MXPA96005778A - Tuberia aislada de doble pared y metodo de instalacion de la misma - Google Patents

Abstract

La presente invenciión se refiere a e describe una columna (46) de la tubería aislada de pared doble, adaptada para ser suspendida de una cabeza (58) del pozo, que tiene una columna (21) de tubería interna, formada de varios tubos internos y una columna (22) de tubería radialmente externa, formada de varios tubos externos, la columnas de tuberías son independientes entre sí, además de fijas axialmente las columnas de tuberías una en relación a la otra en el extremo superior de la columna de la tubería, aunque la fijación axial también se puede proveer en el extremo inferior de las columnas de tuberías si se desea. Un espacio (30) aislante anular entre las columnas (21, 22) de tuberías se sella herméticamente en ambos extremos opuestos y puede ser evacuado. Las columnas de tuberías interna y externa se pueden poner en operación en un pozo que utiliza tecnología de perforación de pozo petrolero convencional y no hay conexión mecánica entre las columnas (21, 22) de tuberías interna y externa, especialmente en las conexiones de las respectivas longitudes interna y externa del tubo. Para mantener el interior de la columna (22) de la tubería externa libre de los líquidos de la formación antes de que la columna (21) de la tubería interna se ponga en operación en el pozo y se selle contra la columna de la tubería externa en su extremo inferior, un tapón temporal (31) cierra inicialmente el extremo inferior de la columna de la tubería externa y se desactiva de que el líquido pueda influir a través de la columna (46) de la tubería doble aislada térmicamente.

Description

TUBERÍA AISLADA DE DOBLE PARED Y MÉTODO DE INSTALACIÓN DE LA ( MISMA Descripción de la invención Esta invención se relaciona con las tuberías con aislamiento, de 5 doble pared y con un método para instalar tal tubería en un pozo, tal como un pozo geotérmico o de petróleo. Existe el requerimiento de proveer propiedades de excelente aislamiento térmico en una columna de tuberías tubular, en donde se requiere traer líquidos templados o calientes a la superficie desde el fondo de una [0 profundidad. En otras palabras, se requiere mantener el enfriamiento del líquido en su recorrido desde el fondo del pozo a la parte superior del pozo a un mínimo, aunque la temperatura de las formaciones circundantes puede caer por un promedio de 3°C por 100 metros. Tales aplicaciones son como sigue: 1. Los pozos geotérmicos los cuales producen agua caliente de 15 acuíferos (formación total o parcialmente saturada de agua) a velocidades de flujo más bien bajas en donde el agua térmica se enfriaría de otra manera a una cantidad considerable en el recorrido a la superficie, para perder mediante esto la energía térmica disponible a los consumidores en la superficie. 2. Los pozos geotérmicos de circuito cerrado en donde líquido 20 térmico del intercambiador de calor, el cual comúnmente es agua, es bombeado al fondo de un pozo en un espacio anular formado entre una columna de la tubería cementada y una columna de la tubería en tanto que extrae energía REF : 23538 térmica de las formaciones circundantes y subsecuentemente transporta la energía térmica a la superficie a través de la columna de ia tubería. 3. Los pozos de petróleo que producen petróleo crudo con un alto contenido de betún o parafina. Sin un aislamiento térmico eficiente, el petróleo en la columna de la tubería se enfría considerablemente a medida que el petróleo fluye a la instalación de la superficie. Una vez que la temperatura disminuye á un nivel el cual es específico para el tipo de petróleo, el betún o la parafina comienza a cambiar al estado sólido y se adhiere a la pared interna de la columna de la tubería. Como resultado, la resistencia al flujo se incrementa debido a la sección ?o transversal disminuida de los tubos, de tal manera que las varillas de bombeo se pegan y se rompen. Para bombear el petróleo frío y por consiguiente altamente viscoso a través de ias secciones del oleoducto cercanas a la cabeza del pozo, se requiere una alta cantidad innecesaria de energía. 4. Para producir petróleo que ya es altamente viscoso en la i ? formación que lleva petróleo en el fondo de la perforación en donde el vapor caliente se comprime a la formación alrededor del sondeo para calentar el petróleo viscoso y así, mejorar su comportamiento de flujo. Se requiere que las pérdidas de calor en camino a la superficie sean bajas para no provocar ninguna caída de presión innecesaria del flujo en la columna de la tuberías de producción. 