1. Campo y objetivo de la invención: La presente invención se relaciona con camisas de circulación de fluidos, utilizadas en el fondo de pozos de petróleos y aplicable en los sistemas convencionales de completación de fondo de dichos pozos en la industria petrolera. Específicamente, la invención consiste en modificaciones del diseño de la camisa y del alojamiento del conjunto de sellos de la misma, lo que permite conseguir una mayor duración de la camisa y un ahorro significativo en costos de mantenimiento.

2. Antecedentes del estado de la técnica: Para controlar un pozo de petróleo durante los procesos de intervención y también para igualar las presiones existentes entre la tubería y el espacio anular, se hace circular fluidos a través de la camisa o válvula de circulación para reacondicionamiento. Adicionalmente, estas camisas sirven para alojar una bomba jet y otras herramientas para levantamiento artificial de petróleo.

Las camisas de circulación están sujetas permanentemente a altas presiones ocasionadas tanto por los fluidos de inyección, como por los flujos de petróleos a ser expulsados hacia el exterior por la tubería de perforación. Dichas camisas además están sujetas a procesos de corrosión por estar expuestas a los fluidos petroleros. Estos procesos afectan especialmente a las paredes de la camisa y particularmente al juego de empaques (sellos) que se encuentran en la parte inferior, lo que produce un desgaste permanente de los mismos. Debido a este desgaste, se debe extraer las camisas hacia la superficie, especialmente para el cambio de sellos, los cuales -pese al uso de materiales altamente resistentes que se encuentran en el estado de la técnica, como cierto tipo de nitrilos- no son lo suficientemente resistentes a las presiones. Esto produce que sea necesario realizar cambios frecuentes de los empaques, con el consiguiente alto costo de mantenimiento. En el estado del arte se puede encontrar algunas camisas de circulación del tipo de manguito deslizante; como las que por ejemplo se describen en los documentos de patente US3094307A; US3970147; US4064937; US4403659; US4452313; US5263683; US6044908; US6189619; EP0223552. De estas patentes listadas, merece hacerse referencia a las que constan a continuación, pues proponen soluciones al mismo problema identificado en esta invención. Sin embargo, ninguna de ellas plantea una solución similar o igual al de la presente invención, pues ella ofrece una respuesta técnica mucho más eficiente y económica.

Así, la patente US3094307A del año 1963, denominada VÁLVULA DE CIRCULACIÓN, se refiere a una forma mejorada de válvula de circulación, actualmente conocida como camisa de circulación, siendo su función la misma en ambos casos. Dicha invención está dirigida a una válvula de circulación del tipo de manguito deslizante que está adaptada para ser posicionada o llevada por un conducto con agujeros, y que puede ser bloqueada en las posiciones predeterminadas deseadas; sea para abrir o para cerrar los puertos a través del conducto para controlar la cantidad de fluido a través de los mismos. Dicha invención también contempla una válvula de circulación en la que ios medios de sellado están protegidos en todo momento contra el corte llevado a cabo por la cantidad de fluido a través de ios puertos, lo que aumenta la vida de la válvula. Otro objeto de dicha invención es proporcionar una construcción de válvula (o camisa) de circulación que incluye unos medios de válvula y un conducto con perforaciones que aloja a dichos medios de válvula, para poder controlar el flujo a través de las perforaciones en el conducto. La invención dispone de medios de sellos espaciados en cada lado de las perforaciones para sellar entre el conducto y los medios de válvula, y medios adicionales para proteger los medios de sellado de que sean cortados cuando los medios de válvula sean movidos para abrir las perforaciones para permitir el paso de fluido a través de ios mismos. Un objeto adicional de dicha invención es proporcionar una construcción de válvula de circulación que incorpora medios para igualar la presión de fluido a través de medios de sellado en la construcción. Esto además inhibe el corte de los sellos por el paso de fluido a través de la válvula.

