MX2013007081A - Bomba centrifuga de multifase de alta presion para facturar reservas de hidrocarburos. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un diseño de bomba centrífuga de multifase, el cual tiene difusores, impulsores y un eje, insertados dentro de un alojamiento de alta presión, de manera que este ensamble se encierra completamente dentro del alojamiento, y el alojamiento es de suficiente resistencia para ser adecuado para contenciones de presión segura de fluidos que se bombean. Esta invención describe los detalles técnicos utilizados para reconfigurar el diseño de bomba centrífuga de multifase para incrementar las capacidades de presión de descarga mayores a 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) de los diseños actuales.

Description

BOMBA CENTRÍFUGA DE MULTIFASE DE ALTA PRESIÓN PARA FRACTURAR RESERVAS DE HIDROCARBUROS CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere en general a bombas centrifugas de multifase para inyectar fluidos en un sondeo, el cual se ha perforado en yacimientos de rocas almacén, y en particular, a bombas centrifugas de multifase que inyectan fluidos en pozos para fines de fracturar tales pozos. En la industria del petróleo y gas, la cual utiliza operaciones de fracturacion para estimular depósitos de petróleo y gas, esta operación requiere de altas presiones para tratar fluidos superficiales, las cuales pueden ser de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En aplicaciones de petróleo y gas, los fluidos se inyectan de manera frecuente en un sondeo para una variedad de diferentes propósitos y varios tipos de bombas de superficie se emplean. En la técnica anterior, una bomba centrifuga de multifase podia montarse horizontalmente, en la superficie, adyacente a, o cerca del pozo que necesitaba que se le inyectasen fluidos, y los diseños actuales tienen una presión de descarga máxima de 421.84 kg/cm2 (6, 000 psi) . Esta bomba centrifuga de multifase es un tipo de bomba que se utiliza con mayor frecuencia en una configuración vertical dentro de un sondeo para bombear fluido desde el pozo hasta los sistemas de tubería en la superficie, como una bomba de producción, y los diseños actuales tienen una presión de descarga máxima de 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) . En la industria del petróleo y gas, la cual utiliza operación de fracturacion hidráulica para simular depósitos de Petróleo y Gas, esta operación requiere altas presiones de tratamiento de fluido superficial, las cuales pueden ser de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) . En la presente invención, una bomba centrífuga de multifase de alta presión, se ha diseñado para incrementar la presión de descarga operativa de 421.84 kg/cm2 a 703.07 kg/cm2 (6,000 psi a 10, 000 psi) para permitir que esta bomba cumpla con la aplicación antes descrita. Esta capacidad de alta presión de descarga también podría aplicarse a otras aplicaciones incluso.

La bomba centrífuga de multifase de la técnica anterior se utiliza en la industria de Sistemas de Bombeo Sumergible Eléctrico ("ESPS") o en su aplicación de Sistema de Bombeo Horizontal ("HPS") de la superficie, los cuales se limitan a presión de descarga o presión diferencial entre presión interna y externa del alojamiento, para que sea por debajo de 421.84 kg/cm2 (6,000 psi). Comúnmente se utilizan anillos tóricos como elemento de sellado entre un tubo de admisión y una base de bomba así como entre un tubo de descarga y un cabezal de bomba. Los difusores contienen la presión generada en las fases de bomba y el alojamiento de bomba se utiliza sólo como contención de presión secundaria puesto que su función principal es mantener los componentes de bomba juntos. El alojamiento de bomba se sella con anillos tóricos en una base de bomba y un cabezal de bomba. Difusores no se diseñan para soportar alta presión diferencial entre el exterior y el interior del difusor.

La Patente de Estados Unidos 3,861,825 enseña una bomba de multifase y método de fabricación. Describe el estilo de cárter dividido de una bomba centrífuga. La velocidad de bomba se indica en aproximadamente 12,500 rpm, con una presión de descarga que puede ser de 182.79 kg/cm2 (2,600 psi) , con una presión de succión de 1.054 a 2.109 kg/cm2 (15 a 30 psi) . Hacen referencia a patentes previas, y después indican algunas patentes que tienen similitudes.

La bomba Nexen descrita en la presente tiene un tipo de alojamiento de bomba centrífuga, que opera a velocidades de 30 a 90 hz (1800 a 5400 rpm), con presiones de descarga que pueden ser de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) con una presión de succión que puede ser de 1.054 a 42.18 kg/cm2 (15 a 600 psi) . Cualquier similitud puede ser con respecto a las bombas centrífugas en general, y el hecho de que se compongan de varias fases.

La Patente de Estados Unidos 5,232,342 enseña bombas centrífugas de multifase de alta presión. Describe el estilo de cárter dividido de bomba centrífuga. Esta invención se refiere a medios para evitar la rotación de un buje o anillo de ínter-fase como el objetivo principal. No existe ninguna referencia en esta patente en cuanto a las capacidades de presión de descarga para ir con la "Alta Presión" mencionada en el encabezado.

La bomba Nexen descrita en la presente es un tipo de alojamiento de bomba centrífuga, la cual se diseña para operar a velocidades de 30 a 90 hz, (1800 a 5400 rpm) , con presiones de descarga que pueden ser de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) , y con una presión de succión que puede ser de 1.054 a 42.18 kg/cm2 (15 a 600 psi).

La diferencia principal aquí es que se utiliza un tipo de alojamiento de bomba centrífuga y se construye con muchas más fases de las que se han hecho en el pasado. La capacidad de presión excede más allá de los estándares de diseño actuales (421.84 kg/cm2 (6,000 psi) máximos enlistados por otros fabricantes tales como Reda, Centrilift, Woodgroup, atherford, Canadian Advanced Inc.). Canadian Advanced ESP Inc. ("CAI") establece en su catálogo de HPS que las Capacidades de Diseño de HPS tienen como máximo 323.41 kg/cm2 (4600 psi) . CAI utilizó técnicas de construcción especiales para satisfacer el diseño de Nexen y los requisitos de especificación para acomodar las capacidades de alta presión de descarga de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) hasta ahora desconocidas .

Con estos fines en mente, el objetivo principal de la presente invención es proporcionar detalles sobre la construcción de bomba que se utilizó para expandir la bomba centrifuga de alojamiento de multifase para permitir que opere a una presión de descarga muy elevada de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi). La alta presión se contiene por el alojamiento, en el cual se insertan los difusores. La alta presión se controla a través del uso de sellos en la parte externa de los difusores para evitar el flujo cruzado a otros difusores. Aberturas en la pared externa de los difusores se utilizan para proporcionar una liberación de presión capturada entre los difusore's y el alojamiento para evitar que el difusor se colapse cuando se desconecte una unidad o se despresurice. Alguien con experiencia en la técnica puede apreciar las modificaciones proporcionadas en la presente invención para lograr sus objetivos, es decir, el control de presión suficiente y liberación de presión para el difusor según se requiera. Esta liberación de presión podría obtenerse por ranuras, orificios y otras aberturas.

Se requiere un roscado especial en los extremos de descarga de los alojamientos para soportar conexiones de tubería de alta presión.

