Campo de la Invención

La presente invención se refiere, de manera general, a técnicas de campo para el manejo de fluidos y, en particular, se refiere al manejo de pozos descontrolados para la conducción controlada de fluidos, la prevención de derrames o el taponamiento de la boca de pozos siniestrados.

Antecedentes de la Invención

La industria petrolera incluye numerosas actividades globales que van desde la exploración hasta la venta y comercialización de números productos derivados del petróleo, pasando por la extracción, refinación, transformación, síntesis, transporte y mercadotecnia de dichos productos del petróleo, entre otras.

Una etapa importante de esta industria la constituye sin duda la transición entre las operaciones de perforación del pozo y el equipamiento del pozo de producción para la extracción controlada del crudo desde el propio pozo, sean costa fuera o en tierra firme.

Durante esta etapa de transición y, en muchos casos, ya en plena etapa de producción, ocurren accidentes de grandes consecuencias que traen consigo el descontrol de pozo y el derrame descontrolado de crudo al medio ambiente, sobre todo en el caso de pozos con característica de surgencia natural, en donde la presión misma de los componentes del crudo lo impulsan a salir desaforadamente del pozo descontrolado.

El control de un pozo siniestrado mucha veces se complica adicionalmente cuando aún no se cuenta con el árbol de navidad colocado ya sobre la boca del pozo, especialmente cuando se trata de pozos costa fuera y a grandes profundidades.

El inventor, en un primer planteamiento para el control de pozos siniestrados desarrolló un método y un dispositivo que son reivindicados en la solicitud de patente mexicana número MX/a/2010/006352, cuyo contenido se incorpora a la presente como referencia del estado de la técnica aplicable. De acuerdo con dicha invención, el inventor desarrolló un dispositivo y un método de control que resuelven los problemas que existen cuando un pozo siniestrado expulsa un flujo de fluidos que salen desaforadamente de un pozo descontrolado, sea esto en tierra firme o costa fuera.

El dispositivo y el método mencionados anteriormente funcionan de manera adecuada y cumplen cabalmente con los propósitos para los cuales fueron concebidos, sin embargo, el inventor ha desarrollado un nuevo dispositivo y su método de uso para meter en control pozos siniestrados y/o descontrolados que presentan los mismos problemas referidos en las líneas precedentes, solo que su construcción es más sencilla y simplificada, y su armado y operación o funcionamiento es sencillo y superior al de su predecesor.

Compendio y Objetivos de la Invención

De acuerdo con una modalidad especialmente preferida de la invención, un dispositivo para el control de fluidos comprende cuando menos dos cuerpos cónicos susceptibles de ser ensamblados entre ellos y los cuales, en combinación con una boquilla-tapón y una punta de acoplamiento y tubería, son capaces de formar un recipiente a presión para canalizar y conducir de manera controlada un flujo de fluidos procedente de un pozo que este operando normalmente o fuera de control.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo para el control de fluidos procedentes de un pozo de extracción de dichos fluidos.

Un objeto adicional de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo para controlar el flujo de fluidos que salen de un pozo de extracción fuera de control, ya sea en tierra firme o costa fuera.

Otro objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método para el control de fluidos procedentes de un pozo de extracción de dichos fluidos.

Aún otro objeto de la presente invención es el de proporcionar un método para controlar el flujo de fluidos que salen de un pozo de extracción fuera de control, ya sea en tierra firme o costa fuera.

Estos y otros objetivos y características de la presente invención se apreciarán de manera más clara en la descripción detallada que se presenta más adelante.

Breve Descripción de los Dibujos

La Figura 1 ilustra de manera esquemática y en corte transversal el dispositivo para el control de fluidos, de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención.

La Figura 2 ilustra de manera esquemática y en corte transversal el cuerpo inferior hueco 10 del dispositivo para el control de fluidos ¡lustrado en la Figura 1.

La Figura 3 ilustra de manera esquemática y en corte transversal detalles de la platina 14 y la boquilla-tapón 24 del cuerpo inferior hueco 10 del dispositivo para el control de fluidos ilustrado en la Figura 1 .

La Figura 4 ilustra de manera esquemática dos vistas en planta superior de la boquilla- tapón 24 ilustrada en la Figura 3, una en donde dicha boquilla-tapón es monolítica y otra, en una modalidad alternativa, en donde dicha boquilla-tapón está seccionada, y La Figura 5 ilustra de manera esquemática y en corte transversal el cuerpo superior hueco 30 del dispositivo para el control de fluidos ilustrado en la Figura 1.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas de la Invención

De acuerdo con la Figura 1 y de manera muy general, el dispositivo para el control de fluidos de la presente invención comprende un cuerpo inferior 10 y un cuerpo superior 30 que forma una pieza monolítica con un tramo 40 que hace las veces de punta de acoplamiento.

