CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está relacionada a uma unidade de bombeio de petróleo. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a uma unidade de bombeio mecânico de petróleo onshore.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Um método muito difundido para extração de petróleo onshore é conhecido como bombeio mecânico. Trata-se de uma bomba alternativa, instalada no fundo do poço, que é conectada a uma coluna de hastes com comprimento suficiente para que a outra extremidade chegue até a superfície.

[003] Na superfície, a coluna de hastes é conectada a um dispositivo conhecido como Unidade de Bombeio, cuja função é converter o movimento rotativo de um motor convencional em um movimento alternativo e de baixa rotação para a haste de bombeio, que por sua vez o transfere para a bomba instalada no fundo do poço.

[004] As unidades de bombeio convencionais são constituídas basicamente por um motor, polia, uma caixa de redução, bielas, um mancai, viga e contrapeso. Cerca da metade da potência aplicada do conjunto é perdida entre a polia e a caixa de redução. Além da perda substancial de energia, a polia e a caixa de redução são pontos de concentração de falhas e exigem constante manutenção preventiva.

[005] Para variar o curso dos movimentos alternativos é necessária a parada do equipamento e uma perigosa desmontagem parcial em campo. O mesmo ocorre com o contrapeso, que é necessário para manter todo o conjunto balanceado durante a operação.

[006] A título de exemplo, o documento CN1924288A revela um dispositivo de extração de petróleo vertical compreendendo uma torre, sendo que no topo da referida torre estão posicionadas uma roldana, que recebe torque de um motor de baixa rotação e alto torque, e uma roldana livre. Um contrapeso é apoiado na extremidade oposta ao cabresto, sendo que um cabo conecta-os passando pelas roldanas superiores. A rotação da roldana que recebe o torque do motor é reversível para realizar o movimento alternativo da unidade de bombeio.

[007] O documento CN203412551 U também revela uma unidade de bombeio de petróleo vertical compreendendo uma estrutura vertical, sendo que no topo da referida estrutura está posicionado um motor elétrico de imãs permanentes de baixa rotação e alto torque que movimenta uma cinta de carga através de uma carcaça giratória. Um contrapeso é apoiado na extremidade oposta à haste do cabresto, sendo que a cinta de carga conecta-os passando pela carcaça giratória, movida pelo motor e por uma polia frontal. A rotação da roldana que recebe o torque do motor é reversível para realizar o movimento alternativo da unidade de bombeio. Um inversor posicionado em uma central de controle controla a rotação do motor e o sentido de giro.

[008] A variação da viscosidade, do volume de produção e da composição do óleo durante o bombeio requer ajustes no contrapeso. Muitas das unidades de bombeio requerem parada de operação para que os contrapesos sejam reposicionados.

[009] De forma a solucionar o problema de paradas para ajuste do contrapeso, o documento US4761 120A revela uma unidade de bombeio cujo contrapeso inclui um tanque para receber uma determinada quantidade de líquido que pode ser bombeada para dentro ou para fora do mesmo por uma bomba de motor reversível controlada por um circuito que monitora desbalanceamentos no sistema. Assim, a massa do contrapeso é corrigida de acordo com alterações na densidade do fluido e na força de elevação do atuador.

[010] Apesar de o documento US4761 120A apresentar uma boa solução para o problema de contrapeso com massa variável, há necessidade de uma bomba e um sistema hidráulico dedicados ao balanceamento do contrapeso. Isso encarece o sistema, além de aumentar o número de componentes, o que gera um maior custo com manutenção. Adicionalmente, em caso de falha no sistema de bombeamento, a unidade de bombeio teria que necessariamente ser parada para manutenção.

[01 1] Assim, há no estado da técnica a necessidade de uma unidade de bombeio que compreenda um sistema alternativo de balanceamento do contrapeso.

[012] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução do problema do estado da técnica acima descrito de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[013] A presente invenção tem por objetivo principal prover uma unidade de bombeio que compreenda um sistema mecânico simplificado e robusto de balanceamento do contrapeso, dispensando a necessidade de um sistema hidráulico.

[014] A presente invenção tem por objetivo adicional prover uma unidade de bombeio que compreenda um sistema regenerativo de energia que armazene energia dos ciclos descendentes para utilizar nos ciclos ascendentes. [015] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê uma unidade de bombeio terrestre, compreendendo (i) pelo menos uma estrutura de suporte, (ii) pelo menos um motor de rotor externo apoiado sobre a estrutura de suporte, (iii) um primeiro cabo conectado ao rotor externo para suportar uma haste e uma árvore de natal e (iv) um contrapeso conectado ao rotor externo do lado oposto à conexão do primeiro cabo, o contrapeso sendo apoiado de forma móvel sobre um trilho com ângulo de inclinação com relação à horizontal variável.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[016] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[017] A figura 1 ilustra uma vista lateral esquemática da unidade de bombeio de acordo com a concretização preferencial da presente invenção.