Aún es otro objeto de la invención proporcionar una bomba centrifuga de fase múltiple para fracturar depósitos de hidrocarburos que sea capaz de generar más de 703.07 kg/cm2 (10, 000 psi) .

Es un objeto adicional de la invención proporcionar la bomba diseñada para igualar las presiones en el alojamiento de la bomba de fase a fase.

Otro objeto de la invención es proporcionar una bomba de fracturación centrifuga de fase múltiple con materiales de construcción en alineación con las recomendaciones bien conocidos publicadas para criterios de materiales de rendimiento para, por ejemplo, NACE (Asociación Nacional de Ingenieros en Corrosión) , AST E (Sociedad Americana de Ingenieros en Herramientas y Fabricación) o ANSI (Instituto de Estándares Nacional Americano) empaquetadora de guarnición o similar en vista de la naturaleza corrosiva de los fluidos que se bombean.

Otro objeto de la invención es proporcionar la bomba con la empaquetadura de guarnición de NACE preferida o similar en vista de la naturaleza corrosiva de los fluidos que se bombean.

Aún otro objeto de la invención es proporcionar una bomba centrifuga de alta presión de fase múltiple capaz de utilizarse en fracturación de una reserva de hidrocarburos mientras se evita tratar el agua del acuifero antes de utilizarla para fracturación de hidrocarburos como resultado de las capacidades de alta presión de la bomba.

Un objeto adicional de la invención es permitir el uso del agua del acuifero subterráneo no potable, tal como el acuifero del yacimiento de Debolt, como fuente de agua para la fracturación de yacimientos subterráneos de rocas que contienen reservas de hidrocarburos.

Objetos adicionales y otros de la invención serán aparentes para una persona con experiencia en la técnica cuando se considere el siguiente sumario de la invención y la descripción más detallada de las modalidades preferidas descritas e ilustradas en la presente junto con las reivindicaciones anexas.

En esta invención, una bomba centrifuga de multifase se construye para que sea capaz de distribuir presión de descarga o presión diferencial entre las presiones interna y externa de la bomba de hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) o más. Un alojamiento de bomba se diseña para ser la contención primaria de presión. La interconexión de sellado entre la base de bomba y el cabezal de bomba es un tipo de metal en metal logrado al utilizar la rosca especializada. Los difusores se diseñan con aberturas para permitir una rápida compensación de presión a través del borde exterior del difusor para evitar falla de alta presión diferencial que podría provocar falla del difusor. Se utiliza un sello en el exterior de los difusores para evitar comunicación de presión, y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados del alojamiento. Las conexiones de bomba en el tubo de admisión de la bomba y el tubo de descarga se mejoran con un sellado tipo anillo o j unta .

La presente invención también se refiere a un diseño de bomba centrifuga de multifase, el cual tiene los difusores, impulsores y un eje, insertados dentro de un alojamiento de alta presión en donde este ensamble se encierra completamente dentro del alojamiento, y el alojamiento es de suficiente resistencia para ser adecuado para contención segura de presión de los fluidos que se bombean. Esta invención describe los detalles técnicos utilizados para reconfigurar un diseño de bomba centrifuga de multifase conocido para permitir el incremento de las capacidades de presión de descarga superiores a 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) de los diseños actuales. Las modificaciones del diseño discutidas en la presente se han probado con éxito a 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) de presión de descarga. La capacidad de presión de 703.07 kg/cm2 (10,000 ' psi) proporciona una presión adecuada para fracturar yacimientos de hidrocarburos penetrados por sondeos.

Este estilo de unidad de bomba es muy adecuado para la industria de fracturación de hidrocarburos para bombear fluidos a suficientes presiones, para estimular yacimientos subterráneos de rocas que contienen reservas de hidrocarburos.

La invención de preferencia es un tipo de alojamiento de bomba centrífuga el cual se diseña para operar a velocidades de 30 a 900 hz (1800 a 5400 rpm) , con presiones de descarga que pueden ser de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi), y con una presión de succión que puede ser de 1.054 a 42.18 kg/cm2 (15 a 600 psi) .

De preferencia, la bomba incluye un manguito (21) de presión en la parte superior de la pared del difusor (14) para una resistencia de pared mejorada mediante un ajuste por compresión entre el manguito (21) y el diámetro exterior de la pared del difusor (14) (Figuras 3 y 4).

También de preferencia, la bomba utiliza un orificio (3) de compensación en la pared del difusor, que resulta en una presión diferencial nula a través de la pared del difusor y también permite una rápida despresurización ( Figuras 3 y 4 ) .

De preferencia para evitar que las fases se colapsen debido a una transferencia de presión desde una fase de bomba a otra, el sello de estilo anillo tórico (31) se utiliza entre cada difusor (14) y alojamiento (16) (Figura 3) .

En una modalidad, el sellado entre el alojamiento (16) de bomba y la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba es mediante roscas especializadas que proporcionan un sellado de metal en metal, eliminando todos los sellos elastoméricos y no elastoméricos a través del uso de una tecnología de sellado con rosca de metal en metal probada tal como una conexión de pasador-alojamiento base-cabezal (Figura 2) .

La bomba centrífuga de multifase se diseña para inyectar fluidos en un sondeo para el propósito de fracturar este pozo.

De acuerdo con un aspecto principal de la invención, se proporciona una bomba centrífuga de fase múltiple para fracturar depósitos de hidrocarburos capaz de distribuir presión de descarga o presión diferencial entre la presión interna y externa de la bomba para que se encuentren en el margen de más de 421.84 kg/cm2 (6, 000 psi) hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) o más, la bomba comprende : un alojamiento de bomba diseñado para contención principal de presión, un sello entre la base de la bomba y el cabezal de bomba que es del tipo metal en metal logrado al utilizar un rosca especializada, difusores diseñados con aberturas para permitir compensación rápida de presión a través del borde exterior del difusor para evitar fallas de alta presión diferencial que podrían provocar fallas del difusor, un sello utilizado en el exterior de los difusores para evitar comunicación de presión, y el flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento y las conexiones de bomba al tubo de admisión de bomba y tubo de descarga que incluyen mejoras en el sellado estilo anillo o junta, donde el diseño de bomba distribuye una presión de descarga o presión diferencial entre la presión interna y externa de la bomba en el margen de más de 421.84 kg/cm2 a 703.07 kg/cm2 (6, 000 psi a 10,000 psi) o más, lo cual sustancialmente son presiones mucho mayores que el límite máximo previo de 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) .

De preferencia, la bomba centrífuga de multifase además comprende difusores, impulsores y un eje, insertados dentro de un alojamiento de alta presión, el ensamble se encierra completamente dentro del alojamiento, y el alojamiento es de suficiente resistencia para ser adecuado para contención segura de presión de los fluidos que se bombean.

Otra modalidad utiliza un manguito (21) de presión en la parte superior de la pared del difusor (14) para una resistencia de pared mejorada de ajuste por compresión entre el manguito (21) y el diámetro exterior de la pared del difusor (14) (Figuras 3 y 4).

Aún otra modalidad utiliza aberturas (23) de compensación en la pared del difusor, que resulta en una presión diferencial nula a través de la pared del difusor lo cual también permite una rápida despresurización (Figura 2) .