Como se aprecia en la Figura 2, en una de las modalidades especialmente preferidas de la invención, el cuerpo inferior 10 adopta la forma de un cono truncado, definido por una pared circunferencial 12 y cuyos ángulos superiores θ| con respecto a la horizontal pueden tener cualquier valor que resulte apropiado, con la consideración de que los ángulos inferiores ©2 del cuerpo superior 30 (Ver Figura 6) con respecto a la horizontal, sean tales que dichos ángulos sean ángulos suplementarios, desfasados únicamente por el grosor de las paredes del cuerpo inferior 10 y el cuerpo superior 30, respectivamente.

Volviendo a la Figura 2, el cuerpo hueco inferior 10 comprende una sufridera 13 que se localiza hacia la parte inferior del cuerpo hueco 10, de manera sustancialmente contigua a una platina 1 1 , la cual se ilustra ligeramente desfasada en el plano horizontal con respecto a la sufridera 13, y que está fijamente unida a la pared 12 de dicho cuerpo hueco 10, de manera integral, contribuyendo así a aumentar el peso del cuerpo hueco 10 de forma directamente proporcional a sus dimensiones y al peso mismo de dicha sufridera 13. Dicha sufridera 13 es una estructura sólida y fuerte, tipo arandela, que está fijamente unida al cuerpo hueco inferior 10 y, por lo mismo, corre por sobre toda la periferia de dicho cuerpo hueco 10 a la altura de su boca inferior.

Cuando las condiciones de la operación lo requieren, la sufridera 13 puede ser ahogada en concreto 1 1 o algún otro material pesado, tal como bentonita, para, por una parte, anclar el cuerpo hueco inferior 10 al suelo y, por otro lado, contribuir al sellado hermético del punto de contacto de dicho cuerpo hueco inferior 10 y el piso, fondo o lecho marino 17, según el sitio en donde se encuentre el flujo de fluido que se desea controlar.

El cuerpo hueco inferior 10 comprende una platina 14 de forma generalmente circular, tipo arandela, que está sujeta de manera fija a la parte inferior e interna del cuerpo hueco 10, formando un monolito, y que tiene la función, ínter alia, de actuar como un contrapeso o primer anclaje de dicho cuerpo inferior hueco 10 al piso, fondo o lecho 17, según el sitio en donde se encuentre el flujo de fluido a controlar. Como se puede apreciar en la Figura 3, la platina 14, como ya se mencionó, tiene una forma de arandela y, en una modalidad especialmente preferida de la presente invención, la perforación PP de dicha arandela tiene una forma de cono truncado invertido definido por el grosor o espesor G l de dicha platina 14, de manera que el diámetro interior superior φι es mayor que el diámetro interior inferior φ ₂ de la perforación PP de dicha platina 14.

Una boquilla-tapón 24, consistente en una arandela con forma de cono invertido, con un grosor o espesor G2, el cual es de igual o mayor magnitud que el espesor Gl de la platina 14; tiene diámetro exterior superior Φ3 que es mayor que el diámetro exterior inferior φ ₄ de la boquilla-tapón 24. Debido a esta característica, la boquilla-tapón 24 puede alojarse de manera sustancialmente ajustada con la pared interna de la perforación PP de la platina 14, formado un sello hermético.

La boquilla-tapón 24, consistente en una arandela con forma de cono invertido, tiene una perforación PB cuyo diámetro Φ5 corresponde substancialmente con el diámetro exterior de la tubería del primer tramo del tubo de extracción 16 (Ver Figura 2) de fluidos provenientes del pozo, que sale del subsuelo.

En otra modalidad especialmente preferida de la invención, ilustrada en una vista de la Figura 4, la boquilla-tapón 24 es una boquilla-tapón segmentada, la cual consiste en una arandela de cono invertido que se forma por cuando menos dos partes simétricas, a fin de facilitar el montaje en su sitio. En otra modalidad ilustrada en la otra vista de la Figura 4, la boquilla-tapón 24 es una boquilla-tapón monolítica.

