremo superior se enrosca con el empacador superior (20). Además, dispone de una serie de perforaciones laterales para la descarga de los fluidos de la bomba hacia el espacio anular existente entre la tubería de revestimiento (D) y la tubería de producción (E).

El empacador superior (20) en su interior aloja los sellos de la bomba jet (3, 4 y 5); en su parte externa presenta un resalte que ancla la bomba cuando llega a la camisa (F). La parte inferior externa aloja un kit de sellos (1 7 , 1 8 y 1 9) que son ensamblados al enroscar al extremo superior del tubo exterior (14). El kit de sellos sirven para hacer u n cierre hermético entre la bomba jet y la cam isa (F) . En la parte superior se sitúan lateralmente dos agujeros roscados en donde se alojan los prisioneros (34) .

En la fig 6 se i lustra una vista de la sección transversal del porta sensores (29) , que es una cápsula de protección de los sensores electrónicos (36) contra impactos o vibraciones. El porta sensores (29) va enroscado al tapón inferior (28) por su parte inferior, consta además de un resorte (30), un alojamiento de teflón (31 ) y una tuerca retenedora (33) . El alojamiento de teflón (31 ) está construido en un material suave pero resistente a la tem peratura, aisla y protege com pletamente los sensores electrónicos evitando contactos metal - metal. Los ductos de ingreso de fluido y presión al sensor (32) , comunican con los fluidos del pozo y hacen contacto con los sensores (36). Cabe destacar que el porta sensores responde a un diseño especial q ue se aj usta a las características dimensionales de los sensores electrónicos.

El porta sensores (29) es también un retenedor del kit de empaquetaduras ( 1 7 , 1 8 y 1 9) cuando es enroscado al tapón inferior (28) . Este kit de em paque sella en la parte inferior de la bomba jet con la camisa de circulación (F), en la parte superior de este alojamiento se ubican los ductos de entrada de los fluidos del pozo hacia la bomba .

Para ensamblar el porta sensores (29) se introducen los sensores electrónicos (36) en el alojamiento de teflón (31 ), los resortes (30) se posicionan uno a cada extremo, se ingresa en el alojamiento (29) y se ajusta con la tuerca retenedora (33) .

Los sensores electrónicos (36) reg istran y almacenan la información de la presión fluyente y la tem peratura mientras opera la bomba , al igual que la restauración de la presión del yacim iento y la tem peratura en el periodo de cierre.

LEVANTAM I ENTO ARTI FI C IAL Después de que el aparato inteligente de bombeo hidráulico (H) se asienta en la camisa de circulación (F) , el fluido motriz que desciende por la tubería (E) gradualmente aumenta su presión hasta alcanzar la recomendada para la prueba de producción (mas de 1000 psi hasta 3500 psi) e ingresa a la bomba jet por el cuello de Pesca (1 ) hasta llegar a la boquilla (8) en donde se produce una transformación de la energ ía potencial de presión a energía cinética de velocidad por el efecto Venturi creando 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 pistón (24). A su vez el pistón separa la esfera (25 B) de su asiento, permitiendo el paso de los fluidos del yacimiento desde el tapón inferior (28) hacia el interior de la válvula de cierre, atravesando por el interior del pistón y levantando la esfera (25 A), luego el fluido pasa por el conector inteligente ( 1 2) , dirigiéndose hacia los agujeros del cuerpo de descarga ( 16) y así llega al espacio anular existente entre la superficie interna del tubo exterior ( 1 5) y la superficie externa del difusor (13), terminando su recorrido en el punto de succión de la bomba que es el retenedor de la boquilla (9) . En ese momento, es arrastrado y obligado a i ngresar al tubo de mezcla ( 1 0) para mezclarse con el fluido de inyección y esta mezcla de fluidos seg uir a través del difusor (13) y continuar su trayectoria hasta el cuerpo de descarga ( 16) , saliendo hacia el espacio anular existente entre la tubería de revestimiento (D) y la tubería de producción (E), para finalmente elevarse hasta la superficie y salir por la línea de producción (C).

Durante la operación del aparato inteligente de bombeo hidrá ulico , en superficie se realizan las pruebas de producción , contabilizando la producción en barriles por hora que produce el pozo para tener un dato proyectado de producción diaria , esta proyección permitirá hacer los cálculos requeridos por el usuario; m ientras esto ocurre, los sensores alojados en el fondo del pozo van registrando la presión fluyente y la temperatura de los fluidos del yacimiento.

