DE PRODUCTO

SECTOR TECNOLÓGICO

[0001 ] La presente invención está relacionada con la extracción y producción de petróleo y gas. Específicamente está relacionada con la productividad de sistemas de extracción por inyección continua de gas (gas lift). Más específicamente, la presente invención está relacionada con el empleo de equipos que son simultáneamente intercambiadores de calor y separadores en sistemas de gas lift.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] En la operación de campos petroleros sometidos a extracción artificial de hidrocarburos por inyección de gas al pozo (gas lift), cuando se presentan reducciones drásticas de temperatura, bien sea por enfriamiento climatológico (estaciones, mañanas frías, condiciones propias del lugar) o estrangulamiento excesivo de presión en el flujo de gas a inyectar, si el gas no es tratado, este formará lo que se conoce como HIDRATOS -sustancias sólidas en forma de cristales de color blanco formadas cuando el agua líquida y algunos hidrocarburos ligeros, principalmente C1 (metano), C2 (etano), C3 (propano), se combinan físicamente bajo ciertas condiciones de presión y temperatura- lo cual ocasiona el bloqueo de inyección de gas al pozo y el no flujo de producción de líquidos del pozo con las consecuentes pérdidas de producción. Adicionalmente, el mecanismo de gas lift se represa causando problemas en todo el sistema.

[0003] Para evitar la formación de hidratos, la patente estadounidense US3556218 enseña un intercambiador de calor que usa la energía térmica proveniente de aguas subterráneas para calentar el producto extraído del pozo. Esta patente requiere perforaciones adicionales al pozo de extracción para extraer agua subterránea caliente con el fin de calentar el petróleo extraído. [0004] De manera similar, la patente CN102383766 enseña un intercambiador de calor para prevenir hidratos en gas natural. El intercambiador incluye generadores de calor eléctricos que calientan el gas.

[0005] A pesar de las propuestas del arte previo, existe la necesidad de proveer un dispositivo que permita inhibir hidratos en un sistema de extracción por gas lift que funcione de forma más eficiente y sencilla y que permita recuperar productos de la corriente de gas que será inyectada al pozo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

[0006] La presente invención propone una solución al problema mencionado anteriormente, mediante un dispositivo que se instala en la cabeza de pozo. Este dispositivo inhibidor de hidratos busca disminuir las pérdidas de producción que se generan por el congelamiento del estrangulador (o choke en su uso más frecuente en el estado del arte) de inyección en pozos que producen por sistema de levantamiento por gas lift.

[0007] El dispositivo inhibidor de hidratos es un híbrido entre separador e intercambiador de calor, el cual está conformado por una vasija metálica para alta presión por la que circula el gas que será inyectado al pozo, y una tubería interna, cuyo recorrido pasa por el interior de la vasija , por donde transitan los fluidos producidos del pozo hacia la estación. La vasija comprende una lámina vertical ligeramente separada de la base de la misma interpuesta entre el conducto de entrada y el conducto de salida de gas, que fuerza el gas a bajar hasta el fondo de la vasija antes de subir hacia el conducto de salida. La vasija también comprende, en su parte inferior, una válvula que permite la extracción de precipitados en la vasija.

[0008] El conducto de entrada de productos al inhibidor de hidratos está en comunicación fluida con la tubería interior, y se encuentra directamente después del pozo, con el fin de aprovechar la mayor cantidad de energía geotérmica en dicho fluido, evitando pérdidas de calor por el transporte de fluido. Por su parte, el conducto de entrada de gas al dispositivo está en comunicación fluida con la vasija, y se instala inmediatamente aguas abajo del choke. Ya que el choke es esencialmente una reducción de área transversal del conducto, el gas se enfria considerablemente. Así, el gas que entra a la vasija está en su punto más bajo de temperatura dentro del sistema, condición que es ideal para optimizar el intercambio de calor (debido a la mayor diferencia de temperaturas) y para realizar la separación de líquidos (hidrocarburos y agua) de dicha corriente de gas.