De preferencia, para evitar que las fases se colapsen debido a una transferencia de presión de una fase de bomba a otra, se utiliza un sello de estilo anillo tórico (31) entre cada difusor (14) y alojamiento (16) (Figura 3).

De mayor preferencia, el sellado entre el alojamiento (16) de bomba y la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba es mediante roscas especializadas que proporcionan un sellado de metal en metal, por lo que elimina todos los sellos elastoméricos y no elastoméricos a través del uso de una tecnología de sellado de rosca de metal en metal probada (conexión de pasador-alojamiento base-cabezal véase Figura 2 ) .

De acuerdo con aún otro aspecto de la invención, se proporciona el uso de la bomba descrita en lo anterior para una bomba centrífuga de multifase para proporcionar una capacidad de presión mecánica e hidráulica para esta bomba centrífuga de multifase de Alta Presión para operar en un margen de más de 421.84 kg/cm2 (6, 000 psi) hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) o más presiones de descarga para inyectar fluidos en un sondeo para el propósito de fracturar de manera hidráulica pozos en depósitos de hidrocarburos .

El yacimiento subterráneo de Debolt de la zona al noroeste de Columbia Británica es un acuífero cuya agua contiene aproximadamente 22,000 ppm de sólidos disueltos totales ("TDS") y una cantidad pequeña de sulfuro de hidrógeno - H2S. El alcance y volumen del yacimiento de Debolt aún se investiga, pero tiene la posibilidad de ser extensivo. Este acuífero tiene alta permeabilidad y porosidad. Se probó un pozo de Debolt en b-H18-I/94-0-8 en mayo de 2010 con una bomba sumergible eléctrica ("ESP") situada en el fondo de la perforación de 900 HP por 10.25". El pozo mostró un índice de productividad de 107 m3/d por una disminución de 1 kPa, indicando que el depósito proporcionará un alto índice suficiente de flujo para soportar el volumen y los requisitos de índice necesarios para soportar operaciones de fracturación de pozos.

El agua del yacimiento de Debolt contiene gas ácido en solución. Cuando se despresuriza a condiciones atmosféricas, el agua de Debolt destiló gas ácido en una relación de gas y agua de 1.35 m3 estándar de gas a 1 m3 de agua. El gas destilado contuvo cerca 0.5% de H2S (sulfuro de hidrógeno), 42% de CO2 (dióxido de carbono) y 57% de CH4. Estos gases son los mismos gases presentes en los pozos de producción de gas de esquisto, los cuales normalmente se encuentran en el margen de 0.0005% de H2S, 9% de C02, y 91% de CH4, y el uso de agua sin procesar de Debolt puede tener un impacto insignificante en el porcentaje actual de los componentes de gas de esquisto.

El desafio es cómo utilizar el agua ácida, por ejemplo, agua de Debolt para fracturar en una forma económica puesto que el equipo de fracturacion de agua actual no cumple con las recomendaciones bien conocidas para criterios de rendimiento de materiales por ejemplo, estándares de NACE, ASTME o ANSI para empaquetadora de guarnición ácida o similares .

Existen dos diferentes formas de utilizar el agua del yacimiento de Debolt para operaciones de fracturacion. La primera es construir y operar una planta de tratamiento de aguas para remover H2S del agua de Debolt. Este procedimiento se ha llevado a cabo por otros participantes de la industria que han construido una planta de depuración de H2S para remover el H2S del agua de Debolt. Un documento reciente publicado por la Canadian Society for Unconventional Resources titulado "Agua de Fracturacion del Rio Horn: Pasado, Presente, Futuro" discute los aspectos técnicos y operacionales de la Planta de Tratamiento de Aguas de Debolt construida y operada para los propósitos anteriores. Este documento establece que una planta de tratamiento muy costosa se requiere para remover el H2S y otros gases de solución del agua de Debolt.

El segundo procedimiento es mantener el agua del acuifero a una presión por encima de la presión de saturación (también conocida como "Presión de Punto de Burbujeo" o "BPP") en una base continua mientras se produce en la superficie y se transporta en tuberías para permitir que se utilice para fracturación . Pruebas llevadas a cabo en las propiedades del agua de Debolt indican que siempre y cuando el agua de Debolt se mantenga a una presión elevada lo suficiente para mantener el gas de solución atrapado en el agua, el agua es estable sin precipitados, y sigue teniendo un color cristalino. Además, siempre y cuando el agua de Debolt se mantenga por encima de su BPP, entonces el agua se encuentra en el estado menos corrosivo. Estos hallazgos revelan que el fluido del acuifero de Debolt puede utilizarse en su estado natural sin requerir tratamiento. Ésta es la base del proceso de propiedad de Fracturación Presurizada a Petición ("PFOD") .

Un aspecto principal de esta invención por lo tanto es proporcionar un método o proceso para facturar un depósito de hidrocarburos a petición que comprende las etapas de: utilizar como fuente de agua un acuifero subterráneo que contiene agua que es estable y cristalina en el acuifero pero que puede incluir constituyentes indeseables que se encuentran en solución cuando se someten a condiciones de la superficie tal como sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes , utilizar el agua del acuifero como fuente de agua para utilizarse en un proceso de fracturación de hidrocarburos y para bombear el agua bajo presión a una proporción predeterminada para el agua del acuifero y por encima de la presión de punto de burbujeo (BPP) para el agua contenida en un acuifero particular para mantener el agua estable. Se ha encontrado que el agua se vuelve inestable cuando la presión se reduce y se deja salir el gas del agua. Esta despresurización y remoción de gas inicia una reacción química con los sólidos disueltos en el agua para provocar que se formen precipitados. Para evitar que estas reacciones químicas ocurran y provoquen que los constituyentes indeseables del agua salgan de la solución, mantener la presión del agua a un mínimo requerido para cada acuifero todo el tiempo durante el proceso de fracturación, perforar un pozo de fuente en el acuifero, perforar un pozo de disposición en el acuifero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua del acuifero salgan de la solución sólo al mantener la presión mínima, establecer un circuito cerrado con un colector, o un colector y bombas, para mantener el agua del acuifero circulando todo el tiempo hasta que comience la operación de fracturación cuando el agua se suministre desde este colector, proporcionar la operación de fracturación con agua desde el colector para fracturar una reserva de hidrocarburos, donde, al utilizar el agua de un acuifero en el proceso de fracturación y al mantener el agua bajo presión a un mínimo todo el tiempo, el agua permanece estable y los constituyentes indeseables permanecen en solución y el agua sigue siendo cristalina por lo que evita la necesidad de tratar el agua del acuifero antes de que se utilice en un proceso de fracturación.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un proceso de fracturación de alta presión de un depósito de hidrocarburos, por ejemplo, un depósito de gas de esquisto que comprende las etapas de utilizar como fuente de agua un acuifero subterráneo tal como el acuifero de Debolt que contiene agua ácida que incluye H2S y otros constituyentes , utilizar el agua ácida del acuifero como la fuente de agua que se utiliza por lo menos en el lado limpio de un proceso de fracturación de gas y para bombear el agua ácida bajo presión a un mínimo de por ejemplo 2310 kPa para el agua de Debolt en aproximadamente 38 grados Centígrados (el cual varía con la temperatura real del agua de fuente para cada acuífero, y cualquier enfriamiento superficial que pueda ocurrir en tal agua) y por encima de BPP para el agua ácida contenida en un acuífero particular para evitar que H2S y otros constituyentes del agua ácida caigan fuera de la solución, mantener la presión del agua ácida a un mínimo requerido para cada acuífero, por ejemplo para Debolt de 2310 kPa todo el tiempo durante el proceso de fracturacion, perforar un pozo de fuente en el acuífero, perforar un pozo de disposición en el acuífero, proporcionar una bomba capaz de mantener la presión requerida necesaria para evitar que los constituyentes del agua ácida salgan de la solución sólo al mantener la presión mínima requerida que, por ejemplo, para el agua de Debolt sea de 2310 kPa a 38 grados Centígrados, establecer un circuito cerrado con un colector para mantener el agua ácida circulando todo el tiempo hasta que comience la operación de fracturacion de pozo cuando el agua se suministre desde ese colector, o un colector y bombas, proporcionar el lado limpio de una operación de fracturacion de pozo con agua ácida del colector para fracturar una reserva de pozo (normalmente una reserva de zona de petróleo o gas), donde, al utilizar el agua ácida de un acuífero tal como Debolt para el proceso de fracturación de pozo y mantener el agua ácida bajo presión a un mínimo, como ejemplo, para el agua de Debolt que se encuentra a 2310 kPa y 38 grados Centígrados, el agua permanece establece y los constituyentes permanecen en solución y el agua permanece cristalina por lo que se evita la necesidad de depurar el sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes según se requiera por otros procesos de fracturación de pozo.