Una función y característica importante de la boquilla-tapón es que debido a su forma cónica y mediante su combinación con la perforación PP de la platina 14, el cuerpo hueco inferior 10, una vez armado el dispositivo, se convierte en un recipiente a presión en el cual se puede utilizar la misma presión del flujo de fluido que se desea controlar para lograr la hermeticidad de dicho recipiente, en el que la única salida del fluido será por la parte superior a través de un tubo de conducción, como será descrito más adelante.

Regresando a la Figura 2, el cuerpo inferior hueco 10 tiene elementos de sujeción, tales como los ojillos 18, mediante los cuales se puede subir o bajar dicho cuerpo inferior hueco 10 con la ayuda de cables 1 halados por grúas (no mostradas).

La boca del pozo cuyo flujo de fluidos quiere controlarse se ubica en la parte interna del cuerpo inferior hueco 10 de manera que el primer tramo del tubo de extracción 16 de fluidos provenientes del pozo, que sale del subsuelo, quede precisamente dentro del espacio interior definido por dicho cuerpo hueco 10. Dependiendo de la operación de control de que se trate y siempre que resulte conveniente, el espacio interior del cuerpo inferior hueco 10 puede rellenarse (operación no ilustrada) con concreto 1 1 o algún otro material que proporcione características de peso y sellado al cuerpo inferior 10 de manera que esta que podría denominarse como la base del pozo de producción quede totalmente fija y asegurada al piso, fondo o lecho 17, según el sitio en donde se encuentre el flujo de fluido que se desea controlar. El concreto o material de relleno 1 1 es alimentado por la boca superior 15 del cuerpo inferior 10 mediante un tubo de conducción 20 de concreto 1 1.

De manera similar, como se observa en la Figura 3, la sufridera o contrabuterola 13 puede ser ahogada en concreto 1 1 suministrado por una tubería de conducción 20 de concreto, como se ilustra también en la Figura 2, a lo largo y ancho de toda la periferia del cuerpo inferior 10 y siempre sobre dicha sufridera 13.

Haciendo referencia a las Figuras 1, 3 y 5, en una de las modalidades especialmente preferidas, el cuerpo hueco superior 30 consiste en una pieza monolítica formada por un cono truncado, definido por una pared circunferencial 33 y cuyos ángulos inferiores Θ2 (Ver Figura 5), como ya se mencionó, con respecto a la horizontal, y los ángulos superiores θι del cuerpo inferior 10 (Ver Figura 2) son ángulos suplementarios, desfasados únicamente por el grosor de las paredes de ambos cuerpos, 33 y 12, respectivamente.

Como se observa en la Figura 1, el tramo 40 del cuerpo hueco comprende medios de estrangulamiento 41, consistentes en una válvula 41 o algún otro dispositivo que controle el 15 paso de fluido a través de este tramo 40.

El cuerpo hueco superior 30 comprende una pestaña 31 que puede ser de forma generalmente circular y que corre por toda la periferia de una ubicación próxima al extremo inferior de dicho cuerpo hueco superior 30, o bien puede consistir en únicamente tramos que se localizan en distintas ubicaciones a lo largo de dicha periferia. La función de esta pestaña 31 es la de constituir un tope para el movimiento descendente de dicho cuerpo superior 30 con respecto al cuerpo inferior 10.

Una característica importante del dispositivo de la presente invención consiste en que el cuerpo superior 30 es una pieza monolítica que integra también un tramo 40 que hace las veces de una punta de acoplamiento con la tubería (no mostrada) que se empleará para conducir el fluido a controlar, de esta manera se simplifica el ensamblado del dispositivo en su conjunto.

Como se aprecia en la Figura 1 , sobre la superficie exterior de la pared del tramo 40 de la punta de acoplamiento existen elementos de sujeción, tales como los ojillos 32, mediante los cuales se puede subir o bajar dicho componente con la ayuda de cables 37 halados por grúas o sistemas de malacate similares (no mostrados).

Otra característica muy importante y clave del dispositivo de la invención, que constituye una mejora sustancial sobre el estado de la técnica, es que el cono truncado del cuerpo superior 30 está dimensionado de tal manera que éste se ubica por dentro del cono truncado del cuerpo inferior 10 del dispositivo bajo consideración. Es decir la superficie exterior de la pared periférica 33 del cono del cuerpo superior 30 entra en contacto con la superficie interior de la pared periférica 12 del cono truncado del cuerpo inferior 10.

De esta manera la fuerza y presión del fluido que sale desaforadamente del pozo descontrolado será la fuerza y presión misma que mantendrán en su posición de trabajo el cuerpo superior, formándose así un recipiente a presión.