[0009] Como se aprovecha la energía geotérmica del pozo, los fluidos producidos calientan el gas a inyectar evitando la formación de hidratos. Los fluidos que intercambian calor no se mezclan en ningún momento. Los líquidos separados (HCs y agua) del gas de inyección se envían a la corriente de fluidos producidos que va a la estación.

[0010] El dispositivo que integra el concepto de separador e intercambiador de calor, no requiere suministro de energía para su operación ya que aprovecha la energía geotérmica del yacimiento y las fuerzas hidráulicas de los fluidos para asegurar el flujo continuo del pozo y el incremento de producción por separación de condensados del gas a inyectar que suman a la producción del pozo.

[001 1 ] Con la instalación del dispositivo se evita el congelamiento de los chokes y el taponamiento de los mismos lo cual permite que la inyección de gas al pozo sea continua y el pozo fluya constantemente sin ocasionar pérdidas de producción. Adicionalmente, se recupera una cantidad considerable de fluidos de producto de la corriente de gas.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[0012] Figura 1 : detalle del dispositivo inhibidor de hidratos y sus características.

[0013] Figura 2: Ilustración de las entradas y salidas del dispositivo inhibidor de hidratos.

[0014] Figura 3: Ensamble del dispositivo inhibidor de hidratos con las tuberías, la válvula solenoide y la fuente de energía. [0015] Figura 4: Dispositivos inhibidores de hidratos construidos

[0016] Figura 5: Dispositivo inhibidor de hidratos montado en el pozo Rio Zulia 20

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[0017] El sistema de gas lift comprende un estación de tratamiento, en donde se separan los gases del producto líquido (hidrocarburos y agua). En esta estación, el gas es pasa por un compresor y es dirigido hacia el pozo para ser reinyectado. El gas luego pasa por un estrangulador (o choke en su uso más frecuente en el campo técnico), que controla el flujo de gas hacia el pozo. Ya que el choke es esencialmente una reducción de área transversal del conducto, el gas se enfría considerablemente, lo que puede resultar en la generación de hidratos - sustancias sólidas en forma de cristales de color blanco formadas cuando el agua líquida y algunos hidrocarburos ligeros, principalmente C1 (metano), C2 (etano), C3 (propano), se combinan físicamente bajo ciertas condiciones de presión y temperatura- en el interior de la tubería, lo que pude obstruirla y, consecuentemente, interrumpir la extracción del pozo.

[0018] El dispositivo de la presente invención se ubica entre la estación y el pozo con el fin de evitar la formación de hidratos en la tubería de gas. Este dispositivo integra el concepto de separador e intercambiador de calor, el cual está conformado por una vasija metálica (1 ) para alta presión y en su interior una tubería (2) por donde transitan los fluidos producidos del pozo hacia la estación aprovechando la energía Geotérmica del pozo, en el cual los fluidos producidos calientan el gas a inyectar para evitar la formación de hidratos. Los fluidos que intercambian calor no se mezclan, el dispositivo se instala inmediatamente aguas abajo del choke (3), los líquidos separados (HCs y agua) del gas de inyección se envían a la corriente de fluidos producidos que va a la estación.

[0019] El gas separado en la estación, y que va a ser reinyectado en el pozo entra a la vasija (1 ) a través de un un conducto de entrada de gas (13). El conducto de entrada de gas (13) está conectado directamente a la salida del choke, y se ubica cercano a la parte superior de la vasija (1 ). El gas circula por el interior de la vasija (1 ) entrando en contacto con la tubería interna (2), calentándose debido a la diferencia de temperaturas, y sale por un conducto de salida de gas (14), ubicado en la parte superior de la vasija (1 ), hacia el pozo para ser reinyectado. Durante su tránsito por la vasija (1 ), el gas precipita líquidos de producto (hidrocarburos y agua) que se acumulan en el fondo de ésta.