0 Las cadenas o columnas de la tubería que están cubiertas con lana de vidrio o piedra y luego envueltas con hojas o tiras de láminas de acero delgadas para proteger la capa aislante contra el agua son frecuentemente utilizadas para las aplicaciones de la superficie. Sin embargo, el agua puede entrar ai material aislante a través de pequeños agujeros o fisuras que se pueden presentar en ia cubierta circundante y reducir las propiedades aislantes de tal sarta o cadena o columna de tubos. Por consiguiente. Este método conocido no puede ser usado para aislar térmicamente las cadenas de tuberías de producción expuestas a líquidos a alta presión en el espacio anular entre la columna de la tubería y una tubería de revestimiento del pozo profundo. La tubería fabricada de fibra ce vidrio tiene una conductividad térmica más baja que el acero y se utiliza normalmente para tuberías o cadenas de tubos para medios corrosivos en lugar de para el propósito de aislamiento térmico, debido a que las propiedades térmicas son usualmente insuficientes. Los límites de la temperatura y las resistencias más bajas reducen además el posible rango de aplicaciones de la tubería fabricada de tal material. El material de fibra de vidrio es también considerablemente más caro que la tubería de acero del mismo diámetro y no puede ser usado en los pozos ae petróleo equipados con varillas de bombeo de movimiento alternativo. También, los costos de inventario se elevarían si la tubería de fibra de vidrio se tiene que mantener en las existencias además de la tubería de acero estándar que se usa en general en las operaciones de los yacimientos petrolíferos. Hasta ahora, las columnas o cadenas de tuberías de inyección y producción aisladas térmicamente han algunas veces sido usadas para llevar a cabo la inyección de vapor a los pozos para obtener una eficiencia térmica incrementada del sistema. Las cadenas o columnas de tubería, las cuales frecuentemente tienen una longitud de más de 1,000 metros, se construyen a partir de longitudes individuales de tubería de doble pared, cada una de las cuales usualmente tiene una longitud de aproximadamente 9 metros - que es equivalente al rango de juntas de tubería 2 API - para ser puestas en operación y recuperadas por las instalaciones petrolíferas de la misma manera como las columnas o cadenas de tuberías de una sola pared. La versión más común de tal columna o cadena de la tubería se muestra en el "Composite Cataloque of Oil Field Equipment", Volumen 1 , página 988H, 35a. revisión, 1982 - 83, publicada por Gulf Publishing en los Estados Unidos de Norteamérica. La columna de la tubería de la técnica previa será ahora descrita con referencia a las figuras 1 y 2 de los dibujos adjuntos, en los cuales la figura 1 muestra una sección transversal longitudinal de una columna de tubería y la figura 2 muestra una vista en sección transversal longitudinal, ampliada, detallada, de una parte de la columna de la tubería mostrada en la figura 1 para mostrar más claramente la unión entre las longitudes de la tubería. La tubería aislada térmicamente mostrada en la figura 1 ilustra una longitud individual de tubería aislada térmicamente que tiene conexiones en extremos opuestos de la misma, pero se apreciará que en la práctica habría una pluralidad de tales longitudes de tubo utilizadas para formar una columna de la tubería aislada térmicamente. La figura 2 muestra los detalles de construcción de 'as conexiones roscadas utilizadas para formar una longitud de tubería aislada conectadas entre sí. En las figuras 1 y 2, un tubo interno 1 tiene el diámetro interno del mismo incrementado en los extremos opuestos y el tubo interno 1 se posiciona concéntricamente al interior de un tubo extremo y los extremos opuestos del tubo interno se sueldan al tubo externo 2. En el espacio anular 3 formado entre la pared externa del tubo interno y la pared interna del tubo externo se encuentra un medio de aislamiento tal como aire. El tubo externo 2 es ligeramente más largo que la sección de pared doble aislada, de tal manera que las roscas de los tornillos de unión se pueden cortar en los extremos opuestos del tubo externo. Los acoplamientos de doble caja 4 se utilizan para enlazar una longitud de tubería aislada doble al siguiente tubo doble en una dirección