En una modalidad de la invención, la fuente de agua y el método o proceso se utilizan junto con arena en el lado sucio de la operación de fracturación de pozo con la adición de una mezcladora de alta presión puesto que el agua ácida debe mantenerse por encima de su BPP, por ejemplo, 2310 kPa para el agua de Debolt a 38 grados Centígrados todo el tiempo por lo que se evita que los constituyentes que incluyen el H2S salgan de la solución.

En una modalidad adicional del método o proceso, el número necesario de bombas y pozos de fuente y pozos de agua de disposición se proporciona con el método o proceso para permitir que una operación de fracturación de alta presión a petición para un número objetivo de fracturaciones (que depende del diseño de pozo particular seleccionado para una estimulación de depósito u otro propósito) para cada pozo, o un número de pozos, estimulados como parte de un programa.

De preferencia en el método o el proceso, el agua del acuifero de fuente se encuentra a una temperatura elevada (en comparación con las temperaturas de agua de la superficie), por ejemplo para el agua de Debolt, una temperatura bajo circunstancias normales ha tenido 38 grados Centígrados, la cual por lo tanto no requiere calentamiento adicional, o canalización guiada, y que puede utilizarse como fuente de agua ácida para el proceso de fracturación presurizada a petición incluso durante los meses de invierno más fríos experimentados por ejemplo en el Oeste de Canadá o áreas similares, y que puede contribuir a ahorros de costos considerables cuando se compara con utilizar agua de la superficie .

En aún otra modalidad, el método o proceso utiliza agua ácida del acuifero de Debolt y hace circular continuamente el agua a una presión por encima de BPP desde el pozo de fuente hasta el pozo de disposición en un sistema de tubería subterránea logrado por una válvula de control de contrapresión ubicada corriente abajo del pozo se fracturación cerca de la línea de circulación de agua de Debolt e incluso corriente arriba de los pozos de disposición donde, cuando el agua se requiere para operaciones de fracturación, el agua se extraerá de un colector estratégicamente ubicado en esta línea de circulación por lo que alimenta el agua de Debolt a la operación de fracturación bajo presión, la cual se encuentra por encima del BPP de Debolt .

De acuerdo con aún otra modalidad del método o proceso, el agua de Debolt se mantiene a una presión por encima de su presión de saturación ("BPP") y se utiliza continuamente en fracturacion hidráulica de modo que siempre y cuando el agua de Debolt se mantenga a una alta presión suficiente para mantener el gas de solución atrapado en el agua, entonces el agua permanece estable, sin precipitados y se encuentra en el estado menos corrosivo de este modo requiriendo que todas las operaciones de fracturacion (por lo menos en el lado limpio) se lleven a cabo a presiones por encima del BPP del agua de Debolt que es la base para un proceso exitoso de PFOD.

En aún otra modalidad, el método o proceso además comprende un guarnición de NACE, de preferencia una bomba de fracturacion de Esquema de Bombeo Horizontal de Alta Presión ("HPHPS") capaz de proporcionar una presión de descarga de aproximadamente 69 MPa . La construcción de bomba utiliza materiales en alineación con las recomendaciones publicadas por la empaquetadura de guarnición de Asociación Nacional de Ingenieros en Corrosión ("NACE") en vista de la naturaleza corrosiva de los fluidos que se bombean) . Alternativamente, materiales pueden seleccionarse de los criterios de rendimiento de materiales para una Bomba de fracturacion de HPHPS o equivalente publicado por, por ejemplo, ASTME, ANSI o similares. Alternativamente, otros materiales de construcción de bomba adecuados pueden probarse específicamente para el fluido que se bombea para asegurar que se mantenga una compatibilidad de material adecuada.

Para llevar a cabo el proceso de esta invención, se construye una bomba centrífuga de multifase capaz de distribuir una presión de descarga o presión diferencial entre las presiones interna y externa de bomba de más de 703.07 kg/cm2 (10, 000 psi) . Un alojamiento de bomba se diseña para ser la contención principal de presión. La interconexión de sellado entre la base de bomba y cabezal de bomba es un tipo de metal en metal logrado al utilizar una rosca especializada. Los difusores se diseñan con aberturas para permitir una rápida compensación de presurización a través del borde exterior del difusor para evitar falla de la alta presión diferencial que podría provocar falla del difusor. Se utiliza un sello en el exterior de los difusores para evitar comunicación de presión, y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento. Las conexiones de bomba al tubo de admisión de bomba y tubo de descarga se mejoran en un sellado de estilo anillo o junta.

La presente invención también se relaciona con un diseño de bomba centrífuga de multifase, el cual tiene los difusores, impulsores, y un eje, insertados dentro de un alojamiento de alta presión, donde este ensamble se encierra completamente dentro del alojamiento, y el alojamiento es de suficiente resistencia para ser adecuado para contención segura de presión de los fluidos que se bombean. Este aspecto de la invención describe detalles técnicos utilizados para reconfigurar el diseño de bomba centrifuga de multifase conocido para permitir el incremento de las capacidades de presión de descarga superiores a 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) de diseños actuales. Las modificaciones de diseño discutidas en la presente se han probado con éxito a una presión de descarga de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi). La capacidad de presión de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) proporciona una presión adecuada para fracturar yacimientos penetrados por sondeos.

Este estilo de unidad de bomba es bien adecuado para la industria de fracturación de hidrocarburos que se utiliza para bombear fluidos a suficientes presiones, para estimular los depósitos de petróleo y gas.