CI ERRE TEM PORAL DEL POZO El cierre temporal de pozo , generado por el cierre de la válvula de fondo, se refiere específicamente a aislar la presión del yacimiento con respecto a la presión hidrostática de la columna de fluido que se encuentra sobre el aparato inteligente y la presión del yacim iento .

El cierre temporal del pozo se inicia después de q ue se han completado las horas de flujo del pozo programadas por el usuario, para lo cual se suspende la inyección del flu ido desde la superficie hasta la bomba jet y se cierran las válvu las del cabezal del pozo; en este momento, por el empuje hidrául ico de la presión hidrostática que se encuentra sobre la válvula de cierre, la esfera superior (25A) conjuntamente con el pistón (24) descienden, venciendo la resistencia del resorte (26) hasta asentarse en la esfera inferior (25B) , cerrando así la válvula de cierre de fondo y automáticamente suspendiendo el paso del fluido desde el yacimiento a la bomba jet.

El diseño del pistón con doble sistema de sello, mediante las esferas superior e inferior (25 A y 25 B) es una innovación de la presente invención, no conocida en el estado de la técnica, que garantiza un cierre más seguro y eficiente, particularmente en pozos de gran presión de yacimiento, ya que la esfera inferior (25 B) impedirá que la presión del yacimiento levante a la esfera superior (25 A) y se abra la válvula de fondo.

Durante el cierre temporal del pozo se reduce al m ínimo el "efecto de llenado", permitiendo al yacimiento recuperar su presión natural, la misma que va incrementando con el paso del tiempo hasta alcanzar su punto máximo, información que es muy útil para los reservoristas para el cálculo de reservas y del potencial del pozo. El tiempo de cierre del pozo lo determina el reservorista.

RECUPERACIÓN DEL APARATO I NTELIGENTE Una vez terminadas las operaciones de producción, cierre y registro de parámetros, el aparato inteligente debe recuperarse a la superficie para sacar los sensores de su alojamiento y descargar la información a una computadora.

Para la recuperación del aparato intel igente, es necesario ig ualar las presiones existentes sobre y bajo de la válvula de cierre de fondo por med io de un by-pass, dispositivo sin el cual sería i mposible la recuperación del aparato intel igente a superficie.

La apertura del by-pass (23) se lo real iza hidráu lica o mecánicamente: para el primer caso se lo realiza inyectando fluido motriz en reversa a una presión baja ( 1 00 a 500 psi) por el espacio anular que se encuentra entre la tubería de producción (E) y la tubería de revestimiento (D) para que la bomba jet se desplace hacia arriba ; y, en el segundo caso , se realiza con ínea de alambre tensionando al aparato desde su cuello de pesca.

Con cualquiera de los dos procedimientos se debe desplazar la bomba jet hacia arriba en una longitud de 381 mm ( 1 .5 pulgadas) cizallando los prisioneros (34) . Este desplazamiento hará q ue el conector inteligente (1 2) salga del alojam iento de válvula (35), en ese instante el by-pass (23) queda abierto dando lugar a q ue la presión se iguale y el aparato inteligente pueda ser liberado de la camisa (F) y recuperado a la superficie hidráulicamente.

Claims (7)