axial. Para evitar cambios de diámetro interno en cada conexión de junta en la cadena o columna de la tubería, lo cual incrementaría de manera indeseable las pérdidas de presión dinámica en el flujo del fluido, por ejemplo petróleo, los manguitos 5 de sección no aisladas, se insertan en los extremos del tubo al tiempo de poner en operación la cadena o columna de tubería en el pozo. Mecánicamente, tales cadenas o columnas de tubería satisfacen todos los requerimientos de resistencia para los pozos profundos. Sin embargo, aún en el caso ideal en donde el líquido del sondeo no entra al espacio anular 6 entre el manguito 5 y el acoplamiento de caja 4, una cantidad considerable de energía térmica se pierde a través de los puentes eléctricamente conductores creados por los tubos internos y externos que son soldados conjuntamente y también por haber una conexión mecánica entre el manguito 5 y el acoplamiento de caja 4. Sin embargo, el agua o el petróleo usualmente entrarán al espacio anular 6 para reducir adicionalmente la eficiencia del aislamiento. Cualquier daño mecánico al tubo interno 1 provocado por las varillas de bombeo de movimiento de vaivén o por corrosión permitirá que el líquido fluya al espacio anular 7 entre los tubos internos y externos, para provocar mediante esto un puente térmico que no se hará visible inmediatamente en la superficie puesto que el área anular se cierra en el extremo de cada tubo interno debido a que el tubo interno se suelda al tubo externo. Otra desventaja de este tipo de cadena o columna de tubería con aislamiento es el requerimiento de soldar los tubos internos y externos conjuntamente. En la industria de perforación, es usual evitar, siempre que sea posible, herramientas o equipo de soldadura que se posicionan en el fondo del pozo debido a que tales soldaduras son los puntos de partida para las fugas corrosivas. Así, en el ejemplo de la columna de la tubería térmicamente aislada presente, la soldadura entre los tubos interno y externo pueden ser también ei punto de partida para una fuga corrosiva. Si la corrosión comienza desde el interior dei espacio anular 3 entre los dos tubos, no será detectada visualmente o mediante los métodos de inspección no destructivos comúnmente utilizados en la industria del petróleo y el gas. Cuando los tubos de acero salen de la línea de producción de una fábrica normalmente tienen amplias tolerancias de la longitud de ancho. Para corresponder con los tubos internos y externos de tubería de pared doble, los tubos tienen que ser cortados para corresponder en longitud, para incrementar así ei costo del material. La razón principal del por qué las cadenas o columnas de tubería de pared doble no son más frecuentemente usadas es el alto costo de compra, que es un múltiplo del costo de los tubos normales, también como ios tiempos de entrega incrementados para las juntas soldadas fabricadas especialmente y finalmente, pero no mínimos, los niveles de inventario incrementados. Otra tubería de pared doble para propósitos de aislamiento térmico se describe en la referencia EP-A-0138603. Esta referencia supera la dificultad de la técnica previa mencionada anteriormente al proveer un paso o pasaje entre la conexión de las dos longitudes conectadas de tubería, de tal manera que el espacio anular en las respectivas longitudes de tubería se conectan conjuntamente. Así, en la patente EP-A-0138603 los extremos de los tubos internos y externos se conectan conjuntamente mediante una pared y un paso o pasaje pequeño que tiene un área de sección transversal más pequeña que el área de sección transversal del espacio anular que se extiende de manera longitudinal axialmente desde el espacio anular hacia afuera de la conjunción de los tubos internos y externos. Debido a que la ubicación del paso o pasaje en cada tubo puede no alinearse exactamente entre sí, de tal manera que la porción más externa longitudinalmente de manera axial del paso es ampliado en el área de sección transversal para asegurar que cuando las dos longitudes de las tuberías de paredes dobles se unan entre sí, sus respectivos pasos o pasajes estarán interconectados. En un lado interno y extemo del paso o pasaje en donde las dos longitudes de tubería se unen conjuntamente, se proveen respectivos sellos anulares para crear un sello a presión entre el espacio anular al interior de la columna de la tubería aislada y el líquido ai interior y alrededor de la cadena aislada.