La invención es un tipo de alojamiento de bomba centrifuga, el cual se diseña para operar a velocidades de 30 a 90 hz, (1800 a 5400 rpm) , con presiones de descarga que pueden ser de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi), y con una presión de succión que puede ser de 1.054 a 42.18 kg/cm2 (15 a 600 psi) .

De preferencia, la bomba utiliza el manguito (21) de presión en la parte superior de la pared del difusor (14) para una resistencia de pared mejorada por ajuste de compresión entre el manguito (21) y el diámetro exterior de la pared del difusor (14) (Figuras 3 y 4).

También, de preferencia la bomba utiliza orificios (23) de compensación en la pared del difusor, que resultan en una presión diferencial nula a través de la pared del difusor y también permite una rápida despresurización (Figura 2).

De preferencia, para evitar que las fases se colapsen debido a la transferencia de presión de una fase de bomba a otra, se utiliza de estilo de anillo tórico (31) entre cada difusor (14) y el alojamiento (16) (Figura 3).

En una modalidad, el sellado entre el alojamiento (16) de bomba y la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba es mediante roscas especializadas que proporcionan sellado de metal en metal, eliminando todos los sellos elastoméricos y no elastoméricos a través del uso de tecnología de sellado probada de rosca de metal en metal tal como la conexión de pasador-alojamiento base-cabezal (Figura 2) .

La bomba centrífuga de multifase se diseña para inyectar fluidos en un sondeo para propósitos de fracturar este pozo.

De acuerdo con ese aspecto de la invención, se proporciona una bomba centrífuga de fase múltiple para fracturar depósitos de hidrocarburos capaz de distribuir presión de descarga o presión diferencial entre la presión interna y externa de la bomba para gue sea superior a 703.07 kg/cm2 (10, 000 psi) e incluye un alojamiento de bomba diseñado para la contención principal de presión, el sello entre la base de bomba y cabezal de bomba es de tipo metal en metal logrado al utilizar una rosca especializada, los difusores se incluyen diseñados con aberturas para permitir una rápida compensación de presión a través del borde exterior del difusor para evitar falla de alta presión diferencial que podría provocar falla del difusor, se utiliza un sello en el exterior de los difusores para evitar comunicación de presión y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento y las conexiones de bomba para bombear el tubo de admisión y tubo de descarga se mejoran con un sello de estilo anillo o junta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva (una vista isométrica) de una unidad de bomba centrífuga de multifase de alta presión construida de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2 es una vista en corte de un ensamble de bomba centrífuga de multifase de alta presión que ilustra componentes utilizados dentro del ensamble.

La Figura 3 es una vista en corte de una porción de una bomba centrifuga de multifase de alta presión que representa la presente invención.

La Figura 4 es una vista en corte de un difusor para la bomba centrifuga de multifase de alta presión que representa la presente invención.

Figura 5 es un Diagrama Esquemático de Flujo de Proceso de PFOD.

La Figura 6 es una vista en Elevación de PFOD de la Figura 5.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Durante los últimos dos años, Nexen ha trabajado en el proceso de PFOD como se describe a continuación, utilizando agua de Debolt por encima de su BPP para fracturación hidráulica de este modo eliminando la necesidad de un proceso costoso de remoción de H2S.

Para garantizar una fuente confiable de agua para sus operaciones de fracturación, fue necesario identificar formas de utilizar el agua de Debolt como parte de la fuente de agua de fracturación. Una de las opciones revisadas fue utilizar el agua de Debolt sólo para el lado limpio del programa de fracturación.

En vista de sus requerimientos, Nexen diseñó y construyó una bomba centrifuga de multifase de alta presión de poco flujo para las pruebas. En junio de 2010, una bomba de prueba centrífuga de multifase de alta presión de guarnición de NACE de 0.25 m3/min capaz de proporcionar una presión de descarga de 69 MPa se probó en la plataforma b-18-I al noroeste de Columbia Británica. En el sitio se encontraban técnicos para- operar el pozo de fuente de agua de Debolt ("WSW") ESP y la bomba de prueba centrífuga de multifase de alta presión. Tres obturadores que consisten de dos tipos de orificios de obturación y un obturador variable se canalizaron en serie para proporcionar la contrapresión para probar la bomba centrífuga de multifase de alta presión en presión de fracturación.

En las pruebas iniciales, la bomba de prueba centrífuga de multifase de alta presión utilizó agua corriente de un camión cisterna. Todos los parámetros de control de bomba se establecieron. En pruebas subsiguientes, el agua de Debolt se utilizó y alimentó por WSW de Debolt a b-H18-I/94-0-8 por ESP en la succión de la bomba de prueba centrífuga de multifase de alta presión. La descarga de la bomba de prueba circuló a través de tres obturadores en varias contrapresiones. El agua de Debolt entonces se hizo salir de los obturadores y circuló en una tubería de agua de disposición hasta el pozo de disposición de agua ("WDW") a b-16-1. La contrapresión se incrementó progresivamente a intervalos de 7000 kPa y corrió a esa presión de descarga por aproximadamente 30 a 60 minutos. Cuando las operaciones de la bomba quedaron estables, el obturador se ajustó para incrementar la presión de descarga de la bomba.

La bomba de prueba centrífuga de multifase de alta presión se probó con éxito el 7 y 8 de julio de 2010. Operó a una presión de descarga máxima de 71 MPa. La bomba se puso en marcha utilizando agua de Debolt por aproximadamente 6 horas a 62 MPa para simular una operación de fracturacion completa.

Se entiende que otros acuíferos tendrán diferentes parámetros físicos. Por ejemplo, especificaciones de bomba reflejarán diferentes BPP para fuentes de agua alternativas. Para la fuente de agua de Debolt, el BPP del agua de acuífero fue de 2310 kPa g a 38 grados Centígrados.

En agosto de 2010 durante la completacion de los 8 pozos en la plataforma b-18-?, la bomba de prueba centrífuga de multifase de alta presión se integró en 6 operaciones de fracturacion. Tres de las 6 fracturaciones operaron utilizando agua corriente y 3 operaron utilizando agua de Debolt. La bomba de prueba centrífuga de multifase de alta presión operó el pozo para las 6 fracturas y no se encontraron problemas operacionales o de seguridad.

Sólo un pozo de agua de fuente y un pozo de disposición se requieren para la prueba inicial del sistema de PFOD, y pozos adicionales proporcionarán una capacidad incrementada y un respaldo para asegurar una mínima proporción de flujo y capacidades de inyección se encuentran disponibles según se requiera para que el sistema opere de manera confiable con una disponibilidad y uso máximos de sistema. Nexen planea perforar y completar los WSW de yacimiento de Debolt adicionales y WD de Debolt adicionales en el futuro según se requiera para optimizar el sistema de aguas de Debolt para soportar operaciones de fracturación. Junto con el WSW de Debolt b-H18-I existente y el WDW de Debolt b-16-? existente, estos dos pozos iniciales más cualesquier pozos adicionales formarán la base del sistema de circulación de agua de PFOD identificado para tal programa de fracturación de pozos.