Otro objeto de dicha invención es proporcionar una válvula de circulación para el cierre de las puertas en el flujo de cadena de un pozo. La válvula tiene medios de sellado para cerrar en la construcción de la válvula, medios móviles de seguimiento cuando la válvula se mueve para abrir las puertas para que atraviese el flujo y para proteger los medios de sello del paso de fluido que atraviesa, contra el corte o el desgaste.

Se debe hacer notar que la solución ofrecida en la mencionada patente, persigue el mismo objetivo que el de la presente invención; esto es evitar el daño de los sellos. Sin embargo el procedimiento es diferente de manera sustancial, tal como se explicará más adelante. Son estas diferencias sustanciales del invento, las que le otorgan ventajas, tanto en la protección de los sellos, como en la seguridad de la apertura y cierre de la camisa de circulación.

La patente US5263683 del año 1993 denominada VÁLVULA DE MANGUITO DESLIZANTE, se refiere a una válvula de manguito deslizante para uso en fondo de pozos de petróleo. El cuerpo principal tubular tiene un flujo radial a su través y una junta primaria anular es llevada adyacente a su diámetro interior, y separada longitudinalmente desde el puerto de flujo en una primera dirección. Un manguito se lleva coaxialmente dentro del cuerpo principal para el movimiento longitudinal relativo selectivo. El manguito tiene una sección de sello con un diámetro exterior dimensionado para acoplarse de forma deslizable enganchando de manera estanca la junta primaria. El manguito también tiene una abertura radial a través de la sección de sello y un rebaje en la superficie exterior de la sección de sellado circundante y más largo que el extremo radialmente exterior de la abertura. El manguito tiene una posición cerrada, en la que la apertura y el rebaje están longitudinalmente espaciados de la junta primaria en la primera dirección, y una posición abierta, en la que la apertura está longitudinalmente separada de la junta primaria en una segunda dirección opuesta a la primera. El rebaje está dimensionado y configurado para permitir que la abertura pase el sello primario mientras se mueve de cerrada a la posición abierta, bajo condiciones de temperatura y presión dadas, sin daños sustanciales a la junta primaria. Como se puede apreciar, aquí se ofrecen soluciones a problemas distintos que los que se plantean en la presente invención.

La camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos convencional, existente en el estado de la técnica, tiene un manguito deslizante que está instalado en la parte interna de la camisa y que tiene elementos sellantes superiores e inferiores; los elementos sellantes superiores son dos sellos de nitrilo que son instalados de manera independiente al momento de armar la camisa, y los elementos sellantes inferiores son dos sellos que vienen adheridos o vulcanizados al cuerpo; estos últimos, son susceptibles de romperse con facilidad al exponerse libremente al paso del fluido y la presión existente en el espacio anular de la camisa de circulación.

Este efecto negativo con mucha frecuencia se produce en el momento en que el manguito deslizante es desplazado de abajo hacia arriba en el proceso de apertura de la camisa de circulación, ya que las ventanas de las que dispone su cuerpo quedan abiertas, permitiendo que el fluido que circula por estos espacios a gran velocidad y presión, choquen de manera frontal en los elementos sellantes y los destruyan; este efecto deteriora los elementos sellantes dejando inutilizada la camisa de circulación en el fondo del pozo; por este efecto se tiene que recuperar la completación de fondo del pozo para cambiar la camisa de circulación, incurriendo en pérdidas de tiempo y dinero.

Cuando los elementos sellantes inferiores del manguito deslizante se rompen, se deben reemplazar en su totalidad el manguito deslizante y la camisa, ya que tienen una sola vida útil y son por tanto desechables.

Con el fin de solucionar este problema, con la presente invención se han desarrollado importantes modificaciones en el diseño de la camisa de circulación, evitando exponer los sellos a la acción destructiva de la velocidad y la presión de los fluidos en el momento de la apertura de la camisa de circulación. 3. Breve descripción de la invención:

En la camisa de circulación de fluidos convencional en fondo de pozo de petróleos, esta invención reemplaza el manguito deslizante tradicional por uno que responde a un diseño diferente, en el cual se eliminan los elementos sellantes inferiores para reemplazarlos por otros posicionados en el cuerpo de la camisa de circulación, eliminando de esta manera el riesgo de rotura de estos elementos sellantes, porque ahora éstos se mantienen fijos durante el desplazamiento del manguito deslizante hacia arriba (posición abierta), obteniéndose como resultado una camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos segura, que garantiza buen funcionamiento durante un tiempo mayor.

La camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos de la presente invención, incorpora 4 cambios esenciales innovadores en su nuevo diseño:

1. - Un manguito deslizante (dispositivo de apertura y cierre de la camisa) diferente, en el cual se ha eliminado el juego de elementos sellantes inferiores.

2. - Reubicación del juego de anillos sellantes en el interior del cuerpo de la camisa de circulación. Este juego de anillos sellantes está conformado por: dos anillos "O" de dureza H90, dos adaptadores finales y un adaptador central. El juego se mantiene fijo en un alojamiento, mientras el manguito deslizante se mueve libremente en su carrera ascendente - descendente para abrir y cerrar la camisa de circulación. El juego de elementos sellantes en el estado de la técnica forma parte del manguito deslizante, al encontrarse vulcanizados sobre la sección del mismo, formando un solo elemento. 3.- La sujeción de este juego de elementos sellantes en el cuerpo de la camisa, se realiza por una camisa de retención, la cual se encarga de mantener fijos a los elementos sellantes en su sitio.

4.- Un cuerpo de la camisa de circulación con su diámetro exterior incrementado en 1 ,27 cm (500 milésimas de pulgadas) para garantizar mayor resistencia en esfuerzos de tensión, compresión y manejo de esfuerzos para las operaciones en el pozo, que en su parte interior aloja los elementos sellantes que van sujetos con la camisa de retención. 4. Breve descripción de las figuras:

La figura 1 representa una vista esquemática de la completación mecánica de un pozo petrolero modelo; se especifica: un cabezal del pozo [fig. 1 (1)], la tubería de producción [fig. 1 (3)] que por el un extremo se conecta al cabezal y, por el otro extremo, se conecta a la camisa de circulación [fig. 1 (4)], el espacio anular [fig. 1 (2)], el tubo de revestimiento [fig. 1 (22)], las empacaduras [fig. 1 (5)] y las salidas hacia la formación en el fondo [fig. 1 (6)].

La figura 2 representa una vista en corte del conjunto Camisa de Circulación según la presente invención, en el cual se especifican: el manguito deslizante [fig. 2 (7)]; la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)]; anillos Ό" [fig. 2(9)]; un adaptador cilindrico superior [fig. 2(10); un adaptador cilindrico inferior [fig. 2(11)]; las ventanas periféricas de circulación [fig. 2(12)]; el manguito deslizante de retención de sellos [fig. 2(14)]; conexión roscada del adaptador superior [fig. 2(19)] en la carcasa cilindrica tubular para su acople con el adaptador cilindrico superior; conexión roscada del adaptador inferior [fig. 2(20)] en la carcasa cilindrica tubular para su acople con el adaptador cilindrico inferior; juego de sellos [fig. 2(21)]. Se destacan además, el diámetro incrementado de la camisa [fig. 2(24)], por efecto del incremento del espesor [fig. 2(E)] de la misma, en 1 ,27 cm.

La figura 2a es una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación [fig. 1 (4)], y la ubicación del manguito de deslizante [fig 2a(7)] en posición abierta, en la cual las uñas de enganche [fig. 3(15)] están trabadas en el alojamiento de seguridad superior [fig. 2a(13a)]. Se especifican, además: las ventanas periféricas de circulación [fig. 2a(12)], y el juego de sellos [fig. 2a(21)]. La figura 2b es una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación [fig. 1 (4)] y la ubicación del manguito de deslizante [fig. 2b(7)] en posición cerrada en la cual las uñas de enganche [fig. 3(15)] están trabadas en el alojamiento de seguridad inferior [fig. 2b(13b)]. Se especifican, además: las ventanas periféricas de circulación [fig. 2b(12)], y el juego de sellos [fig. 2b(21)].