Una tubería de conducción (no mostrada) se conecta de manera fluida al tramo 40 de punta de acoplamiento mediante cualquier mecanismo de conexión de tuberías que resulte apropiado, para conducir el flujo de fluidos de manera controlada a un depósito o a otras tuberías de conducción, según se requiera.

De acuerdo con lo anterior y en otra modalidad particularmente preferida de la invención, el dispositivo consiste substancialmente en dos cuerpos, uno superior y otro inferior, engarzados entre sí y con un margen de movimiento delimitado por la pestaña 31 y el punto de acoplamiento de la boca inferior del cuerpo superior 30 con la boca superior del cuerpo inferior 10, como se ilustra en las Figura 1 y 3.

Es claro que existe una infinidad de elementos de instrumentación y accesorios de conexión que este dispositivo para el control de fluidos debe incluir como manómetros, válvulas, rotámetros, termopares, bridas, etc., sin embargo, con el propósito de no oscurecer esta descripción con demasiados detalles se ha omitido dicha instrumentación y accesorios de interconexión.

De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, los cuerpos inferior y superior de este dispositivo de control de fluidos consisten en conos, pero se entenderá que pueden utilizarse otras formas geométricas que resulten apropiadas, siempre y cuando se logren las mismas características de hermeticidad y funcionalidad del dispositivo de la presente invención.

En la operación de control de fluidos, el dispositivo de la presente invención se implementa bajo un esquema general que se relata únicamente con propósitos ilustrativos y de ninguna manera se deberá interpretar esto como una limitación del método de implementación del dispositivo de control de fluidos. En una primera modalidad del método de control de flujos de fluidos de la presente invención, para fuentes o pozos de extracción no siniestrados, se sigue el siguiente orden general:

Con la ayuda de grúas o mecanismos similares se baja de manera conjunta y mediante cables 37 y 19 el cuerpo superior 30, engarzado con el cuerpo inferior 10, a la boca del pozo, cuidando que la perforación PP de la platina 14 rodee la boca del pozo o el primer tramo de tubería 16 que sale del pozo;

Una vez asentado sobre el lecho marino, el cuerpo inferior 10 se ancla adicionalmente con la ayuda de un material tal como el concreto, bentonita, etc., sepultando, de ser necesario, la sufridera 13 con dicho material;

Se engasta la boca del pozo o el primer tramo de tubería 16 que sale del pozo en la boquilla-tapón 24 de manera que dicha boquilla-tapón se pueda deslizar hacia abajo, sobre la pared de dicha tubería 16, hasta alojarse dentro de la perforación PP de la platina;

Con ayuda de la presión hidráulica generada por el fluido que sale desaforadamente del pozo, el cuerpo superior 30 será empujado hacia arriba hasta que la superficie exterior de la pared 33 de dicho cuerpo superior tope contra la superficie interior de la pared 12 del cuerpo inferior 10.

En una modalidad preferida de la invención, se accionan de manera neumática, eléctrica, mecánica o de cualquier otra tipo que resulte conveniente, mecanismos de cerrojo (no ilustrados) dispuestos sobre la pared 33 del cuerpo superior 30, en una ubicación que se encuentra fuera del tramo que queda dentro del cuerpo inferior 10, para inmovilizar el cuerpo superior 30 y evitar su descenso ante una eventual pérdida de presión del fluido que sale del pozo; y

Conectar de manera fluida una tubería de conducción con el tramo 40 de punta de acoplamiento para desfogar el flujo de fluidos hacia un sitio de almacenamiento o tuberías de conducción diversas,

El método se caracteriza porque la combinación de estos componentes forma un recipiente a presión, herméticamente cerrado, y que emplea la presión misma de los fluidos que salen del pozo para lograr la presión interna suficiente que, por una parte, sella herméticamente el dispositivo de control de fluidos y, por la otra parte, define una única salida de fluidos totalmente controlada.

En una modalidad alternativa, durante la instalación del cuerpo inferior, la parte interna de este componente se rellena con un material similar al concreto o la bentonita para dar mayor fuerza al anclaje. Asimismo, se puede realizar una operación similar en la parte exterior de dicho cuerpo inferior. Esta modalidad alternativa puede resultar particularmente útil en el caso de pozos siniestrados, capados o cortados en sus tuberías.

Sí bien la invención ha sido descrita con particular referencia a formas ejemplares, las modalidades específicas de esta según fueron descritas e ilustradas aquí no deben ser interpretadas en un sentido limitante ya que son posibles numerosas variaciones.