1. REIVI N DICACIONES 1 . - Aparato inteligente de bombeo hidráulico para recuperación de petróleo, obtención y registro de información de fondo del yacim iento, 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 es accionado por un fluido motriz inyectado al pozo desde la superficie para generar el levantamiento artificial de petróleo, el cierre de fondo del pozo, la restauración de la presión del yacimiento y la recuperación del aparato hacia la superficie. 2. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1 , caracterizado por que la bomba jet esta acoplada a la válvu la de cierre de fondo por medio de un conector inteligente (1 2) que se conecta con la parte inferior del cuerpo de descarga (16) de la bomba jet y por el extremo inferior se conecta con la válvula de cierre de fondo para dejar pasar por su parte interna los fluidos del yacim iento desde la válvula de cierre de fondo hasta la bomba jet; además abre y cierra el by-pass (23) para que se ig ualen las presiones cuando se requiere recuperar el aparato inteligente a la superficie. 3. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico seg ún la reivindicación 1 , caracterizado por que la válvula de cierre de fondo está acoplada al porta sensores por medio de un tapón inferior (28) que permite el paso de los fluidos del yacimiento a la válvula de cierre de fondo y que en su parte superior roscada se conecta con la válvula de cierre de fondo y por su parte inferior se conecta con el porta sensores (29); en su parte interna superior dispone de un asiento para la esfera inferior (25 B), y el anillo metálico en O (27). 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), 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). La boquilla (8) da lugar a una transformación de la energía potencial de presión a energ ía cinética de velocidad del fluido inyectado, conocido con el nombre de efecto Venturi; el retenedor de boquilla (9) , el tubo de mezcla (10) en donde se mezclan el fluido motriz de inyección y el fluido de producción del pozo. El tubo de mezcla (10) en su interior está formado por dos ángulos de 2o y 1 5° que reducen las pérdidas de presión por fricción; el tubo exterior (15) que sirve de unión roscada entre el empacador superior (2) y el cuerpo de descarga (16) creando un espacio anular entre la parte interna del tubo exterior (1 5) y las paredes externas del tubo de mezcla (10) y el difusor(1 3) por donde circula el fluido del yacimiento para ingresar luego al tubo de mezcla (1 0) y continuar su paso hasta el difusor (13), que es la continuación del cono del tubo de mezcla (1 0). en donde se incrementa la energ ía a su punto máximo para generar el levantamiento de la mezcla hasta la superficie. El extremo inferior del difusor (13) se acopla al cuerpo de descarga (16) que dispone de ductos longitudinales internos periféricos por donde ingresa el fluido del yacimiento hacia la bomba jet y por un ducto central interno descarga transversalmente el retorno de los fluidos motriz y del yacimiento mezclados en el tubo de mezcla (1 0) 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 1 , caracterizado por que la bomba jet comprende además una extensión adaptadora (6) para ensamblar el cuello de pesca (1 ) con el empacador superior (2) y fijar la bomba jet en su alojamiento por la presión que ejercen los pines de anclaje de bronce (34) sobre la superficie exterior de esta extensión (6); esta extensión adaptadora (6) cizalla los pines de anclaje de bronce (34) cuando la bomba se desplaza hacia arriba en la operación de recuperación de la misma y desacopla el conector ( 12) del by- pass (23) de la válvula de cierre de fondo. 6. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1 , caracterizado por que la bomba jet comprende además un alojamiento conformado por un tubo exterior (14) que se acopla por su extremo inferior al cuerpo (35) de la válvula de cierre de fondo y en su extremo superior se acopla al empacador superior (20) que aloja 2 agujeros roscados donde se ubican los prisioneros (34). 7. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1 , caracterizado por que la válvula de cierre de fondo del pozo comprende un alojamiento de válvula (35), el ensamblaje de pistón (24), el resorte (26) y las esferas superior e inferior (25A y 25B) de carburo de tungsteno 8. - Válvula de cierre de fondo según la reivindicación 7, caracterizada además por que el ensamblaje de pistón (24) comprende dos superficies rectificadas donde se asientan las esferas superior e inferior (25A y 25B) para el sello hermético de la válvula de cierre de fondo. 9. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1 , caracterizado por que la válvula de cierre de fondo de pozo comprende además un by-pass (23) dispuesto longitudinalmente en la parte periférica del alojamiento de válvula (35). 10. - Aparato inteligente de bombeo hidráulico según la reivindicación 1 , caracterizado por que el porta sensores (29) aloja los sensores electrónicos de presión y temperatura (36), consta de ductos de ingreso (32) de fluido del yacimiento a los sensores (36), los resortes (30) y los alojamientos de teflón (31 ) que aislan y protegen completamente los sensores electrónicos evitando contactos metal - metal; en su parte superior va enroscado al tapón inferior (28) y la tuerca retenedora (33) fija los sensores al porta sensores (29). El porta sensores (29) es también un retenedor del kit de empaquetaduras (1 7; 18 y 1 9) cuando se enrosca al tapón inferior (28). 