La figura 3 representa una vista de detalle del desarrollo de los componentes interiores de la camisa de circulación [fig. 1(4)]. Se especifican: el juego de sellos [fig 3(21)]; el manguito de retención de los sellos [fig. 3(14), que incluye los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a) y [fig. 3(13b)]; y el manguito deslizante [fig. 3(7)], que incluye las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] y los anillos "O" sellantes de estanqueidad [fig. 3(23)].

La figura 4 representa una vista en corte de la camisa de circulación [fig. 1 (4)] acoplada a la tubería de producción [fig. 4(3)] por sus extremos superior e inferior. Se especifica además, el manguito deslizante [fig. 4(7)].

5. Descripción detallada de la invención: En la fig. 1 se ilustra una representación esquemática de la completación de un pozo de petróleo modelo con una camisa de circulación [fig. 1 (4)] que incluye un manguito deslizante [fig. 2(7)]. Las principales partes que conforman la completación de un pozo petrolero son: (a) El cabezal [fig. 1 (1)] que es el conjunto de válvulas que permite el direccionamiento de los fluidos en la intervención de un pozo de petróleo; (b) La tubería de revestimiento [fig. 1 (22)] que se coloca cuando el pozo es perforado y que es asegurada a la pared del subsuelo mediante la inyección de cemento (permite manejar fluidos en su interior y realizar operaciones hidráulicas); (c) La tubería de producción [fig. 1 (3)], que está sujeta del cabezal mediante una unión roscada y que se encuentra dentro de la tubería de revestimiento [fig. 1 (22)] Esta columna tubular aloja en su extremo inferior algunos equipos y accesorios que forman parte del completamiento mecánico del pozo, como una o más camisas de circulación, bombas, niples reductores, juntas de estanqueidad, empaquetaduras y otros, según las operaciones que se utilicen; (d) Las camisas de circulación [fig. 1(4)] que controlan la cantidad de fluido tanto en producción como en pruebas de pozo. Estas camisas están roscadas por sus partes superior e inferior a la tubería de producción [fig. 4(3)] y pueden alojar bombas hidráulicas para levantamiento artificial y un manguito deslizante [fig. 2(7)] que abre o cierra las ventanas de la camisa de circulación [fig. 2(12)] para permitir o bloquear el paso del fluido de producción de una determinada formación hacia el interior de la tubería de producción, y el número de camisas que se instala en la completación del pozo dependerá del número de formaciones productoras.

Cuando se trata de la instalación de varias camisas de circulación, éstas se aislan entre sí, y entre éstas se colocan las empaquetaduras [fig. 1 (5)] que sirven para aislar las formaciones al hacer un sello hermético entre el tubo de revestimiento [fig. 1 (22)] y la tubería de producción [fig. 1 (3)]. Finalmente las formaciones [fig. 1 (6)] son arenas o rocas productoras de donde sale el fluido una vez que son perforadas mediante disparos con cargas de alta penetración.

En la figura 2 se presenta una vista en sección axial longitudinal del conjunto camisa de circulación [fig. 1 (4)] y manguito deslizante [fig. 2(7)]. La camisa de circulación, está formada por una carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)] cuyos extremos van roscados al conector superior [fig. 2(10)] y al conector inferior [fig. 2(11)], y usa un anillo "O" [fig. 2(9)] para hacer el sello entre estas conexiones; los conectores superior [fig. 2(10)] e inferior [fig. 2(11)], a su vez, están roscados a la tubería de producción [fig. 1 (3)]. La carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)] presenta en su pared periférica una serie de orificios o ventanas [fig. 2(12)]. En la pared interna de la carcasa en su parte superior se encuentra una superficie pulida donde se aloja el manguito deslizante [fig. 2(7)]. En la parte inferior de la carcasa, a continuación de los agujeros de circulación se encuentra un espacio donde se aloja el kit de sellos [fig. 2(21)], seguido por el manguito de retención de sellos [fig. 2(14)] el cual dispone en su pared interna de dos ranuras anulares que tienen la función de alojamientos de seguridad [fig. 3(13a) y [fig. 3(13b)] separadas axialmente, en las cuales se traban las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] según la posición del manguito deslizante [fig. 2(7)].