[0020] El dispositivo comprende preferiblemente una lámina vertical (16) que divide el volumen interior de la vasija (1 ) en dos volúmenes complementarios. El primer volumen está en comunicación fluida con el conducto de entrada de gas (13), y el segundo volumen está en comunicación fluida con el conducto de salida de gas (14). La lámina vertical (16) está ligeramente separada de la parte inferior de la vasija, permitiendo que el gas fluya del primer volumen hacia el segundo volumen únicamente por la parte inferior de la vasija. Dicha lámina vertical (16) obliga al gas a bajar hasta el fondo de la vasija (1 ) para luego subir hasta la parte superior de ésta, lo que favorece en gran medida la precipitación de líquidos de producto y genera un mayor recorrido del gas dentro de la vasija (1 ), optimizando así la separación de líquidos de producto y el intercambio de calor.

[0021 ] El producto extraído del pozo, y que se dirige hacia la estación, pasa por un conducto de entrada de producto (10) del dispositivo, el cual está en comunicación fluida con la tubería interna (2). Así, el producto extraído circula por la tubería interna (2) transfiriendo la energía geotérmica que porta al gas que va a ser reinyectado por diferencia de temperaturas. El producto extraído pasa luego por un conducto de salida de producto (1 1 ) del dispositivo y es dirigido hacia la estación.

[0022] El dispositivo inhibidor de hidratos cuenta además con un conducto (12) que conecta la parte inferior de la vasija (1 ) con el conducto dé salida de producto (1 1 ) del dispositivo. Este conducto (12) transporta, por diferencia de presiones, los líquidos (hidrocarburos y agua) precipitados dentro de la vasija hacia la corriente de producto que se dirige a la estación, recuperando así una cantidad importante de producto que, de otra forma, hubiera sido reinyectado en el pozo.

[0023] El conducto (12) está interrumpido por una electroválvula (4), que permite o impide el flujo a través de éste con el fin de impedir el paso del gas que va a ser reinyectado a la tubería de producto extraído. La electroválvula es alimentada por una fuente de energía (5, 6) para su operación. La electroválvula (4) se activa en respuesta al nivel de líquido dentro de la vasija. Opcionalmente, se puede incluir un temporizador electrónico programable (7), que activa o desactiva la electroválvula (4) de forma automática. Los componentes electrónicos descritos se alojan en una caja de control (9) hermética y segura para protección de éstos.

[0024] La figura 1 ilustra el dispositivo inhibidor de hidratos, que consta de los siguientes componentes:

• Una vasija metálica (1 ) para alta presión y en su interior una tubería (2) ^' por donde transitan los fluidos producidos hacia la estación.

Electroválvula (4) para la extracción de fluidos de producto, acoplada en la parte inferior de la vasija (1 ).

• Fuente(s) de energía (5, 6) para operar la electroválvula (4).

• Temporizador electrónico programable (7).

Caja de control (9) que aloja los equipos electrónicos para protección de éstos.

[0025] La tubería interna (2) puede estar en forma de serpentín, de "U", como dos tubos paralelos interconectados mediante una pluralidad de tubos, o de otras formas similares. La electroválvula (4) es preferiblemente una válvula solenoide de ½" (12,7mm) para 1450 psi (10MPa), que opera a 24 VDC y está hecha de material Inoxidable. La fuente de energía puede un panel solar (5) de alta eficiencia, y/o un conjunto de baterías (6) de larga vida. La energía suministrada por dichos elementos (5, 6) se utiliza únicamente para operar la electroválvula, la que presenta una baja demanda de energía. El sistema puede también incluir un sistema de bypass (8) para mantenimiento y operación manual. [0026] La figura 2 ilustra los conductos de entrada y salida del dispositivo inhibidor de hidratos. El conducto de entrada de producto (10) está conectada directamente con el pozo, con el fin de que dicho fluido ingrese al intercambiador con la mayor temperatura posible. El conducto de salida de producto (1 1 ) admite los líquidos separados dentro del dispositivo mediante el conducto de fluidos recuperados (12), y conduce los líquidos de producto, incluyendo los líquidos recuperados, hacia la estación. Por su parte, el conducto de entrada de gas (13) al dispositivo se encuentra acoplada directamente a el conducto de salida del choke (3) con el fin de que dicho gas entre al intercambiador con la menor temperatura posible. El conducto de salida de del gas (14) está en comunicación fluida con el pozo, dirigiendo el gas separado y calentado para ser inyectado en el pozo.