El espacio anular se puede llenar con cualquier gas o líquido aislado deseable y puede alternativamente, ser evacuado de la superficie. Así, el espacio anular interconectado puede ser usado para inspeccionar fugas en cualquiera de los sellos o en las paredes de la tubería. Si el espacio anular se llena inicialmente con gas, una fuga se indica por un incremento en la presión la cual se elevará hasta que la presión en el espacio anular se equilibra con la presión del líquido, ya sea al interior de la columna de la tubería aislada o al exterior de la misma. Otra vez, esta referencia tiene la desventaja de que la tubería de pared doble con aislamiento, descrita anteriormente y si ya sea la tubería interna o externa tuviera una fuga, la sustancia que se fuga se extenderá por todo el espacio anular de toda la columna de la tubería. En tal caso, es difícil localizar la posición de la fuga la cual puede estar en los sellos elastoméricos al interior o al exterior del pasaje. Otra tubería de pared doble conocida para la perforación de circulación inversa se describe en la patente GB-1204026. En esta referencia, dos tubos concéntricos se conectan entre sí mediante aletas que se sueldan en el espacio anular entre los tubos internos y externos. El tubo interno es ahuecado o rebajado a cada extremo del tubo externo y el tubo externo se provee con una rosca de tornillo para unir longitudes individuales del tubo conjuntamente. Cuando una columna de la tubería se pone en operación al pozo, un manguito de ponteo que tiene sellos en los extremos opuestos del mismo se inserta sobre ei tubo interno de la sección de la columna de la tubería superior e inferior, para sellar los tubos internos de las dos secciones de pared doble diferente conjuntamente. Así, el manguito se extiende a la siguiente junta de la tubería, en donde se sella contra el tubo interno de la siguiente sección. El requerimiento de que los manguitos que conectan a los tubos internos entre sí se agrega al costo de compra, almacenamiento y mantenimiento de la columna de la tubería. Sin embargo, una tubería de pared doble construida de acuerdo con esta referencia también tiene las desventajas mencionadas anteriormente en que los tubos internos y externos se unan mecánicamente entre sí, para crear mediante esto una conexión térmica entre los tubos interno y externo. Una tubería aislada térmicamente para transportar líquidos y gas sobre la superficie de la tierra se describe en la patente mundial WO 91/19129. Esta referencia describe dos tubos de acero concéntricos separados mediante un espacio anular y en el espacio anular se encuentra un material aislante formado de microfibras o fibras de mineral microscópico que tienen una fuerza de compresión suficiente para mantener el tubo interno separado apropiadamente del tubo externo. El material aislante en el espacio anular es requerido para portar el peso de la columna de la tubería interna, puesto que las cadenas o columnas de las tuberías anulares son aproximadamente horizontales, sin que el material aislante pierda sus propiedades aislantes. Para tener las propiedades aislantes apropiadas, se hace referencia a los aislantes sólidos, los cuales son extremadamente porosos. Estos aisladores de soporte se agregan al costo de la cadena o columna de la tubería pero, aún peor, los líquidos los cuales pueden pasar al espacio a través de una fuga en una de las cadenas o columnas de las tuberías internas o externas entrarán a los poros del material aislante de los aislantes, de tal manera que el material tiene que ser reemplazado.

No hay descripción en esta referencia de la puesta en operación de tal columna de tuberías de elementos tubulares concéntricos en general independientes diseñados para tuberías más o menos horizontales a una sonda o pozo, en general vertical, lleno de líquido y en donde el espacio anular entre los tubos internos y externos tendría que ser sellado contra la afluencia de los líquidos contenidos en el pozo. El equipo para los campos petroleros no está diseñado para operar simultáneamente o jalar columnas concéntricas de tubería con diferentes diámetros. Las juntas de tubería del campo petrolero, de acuerdo al estándar API aceptado mundialmente, no tienen longitudes uniformes y las longitudes de las juntas fluctúan considerablemente. Solamente con los tubos no estándar, más caros, maquinados a longitudes idénticas, pueden las columnas o cadenas concéntricas de tubería ser puestas en operación simultáneamente en una operación lenta. Aunque las tuberías por encima de la superficie son usualmente soldadas debido a que en cualquier tiempo se puede tener acceso de la superficie en cualquier punto a lo largo de la línea, en distinción, las cuerdas de tubos en el fondo del pozo son usualmente roscadas puesto que, de otra manera, la columna de tubos tiene que ser cortada en tramos cada vez que se tiene que jalar dei pozo por cualquier razón. Es un objeto de esta invención mitigar sustancialmente las dificultades de la técnica previa mencionada anteriormente. De acuerdo a un primer aspecto de esta invención, se provee una columna de tubería aislada de doble pared, adaptada para suspenderse desde medios de soporte, la columna de la tubería comprende tubos internos y externos con un espacio aislante térmicamente entre los tubos internos y externos, caracterizada porque la columna de la tubería comprende varias longitudes de tubos externos unidos mecánicamente de manera conjunta para formar una columna de la tubería externa y varías longitudes de tubos internos unidos mecánicamente de manera conjunta para formar una columna de la tubería interna, las columnas o cadenas de tuberías internas y extemas son discretas y están separadas entre sí sobre sustancialmente todas las longitudes de las mismas. En general, las columnas de tubería internas y externas están separadas entre sí sin ninguna conexión mecánica entre las mismas, excepto en uno o ambos extremos de las mismas. En una modalidad presentemente preferida, se proveen medios seiladores separables, en el extremo inferior de la columna de la tubería externa para impedir el ingreso de líquido a la columna de la tubería interna. Ventajosamente , el espacio aislante se llena con un medio de gas o líquido o el espacio se evacúa sustancialmente. Ventajosamente, las columnas de tuberías internas y externas se unen mecánicamente de manera conjunta en el extremo superior de la columna de la tubería o en ambos extremos de la columna de la tubería, esto es los extremos superior e inferior de la columna de la tubería aislada solamente.