[018] As figuras 2a a 2c ilustram diferentes ângulos do trilho de suporte do contrapeso da unidade de bombeio de acordo com a concretização preferencial da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[019] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[020] A figura 1 ilustra uma vista lateral esquemática da unidade de bombeio de acordo com a concretização preferencial da presente invenção. Como pode ser observado, a unidade de bombeio terrestre de acordo com a concretização preferencial da presente invenção compreende pelo menos uma estrutura de suporte 5, preferencialmente em formato de torre.

[021] Sobre a estrutura de suporte 5 é apoiado o motor de rotor externo 6. O motor de rotor externo realiza o movimento cíclico da unidade de bombeio.

[022] Em um dos lados do motor de rotor externo 6 é conectado um primeiro cabo 7, que por sua vez é conectado a uma haste 8 e uma árvore de natal 9. Dessa forma, o primeiro cabo 7 suporta o peso do conjunto (coluna de hastes) que adentra o poço terrestre.

[023] Do lado oposto ao primeiro cabo 7, também conectado ao motor de rotor externo 6, é provido um contrapeso 4 apoiado de forma móvel sobre um trilho 3. O contrapeso 4 é composto por uma massa solidária ao movimento da unidade de bombeio que desliza sobre o trilho 3.

[024] O trilho 3 da presente invenção tem ângulo de inclinação com relação à horizontal variável. Isso faz com que a força exercida pelo contrapeso 4 no motor de rotor externo 6 possa ser variada de acordo com a necessidade, fazendo com que a unidade de bombeio possa se auto balancear em caso de variações de viscosidade, do volume de produção ou mesmo da composição do óleo bombeado.

[025] Preferencialmente, a alteração do ângulo de inclinação do trilho 3 com relação à horizontal é realizado por meios de deslocamento (não mostrado). Os meios de deslocamento podem ser quaisquer meios conhecidos do estado da técnica para realizar a variação do ângulo de inclinação dos trilhos. Em uma concretização preferencial, a extremidade superior do trilho 3 é fixada de maneira pivotante a um mancai 12, que por sua vez está fixo à estrutura suporte 5 da unidade de bombeio. Isso permite que a extremidade inferior do trilho 3 possa ser elevada (por meio de quaisquer meios de elevação conhecidos do estado da técnica, tais como atuadores elétricos ou hidráulicos) para variação do ângulo do referido trilho 3.

[026] As figuras 2a a 2c ilustram diferentes ângulos do trilho 3 da unidade de bombeio de acordo com a concretização acima descrita. Quando maior a inclinação do trilho 3 com relação à horizontal, maior a força exercida pelo contrapeso 4 no motor de rotor externo 6.

[027] Em uma concretização alternativa, o mancai 12 é deslizante ao longo da altura da estrutura suporte 5. Adicionalmente, a extremidade inferior do trilho 3 também é deslizante com relação à superfície horizontal. Nessa concretização, a variação do ângulo de inclinação do trilho 3 se dá a partir do deslizamento linear de ambas as extremidade do trilho 3. Preferencialmente, pelo menos um meio de atuação linear (não mostrado) é provido em pelo menos uma das extremidades do trilho para movimentação das mesmas.

[028] Vale ressaltar que quaisquer outros meios de variação do ângulo de inclinação do trilho 3 conhecidos do estado da técnica podem ser aplicados na presente invenção. Sendo assim, reforça- se que o escopo da presente invenção não está de forma alguma restrito aos meios de variação da inclinação do trilho 3 aqui descritos.

[029] Preferencialmente, a unidade de bombeio da presente invenção ainda compreende um meio de controle 2 adaptado para monitoramento do balanceamento da unidade de bombeio. Em caso de detecção de desbalanceamentos, o meio de controle aciona os meios de deslocamento de modo a alterar o ângulo de inclinação do trilho 3 de forma automática.

[030] Opcionalmente, a unidade de bombeio da presente invenção ainda compreende um sistema regenerativo de energia conectado ao motor de rotor externo 6 capaz de armazenar energia dos ciclos descendentes para utilizar nos ciclos ascendentes.

[031] Preferencialmente, o meio de controle 2 é adicionalmente adaptado para controlar o armazenamento de energia do sistema regenerativo de energia.

[032] Assim, a presente invenção provê uma unidade de bombeio compreendendo um sistema mecânico simplificado e robusto de balanceamento do contrapeso, dispensando a necessidade de um sistema hidráulico para tal. Ademais, um sistema regenerativo de energia é provido para armazenar energia dos ciclos descendentes para utilizar nos ciclos ascendentes. Isso reduz significativamente o consumo de energia do sistema.

[033] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.