[0027] La figura 3 ilustra un ensamble del dispositivo inhibidor de hidratos conectado a las tuberías del sistema de extracción. Puede notarse que la electroválvula (4) interrumpe el conducto (12) con el fin de permitir o evitar el flujo del precipitado formado en la vasija (1 ) hacia el conducto de salida de producto (1 1 ). Ya que la vasija (1 ) se encuentra más elevada que el conducto de salida de producto (1 1 ), los líquidos presentes en la vasija (1 ) fluyen hacia el conducto de salida (1 1 ) por diferencia de presión, sin necesidad de una bomba o ningún otro aparato que consuma energía adicional. También se ilustra en esta figura una ventana de inspección (15), que permite comprobar visualmente el estado interno del dispositivo inhibidor de hidratos o el nivel de líquidos en su interior con fines de mantenimiento o calibración.

[0028] La electroválvula (4) está configurada para activarse automáticamente cuando se alcanza un nivel máximo predeterminado de líquidos dentro de la vasija (1 ) y para cerrarse cuando se alcanza un nivel mínimo predeterminado de líquidos dentro de la vasija (1 ), dicho nivel puede ser estimado, por ejemplo midiendo la presión en la parte inferior de la vasija (1 ), o en la entrada de la electroválvula (4).

[0029] A continuación se relacionan las ventajas que presenta la presente invención por encima del estado de la técnica: Beneficios Operativos:

• Ahorro de costos operacionales en la aplicación de químicos inhibidores de hidratos

Mejora la calidad del gas a inyectar reduciendo costos de mantenimiento de equipo de superficie y subsuelo

Representa una práctica limpia pues los drenajes se inyectan a la linea de producción

Representa un ahorro de tiempo (hasta 4 horas rompiendo un tapón de hidratos) y esfuerzo en destaponar la tubería de inyección de gas tapada por hidratos.

Beneficios Tecnológicos:

• No requiere suministro de energía para su operación

• Aprovecha la energía térmica del pozo

• Aprovecha la hidráulica de los fluidos para su separación y recolección

Beneficios Económicos:

• Incremento de producción, estimada en 3 Barriles de Petróleo (Oil) Por Día (BOPD) diferida, al evitar por taponamiento de hidratos

• Incremento de producción por recuperación estimada en 6 BPD de condensados del gas de inyección

EJEMPLOS

[0030] El dispositivo inhibidor de hidratos actualmente se usó como prueba piloto en el campo Rio Zulia, pozo Rio Zulia 20 donde se ha observado que la temperatura del gas, después de instalado el dispositivo, luego de pasar por el choke no baja de 30°C (Tformación hidratos = 23°C), no se han vuelto a presentar hidratos en este pozo y en medidas realizadas se ha evidenciado una producción incremental en el potencial del pozo.

[0031 ] Para el 2013 se tiene programado instalar 3 nuevos equipos inhibidores de hidratos en los pozos RZ 14, RZ 19 y RZ 23 del Campo Rio Zulia en los cuales se ha detectado que presentan problemas de taponamiento de chokes (3) de inyección de gas en las horas frías de las madrugadas.

[0032] Este equipo puede ser expandido a otras áreas que tengan sistemas de levantamiento por gas lift como es el caso de los Campos Cícuco y Provincia.