Nexen will continuará evaluando adicionalmente la necesidad de obtener y probar una presión de succión de 3000 kPa de tamaño grande de 1.25 m3/min para una bomba de fracturación de émbolo de guarnición ácida para el lado sucio basándose en las recomendaciones bien conocidas publicadas para criterios de rendimiento de materiales de por ejemplo, empaquetadura de guarnición de NACE, ASTME o ANSI o similares. Esto también incluye la evaluación de la necesidad de una mezcladora presurizada, u otro método para utilizar agua de Debolt para el lado sucio.

Basándose en las pruebas de pozos de agua de Debolt llevadas a cabo en junio de 2010, un estudio de viabilidad del proceso de PFOD, y las pruebas iniciales de campo de una bomba de fracturación centrifuga de multifase de alta presión uarnición ácida de NACE de prototipo en julio y agosto de , se concluyó que: ¦ Es técnica y económicamente viable utilizar el agua de Debolt en su estado no tratado para operaciones de fracturación .

¦ Es posible utilizar el proceso de PFOD para mantener presiones por encima de 2310 kPa (BPP para el agua de Debolt) de este modo manteniendo los gases que incluyen H2S contenido en solución. ¦ Ningún problema de compatibilidad del agua ha surgido utilizando el agua de Debolt para fracturación o inyección en depósitos de esquistos de hidrocarburos subterráneos.

¦ Una bomba de fracturación de guarnición ácida centrifuga de multifase de alta presión que utiliza agua de Debolt puede construirse y utilizarse en el lado limpio de las operaciones de fracturación.

¦ Ningún problema de operación o seguridad se identificó durante las pruebas y uso final en el campo de la bomba centrifuga de multifase de alta presión .

¦ El agua corriente puede no ser fácilmente viable para operaciones. El agua de Debolt que utiliza el proceso de PFOD se encuentra fácilmente disponible, y su disponibilidad no depende de lluvias de primavera y verano o suspensión de licencias debido a sequía. Por ejemplo, en agosto de 2010, reguladores del gobierno en Columbia Británica suspendieron las licencias de extracción de agua corriente para operaciones de fracturación de hidrocarburos en el área de ontney debido a una sequía en la vertiente del Río Peace.

Existe experiencia en la industria de bombas para construir una bomba estilo émbolo de alta presión de succión con un extremo de fluido de guarnición ácida de NACE. No existe ninguna experiencia en la industria de bomba de fracturación para construir una bomba de fracturación estilo émbolo de alta presión de succión (más de 23.201 kg/cm2 (330 psi) ) (2300 kPa g) ) , con un extremo de fluido de guarnición de NACE, capaz de bombear la arena de fracturación de calidad del Instituto Americano del Petróleo ("API") para la fracturación hidráulica del lado sucio.

No existe ninguna limitación técnica aparente o restricción para evitar el diseño y fabricación de una mezcladora de presión para utilizar el agua de Debolt bajo presión.

EL PROCESO DE PFOD ilustrado en las Figuras 5 y 6 El proceso de PFOD mantiene el agua a una presión por encima de su BPP todo el tiempo para evitar que los gases (incluyendo H2S, C02 y CH4) salgan de la solución. Basándose en las pruebas de agua del yacimiento del pozo de Debolt y de Presión - Volumen - Temperatura ("PVT"), el BPP de agua de Debolt es de 2310 kPa (23.552 kg/cm2 (335 Psi)) a 38 grados Centígrados. Cuando el agua de Debolt a 38 grados Centígrados se despresurizó a presión atmosférica, aproximadamente 1.35 m3 de gas se liberó por m3 de agua. El gas destilado contuvo 0.5% de H2S, 42% de C02 y 57% de CH4 (metano). Éstos son los mismos gases presentes en ciertas operaciones de gas de esquisto (normalmente 0.0005% H2S, 9% C02, y 91% CH4 (metano). El uso de agua sin procesar de Debolt puede tener un impacto insignificante en el porcentaje actual del contenido de componentes de gas de esquisto.

Para el sistema de PFOD típico, 1 o más SW de Debolt y 1 o más WDW de Debolt se requerirán. El agua de Debolt se hará circular continuamente a una presión por encima del BPP desde los WSW hasta los WDW utilizando un sistema de tubería presurizada. Esto se logrará por una válvula de control de contrapresión ubicada corriente abajo del pozo para que se fracture y cerca del pozo de disposición de agua en donde, cuando el agua se requiere para operaciones de fracturación, el agua se extraerá de un colector estratégicamente ubicado en esta linea de circulación por lo que alimenta el agua de Debolt a la operación de fracturación bajo presión, la cual se encuentra por encima del BPP de Debolt. Las dos figuras muestran un diagrama esquemático de flujo de PFOD y una vista en elevación subterránea. Estas figuras demuestran cómo el sistema de tubería de PFOD puede funcionar .

Las ventajas de un proceso de PFOD son numerosas e incluyen las siguientes : Operaciones de fracturación pueden llevarse a cabo en una base continua todo el año. El agua de Debolt típicamente se encuentra a 38 grados Centígrados. Esto permite el uso de agua de Debolt en los meses de invierno sin requerir calentamiento o la otra infraestructura con frecuencia requerida para operaciones de fracturación de invierno que incluyen tuberías aisladas para circulación de agua.

La capacidad de fracturación hidráulica durante todo el año permitirá una flexibilidad de producción con respecto a la demanda y precios de activos.

El proceso de PFOD elimina los costos de capital y operación intensivos asociados con la construcción, operación y mantenimiento de instalaciones de tratamiento de aguas.

¦ El proceso de PFOD también reduce la necesidad de instalaciones secundarias que se requieren a medida que el desarrollo de operaciones de fracturacion ocurre a grandes distancias desde las plantas de tratamiento de aguas y remoción de H2S.

¦ El proceso de PFOD elimina la necesidad de tanques de almacenamiento de agua tratada por encima de la tierra o grandes estanques de contención que ordinariamente pueden requerirse para calentar el agua para un proceso de tratamiento por encima de la tierra. El acuifero de Debolt por lo tanto actúa como tanque de almacenamiento natural sin que requiera calentamiento o mantenimiento de las instalaciones en la superficie.

¦ El acuifero de Debolt también podría utilizarse como la ubicación de almacenamiento principal del exceso de agua corriente que se utiliza posteriormente durante operaciones de fracturacion .

Con referencia a los dibujos y en particular a la Figura 1 mostrada en la presente se encuentra una modalidad preferida de la bomba centrifuga de multifase de alta presión de la presente invención. Dependiendo de la presión de diseño requerida, el ensamble se compone de una o más bombas (45) centrifugas de multifase de la bomba (46) centrifuga de multifase de alta presión preferida. Abrazaderas (10) para bomba conectan las bombas (45) y (46) a una base (9) que sirve como base para el ensamble completo. Un motor (42) se conecta a las bombas (45) a través de un ensamble de cámara de empuje (43) . El ensamble (20) también tiene el tubo de admisión (44) y tubo de descarga (47) que son componentes de presión adecuadamente clasificados que permiten que el ensamble de bomba se conecte mecánicamente a la tubería externa mientras dirigen y controlan el flujo dentro de la tubería .