En la figura 2a se presenta una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación con el manguito deslizante en posición abierta; aquí el fluido puede comunicarse por las ventanas periféricas de circulación del manguito deslizante [fig. 2a(7)] y atravesar por los ductos de la carcasa de la camisa hacia el espacio anular [fig. 1 (2)]; en esta posición se observa que las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] están trabadas en el alojamiento de seguridad [fig. 2a(13a)]. En la figura 2b se presenta una vista en sección axial longitudinal de la camisa de circulación con el manguito deslizante [fig. 2b(7)] en posición cerrada; aquí las ventanas periféricas de circulación [fig. 2b(12)] no comunican con los agujeros de la carcasa, por lo tanto el fluido no puede comunicarse con el espacio anular de la tubería de revestimiento; en esta posición se observa que las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] del manguito deslizante [fig. 2b(7)] están trabadas en el alojamiento de seguridad [fig. 2b(13b)].

En la figura 3 se representa una vista en corte del desarrollo de los componentes interiores de la camisa de circulación de la presente invención, en la cual se aprecia, en primer lugar, el juego de sellos [fig. 3(21)], que se alojan en el interior de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)]. A continuación se observa el manguito de retención de sellos [fig. 3(14)] que es un elemento cilindrico metálico que sirve para sujetar el juego de sellos [fig. 3(21)] dentro de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)]; en su parte interna dispone de los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a)] y [fig. 3(13b)] para alojar las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15) del manguito deslizante [fig. 3(7)]; el manguito de retención de sellos [fig. 3(14)] se mantiene fijo por el conector inferior [fig. 2(11)] de la camisa de circulación. Finalmente se observa el manguito deslizante [fig. 3(7)] en cuya parte inferior se tiene las uñas de enganche circunferenciales [fig. 3(15)] que actúan como un candado cuando ingresan en los alojamientos de seguridad [fig. 3(13a)] y [fig. 3(13b)]. Estos alojamientos de seguridad están ubicados en la parte interna del manguito de retención de sellos [fig. 3(14)]. El manguito deslizante [fig. 2(7)], con su movimiento axial hacia abajo o hacia arriba, permite cerrar y abrir respectivamente, el paso del fluido a través de las ventanas periféricas de circulación [fig. 2(12)] de la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)]. En la parte superior del manguito deslizante [fig. 3(7)] se tiene dos canales tangenciales que alojan dos anillos sellantes de estanqueidad [fig. 3(23)] que hacen sello con la carcasa cilindrica tubular [fig. 2(8)].

Con este nuevo diseño de la camisa de circulación de fluidos en fondo de pozo de petróleos de la invención, se evita que el juego de sellos [fig. 2(21)] se rompa el momento en que el manguito deslizante [fig. 2(7)] se desplaza axialmente hacia arriba o hacia abajo ya que no se exponen al fluido ni a la alta velocidad del proceso de circulación.

El manguito deslizante [fig. 2(7)] de la camisa de circulación [fig. 1 (4)] es accionado por impacto, para lo cual es necesario desplazar por la parte interior de la tubería de producción, la herramienta de desplazamiento desde la superficie, con la ayuda de un cable de acero; esta herramienta ingresa a la camisa de circulación y, luego de engancharse, se procede a golpear hacia arriba para abrir y hacia abajo para cerrar la camisa de circulación.

Como resultado de la presente invención, se obtienen ventajas importantes sobre el estado actual de la técnica, ya que el hecho de alcanzar un mejor deslizamiento, aumentar el diámetro exterior de la camisa de circulación y proteger también el conjunto de sellos, prolonga su vida útil, y por tanto permite un tiempo de mayor uso de la misma en el fondo del pozo, todo lo cual hace que la invención tenga gran aplicación en los sistemas de extracción de pozos de petróleo, incluyendo los que no son verticales, ya que con este sistema, al estar protegidos los sellos, también se puede actuar con mucha versatilidad en pozos horizontales u otros inclinados.