1 1. - Método para recuperación de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacimiento caracterizado por que comprende 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 para formar un conjunto integral monobloque, que utiliza la energía hidráulica de un fluido motriz que se inyecta al pozo desde la superficie para: - Posicionar el aparato inteligente en la completación del pozo; Generar el levantam iento artificial de petróleo para producción y contabilizar en superficie el caudal y registrar en los sensores la presión fluyente y temperatura; Generar el cierre de pozo y registrar en los sensores la presión y temperatura de reservorio y la restauración de presión del m ismo; y, Generar la igualación de presiones y recuperar el a parato intel igente hacia superficie. 1 2.- Método para recuperación de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacimiento según la reivindicación 1 1 .caracterizado porque el posicionamiento del aparato inteligente en la completación del pozo se inicia al desacoplar el tapón (A) del cabezal (P), introducir la bom ba en el interior del cabezal el mismo q ue esta acoplado con la tubería (E) , e iniciar el desplazamiento a través de esta tu bería hasta que la bomba se aloje en la camisa de circulación (F) en el fondo del pozo. Este desplazamiento se hace por medio de un fluido motriz por la l ínea de inyección (B) (agua o petróleo) inyectado desde la superficie con una bomba hidráulica reciprocante a una presión baja ( 1 00 -200 psi) hasta que llegue a la profundidad de la camisa de circulación (F) y se asiente. 13.- Método para recuperación de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacim iento seg ún la reivindicación 1 1 , caracterizado por que el levantamiento artificial se inicia después que el aparato inteligente de bombeo hidráu lico se asienta en la camisa de circulación (F) y el fluido motriz es inyectado a u na presión que va en aumento (más de 1 000 hasta 3500 psi) desde la superficie hacia la bomba jet por el cuello de pesca hasta llegar a la boquilla (8) en donde se produce una transformación de la energía potencial de presión a energ ía cinética de velocidad del fluido inyectado por el efecto Venturi, creando un vacío, momento en et cual automáticamente la válvula de cierre de fondo se abre por el empuje hacia arriba generado por el resorte (26) sobre el pistón (24) que a su vez separa la esfera (25 B) de su asiento, permitiendo el paso de los fluidos del yacimiento desde el tapón inferior (28) hacia el interior de la válvula de cierre atravesando por el interior del pistón, levanta la esfera (25 A) y atraviesa el conector inteligente (12), dirigiéndose hacia los agujeros del cuerpo de descarga (16) y así llegar al espacio anular existente entre la superficie interna del tubo exterior (15) y la superficie externa del difusor ( 13), terminando su recorrido en el punto de succión de la bomba que es el retenedor de la boquilla (9) donde 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) y continuar su trayectoria hasta el cuerpo de descarga (16) saliendo hacia el espacio anular existente entre la tubería de revestimiento (D) y la tubería de producción (E), y finalmente elevarse hasta la superficie y salir por la línea de producción (C). 14.- Método para recuperación de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacimiento según la reivindicación 1 3, caracterizado además por que al momento que se abre la válvula de cierre de fondo y se genera el levantamiento de los fluidos hasta la superficie se inicia la prueba del pozo para determinar en superficie cual es el cauda l máximo del pozo, y los sensores alojados en el porta sensores van registrando la presión fluyente y tem peratura. 1 5. - Método para recuperación de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacimiento seg ún la reivindicación 1 1 , caracterizado por que el cierre temporal del pozo se in icia 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 , en este momento por el empuje hidráulico de la presión hidrostática que se encuentra sobre la válvu la de cierre, la esfera superior (25A) conjuntamente con el pistón (24) desciende , venciendo la resistencia del resorte (26) hasta asentarse en la esfera inferior (25B) , cerrando as í la válvula de cierre de fondo y suspend iendo automáticamente el paso del fluido desde el yacimiento a la bomba jet, instante en que se inicia la restauración de la presión del yacim iento, reduciendo al m ínimo el "efecto de llenado". 16. - Método para recuperación de petróleo y la obtención y registro de información de fondo del yacimiento según la reivindicación 1 5, caracterizado además por que al momento que se cierra la válvula de cierre de fondo y se genera el cierre del pozo, los sensores registran la presión de reservorio y la temperatura, es decir la presión existente en ese intervalo desde el yacimiento hasta la válvula de cierre de fondo, sim u ltáneamente se da inicio a la restauración de presión del reservorio, la misma que va incrementando con el paso del tiempo hasta alcanzar su punto máximo 1 7.- Método según la reivindicación 1 , caracterizado por que la recuperación del aparato inteligente a superficie se realiza ig ualando las presiones existentes sobre y bajo de la válvula de cierre de fondo por medio de la apertura de un by-pass (23) inyectando un fluido motriz en reversa a una presión baja ( 1 00 a 500 psi) por el espacio an ular que se encuentra entre la tubería de producción (E) y la tubería de revestimiento (D) , para que la bomba jet se desplace hacia arriba una longitud de 381 mm (1 .5 pulgadas) cizallando los prisioneros (34) , y el conector intel igente ( 1 2) se salga del alojamiento de válvula (35) , en ese instante el by pass (23) queda abierto dando lugar a que la presión se ecualice y el aparato inteligente pueda ser liberado de la camisa (F) y recuperado a la superficie.