La Figura 1 ilustra una vista esquemática del ensamble de bomba centrífuga de multifase de alta presión que describe y enumera todos los componentes utilizados dentro del ensamble incluyendo: 9 el soporte de bomba - bastidor de patín 42 el controlador de bomba - motor eléctrico 43 la cámara de empuje para soportar la carga de eje desde la bomba 44 la sección de tubo de admisión de la bomba 45 los alojamientos de bomba centrífuga de multifase de baja presión contienen difusores, impulsores y eje. Dos secciones de bomba se muestran. 46 el alojamiento de bomba centrifuga de multifase de alta presión que contiene los difusores, impulsores y eje. Es decir, un aspecto inventivo para tomar la capacidad de presión de 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) de presión de descarga. 47 cabezal de descarga de alta presión para 703.07 kg/cm^ (10,000 psi). Éste es otro aspecto inventivo que toma la capacidad de presión de 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) de presión de descarga .

La bomba (46) centrifuga de multifase de alta presión es un ensamble de impulsores (13) y difusores (14). Los impulsores (13) se instalan en el eje de bomba (15) y se hacen girar como parte del eje, a medida que los impulsores se conectan mecánicamente al eje. Los difusores (14) se fijan en el ensamble de bomba al comprimirse por el cojinete (18) de compresión en el alojamiento (16) de bomba contra la base (12) de bomba. Para incrementar la presión producida para 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) de presión de descarga, un número suficiente de fases de impulsor y difusor se apilan entre si para incrementar la capacidad del cabezal de una fase para crear la presión requerida para todas las fases combinadas.

La Figura 2 es una sección transversal del ensamble de bomba centrifuga de multifase de alta presión de la Figura 1 que describe todos los componentes utilizados dentro del ensamble que incluyen la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba roscado en el alojamiento (16) de bomba. Cada fase de bomba es un ensamble de impulsor (13) y difusor (14). Los impulsores (13) se instalan en el eje de bomba (15) y son la parte giratoria de la bomba. Los difusores (14) se fijan en el ensamble de bomba al comprimirse por el cojinete (18) de compresión en el alojamiento (16) de bomba y contra la base (12) de bomba.

El sellado entre el alojamiento (16) de bomba y la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba se obtiene por roscas especializadas tales como roscas de API (Instituto Americano del Petróleo) o Hydril que proporcionan capacidades de sellado de metal a metal bajo ambientes de presión diferencial. La formación de alto esfuerzo de torsión asegura una fuerte conexión capaz de tomar la carga hidráulica axial libre de fuga. Cada conexión también se diseña para soportar múltiples formaciones e interrupciones sin requerir compensación .

A continuación se dirige la atención a la Figura 3 que muestra una modalidad preferida de la invención. La bomba (46) centrifuga de multifase de alta presión incluye alojamiento (16) de alta presión exterior que contiene y alinea todos los componentes de la bomba. La bomba (46) centrífuga de multifase de alta presión incluye difusores (14) que se construyen con manguito (21) de soporte completamente alrededor del difusor, el cual tiene muescas (25) y el alojamiento (16) de anillo tórico (31), y por consiguiente proporciona un sello dentro del alojamiento. Cuando la bomba opera, siempre existe un poco de fuga en la zona anular formada por el diámetro interior del alojamiento y el diámetro exterior del difusor (14). Cuando la zona anular se llena de flujo, cesa cuando la presión en la zona anular es igual a la presión en la fuente de fuga. Si la fuente de fuga se encuentra en o cerca del cabezal de descarga de la bomba, la zona anular puede presurizarse para descargar completamente la presión. Para evitar esta condición, se insertan anillos tóricos (31) en cada difusor y orificios (23) de compensación se colocan a través de la pared del difusor de modo que la presión máxima no se limita por el espesor de la pared delgada de los difusores.

La Figura 3 es una ilustración en corte transversal de la Figura 2 que muestra un número de fases de impulsor y difusor en el alojamiento (16) de bomba de multifase de alta presión. Esta invención incluye el orificio (23) de compensación para una despresurización rápida, y el manguito (21) de soporte completamente alrededor del difusor, el cual tiene muescas (25) para contener el anillo tórico (31) para evitar comunicación de presión, y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento. Este alojamiento de alta presión (16) se diseña para contener de manera segura presiones de hasta 703.07 kg/cm2 (10, 000 psi) .

La Figura 4 ilustra en corte transversal los detalles de cada difusor (14), el manguito (21) de soporte, el orificio (23) de compensación, y el anillo tórico (31) para el ensamble de bomba centrifuga de multifase de alta presión y los detalles del difusor que muestran el manguito (21) de compresión en la parte superior del difusor (14) . Esta invención incluye el orificio (23) de compensación para una despresurización rápida, y el anillo tórico (31) para evitar comunicación de presión, y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del aloj amiento .

La presente invención ofrece una economía de fabricación mientras ofrece máxima capacidad de servicio en el sitio de la instalación a través del uso de una bomba centrífuga de multifase de alta presión. Una modalidad actualmente preferida se ha descrito para propósitos de esta descripción.

La bomba centrífuga de alta presión de multifase se construirá de tal manera que elimine las altas presiones a través de la pared de los difusores (14) por la disposición de aberturas (23) de compensación y sellar cada difusor en el alojamiento, y mejorar la resistencia de la pared del difusor (Figura 2) en donde la presión se contiene por el alojamiento (16) de bomba (Figura 3) .

La bomba genérica contendrá la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba roscado en el alojamiento (16) de bomba. Una fase de bomba es un ensamble de impulsor (13) y difusor (14). Los impulsores (13) se instalan en el eje de bomba (15) y son la parte rotativa de la bomba. Los difusores (14) se fijan en el ensamble de bomba al comprimirse por el cojinete (18) de compresión en el alojamiento (16) de bomba y contra la base (12) de bomba (Figura 2) .

Existen dos opciones para mejorar la resistencia de la pared del difusor (14) : 1. Utilizar el espesor de pared incrementado (resistencia de pared mejorada) y el ajuste estrecho (algunos milímetros (milésimas de pulgada) ) entre el difusor y el alojamiento, de este modo evitando deformación del difusor. 2. Como se muestra en la Figura 3, utilizar el manguito (21) de presión en la parte superior de la pared del difusor (14) (resistencia de pared mejorada por el ajuste por compresión entre el manguito y el diámetro exterior de la pared del difusor) y el ajuste estrecho (algunas milímetros (milésimas de pulgada)) entre los difusores (14) y el alojamiento (16), de este modo evitando la deformación del difusor .

La eliminación del gradiente de presión a través de la pared del difusor se obtiene al perforar el orificio (23) de compensación en la pared del difusor que resulta en una presión diferencial nula a través de la pared del difusor (14) . Para eliminar una mayor presión de una fase para que actúe en otros difusores, el sello de estilo anillo tórico (31) se utiliza entre cada difusor (14) y alojamiento (16), evitando la transferencia de presión o el flujo de fluido, en la parte superior de los difusores (14) desde un extremo del alojamiento de bomba hasta otro. La contención principal de presión es el alojamiento (16) de bomba (Figura 3) .

El sellado entre el alojamiento (16) de bomba y la base (12) de bomba y el cabezal (19) de bomba se obtiene por roscas especializadas tales como roscas API o Hydril que proporcionan un sellado de metal en metal, utilizando un soporte de gran esfuerzo de torsión para permitir una alta formación de esfuerzo de torsión para asegurar una fuerte conexión, maximizando la sección transversal del material que resiste ráfaga. La conexión se diseña para soportar múltiples formaciones e interrupciones sin requerir compensación.

El sellado entre la tubería y el tubo de descarga de bomba es al utilizar el sello tipo anillo o junta y las bridas (11) tipo API (Figura 2).

La bomba centrífuga de multifase puede construirse como bomba simple (baja TDH) o como una bomba de varias secciones (alta TDH) (Figura 4), dependiendo de la Carga Dinámica Total (TDH) requerida. En el diseño de varias secciones, las secciones de bomba (45, 46) se conectan en serie en el lecho común (9) de la bomba y sus ejes se conectan mecánicamente para impulsarse por el controlador común (42). El empuje generado en la bomba se contiene por el Ensamble de Cojinete de Empuje (43). El tubo de admisión (44) de bomba y el tubo de descarga (47) completan el ensamblaje.

Modificaciones de diseño discutidas en la presente se han probado con éxito a una presión de descarga de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi). La capacidad de presión de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) proporciona una presión adecuada para fracturar yacimientos penetrados por sondeos.

Por lo tanto, pueden hacerse tantos cambios en la modalidad preferida de la invención sin apartarse del alcance de la misma. Se considera que toda la materia contenida en la presente se considera ilustrativa de la invención y no en un sentido limitante.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Una bomba centrífuga de fase múltiple para fracturar depósitos de hidrocarburos capaz de distribuir presión de descarga o presión diferencial entre la presión interna y externa de la bomba para ser hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) o más, que comprende; un alojamiento de bomba diseñado para contención principal de presión, el sello entre la base de bomba y el cabezal de bomba es del tipo de metal en metal logrado al utilizar la rosca especializada, difusores diseñados con aberturas para permitir una rápida compensación de presión a través del borde exterior del difusor para evitar falla de alta presión diferencial que podría provocar falla del difusor, tiene un sello utilizado en el exterior de los difusores para evitar comunicación de presión, y flujo de fluido, entre el exterior de los difusores individuales encerrados dentro del alojamiento y las conexiones de bomba en el tubo de admisión y tubo de descarga de bomba que se mejoran con un sello estilo anillo o junta, en donde la bomba distribuye una presión de descarga o presión diferencial entre la presión interna y externa de la bomba de hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10, 000 psi) o más.

2. La bomba centrífuga de multifase de la reivindicación 1, además comprende difusores, impulsores, un eje, insertados dentro de un alojamiento de alta presión, este ensamble se encierra completamente dentro del alojamiento, y el alojamiento es de suficiente resistencia para ser adecuado para contención segura de presión de los fluidos que se bombean.

3. La bomba de la reivindicación 1 o 2, que utiliza un manguito de presión en la parte superior de la pared del difusor para resistencia de pared mejorada de ajuste por compresión- entre el manguito y el diámetro exterior de la pared del difusor.

4. La bomba de la reivindicación 1, 2 o 3, que utiliza aberturas de compensación en la pared del difusor, que resultan en una presión diferencial nula a través de la pared del difusor la cual también permite una rápida despresurización .

5. La bomba de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde evitar que las fases se colapsen debido a la transferencia de presión desde una fase de bomba a otra en un sello estilo anillo tórico se utiliza entre cada difusor y el aloj amiento .

6. La bomba de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el sello entre el alojamiento de bomba y la base de bomba y el cabezal de bomba es mediante roscas especializadas que proporcionan un sellado de metal en metal, eliminando por consiguiente todos los sellos elastoméricos y no elastoméricos a través del uso de una tecnología de sellado de roscas de metal en metal aprobada (conexión de pasador-alojamiento base-cabezal) .

7. El uso de la bomba de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, como una bomba centrífuga de multifase para proporcionar capacidad de presión mecánica e hidráulica para bomba centrífuga de multifase de alta presión para operar hasta sustancialmente 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) o más presiones de descarga para inyectar fluidos a un sondeo para el propósito de fracturación hidráulica del depósito de hidrocarburos penetrado por el pozo.

8. Un ensamble de bomba centrífuga de multifase, comprende difusores, impulsores, y un eje, insertados dentro de un alojamiento de alta presión, el ensamble se encierra completamente dentro del alojamiento, el alojamiento es de suficiente resistencia para contención segura de presión de fluidos que se bombean y para permitir el incremento de capacidades de presión de descarga a más de 421.84 kg/cm2 (6,000 psi) hasta sustancialmente alrededor de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi) o más presión de descarga por lo que proporciona presiones adecuadas para fracturar yacimientos penetrados por sondeos .

9. La bomba de la reivindicación 8, utilizada en la industria de fracturación de hidrocarburos para bombear fluidos a suficientes presiones, para estimular depósitos de petróleo y gas .

10. La bomba de la reivindicación 8 o 9, que además comprende un tipo de alojamiento de bomba centrifuga, diseñado para operar a velocidades de sustancialmente 30 a 90 hz (1800 a 5400 rpm) , con presiones de descarga que pueden ser sustancialmente alrededor de 703.07 kg/cm2 (10,000 psi), y con una presión de succión que puede encontrarse sustancialmente en el margen de aproximadamente 1.054-42.18 kg/cm2 (15-600 psi) .

11. La bomba de la reivindicación 8, 9 o 10, que además comprende un manguito de presión en la parte superior de la pared del difusor para resistencia de pared mejorada realizada por el ajuste por compresión entre el manguito y el diámetro exterior de la pared del difusor.

12. La bomba de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, que además comprende aberturas de compensación en la pared del difusor, que resultan en una presión diferencial sustancialmente nula a través de la pared del difusor por lo que proporciona una rápida despresurización.

13. La bomba de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, que además comprende un sellado estilo anilló tórico utilizado entre cada difusor y el alojamiento para evitar que las fases se colapsen debido a la transferencia de presión desde una fase de bomba a otra.

14. La bomba de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en donde el sellado entre el alojamiento de bomba y la base de bomba y el cabezal de bomba, es mediante roscas especializadas que proporcionan un sellado de metal en metal, eliminando todos los sellos elastoméricos y no elastoméricos a través del uso de una tecnología de sellado de rosca de metal en metal aprobada tal como una conexión de pasador-alojamiento base-cabezal.

15. La bomba centrífuga de multifase de cualquiera de las reivindicación 8 a 14, utilizada para inyectar fluidos a un sondeo para propósitos de fracturar una reserva de hidrocarburos .

16. La bomba de fracturación centrífuga de fase múltiple de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 15, en donde la bomba se fabrica con materiales de construcción en alineación con recomendaciones bien conocidas publicadas para criterios de rendimiento de materiales para, por ejemplo, empaquetadura de guarnición de NACE (Asociación Nacional de Ingenieros en Corrosión) , ASTME (Sociedad Americana de Ingenieros en Herramientas y Fabricación) o ANSI (Instituto Nacional Americano de Estándares) o similares en vista de la naturaleza corrosiva de los fluidos que se bombean.