Ventajosamente, los tubos externos e internos se adaptan para soportar una presión que excede una presión hidrostática del fluido en o dentro de la columna de la tubería aislada. En una modalidad preferida, la columna de la tubería interna se pre-tensa y la columna de la tubería externa se pre-comprime para no exceder los niveles de esfuerzo permisible predeterminados en las columnas de tuberías internas y externas respectivamente, causados por las variaciones de temperatura interna y externa. Ventajosamente, la columna de la tubería interna y/o la columna de tubería externa se proveen con medios que compensan la temperatura de la longitud axial. En otra modalidad preferida, se provee un medio de aislamiento en el espacio de aislamiento para mantener la concentricidad entre las columnas de tubería interna y extema para evitar que la columna de la tubería interna se ponga en contacto con la columna de la tubería externa. De acuerdo a un segundo aspecto de esta invención, se provee un método para instalar una columna de la tubería de aislamiento de pared doble, que incluye las etapas de: proveer una primera longitud del tubo externo con medios selladores en un extremo inferior, en uso, de ios mismos, para impedir la entrada dei líquido ai tubo externo, unir mecánicamente una segunda longitud del tubo externo al extremo de la primera longitud externa, lejana de los medios de sellado para formar una columna de la tubería externa, suspender la columna de la tubería externa de los medios de soporte, ubicar las primeras y segundas longitudes unidas del tubo interno que forman una columna de la tubería interna al interior de la columna de la tubería externa, las primeras y segundas longitudes internas del tubo se unen mecánicamente entre sí y la columna de la tubería interna está separada de la columna de la tubería extema para proveer un espacio de aislamiento térmico entre las cadenas de tubos internas y externas, las columnas de la tubería internas y externas son discretas y están separadas entre sí sobre sustancialmente la longitud entera de las mismas. De preferencia, más de dos longitudes del tubo externo y el tubo externo están conectadas, respectivamente, de manera conjunta. En una modalidad preferida, los medios selladores se separan al incrementar la presión del fluido dentro de las longitudes del tubo interno o por medios mecánicos. Ventajosamente, para igualar la presión hidrostática contra el exterior de los medios de sellado en un sondeo, la columna de la tubería interna se llena con un líquido y los medios selladores se desactivan subsecuentemente, por ejemplo se bombean al aire libre. Ventajosamente, los tubos internos y extemos se unen mecánicamente de manera conjunta en el extremo superior de la columna o en los límites extremos de la columna de la tubería, esto es, en los extremos superiores e inferiores de la columna aislada solamente.

Ventajosamente, la conexión entre los respectivos extremos extemos y entre los respectivos tubos internos es una conexión a prueba de fugas, de preferencia provista por una conexión roscada a tornillo o mediante soldadura. Ventajosamente, en el extremo inferior de la columna de la tubería, una subestructura inferior se une sobre la columna de la tubería externa y un órgano agudo se une sobre la columna de la tubería interna para formar un sello con la columna de la tubería externa. Ventajosamente, se provee un sello para el espacio en la parte supepor de la columna de la tubería para proveer un vacío en el espacio. En una modalidad preferida, en donde la columna de la tubería de aislamiento de doble pared se localiza en una columna de la tubería de producción, el área de la sección transversal entre la columna de la tubería de aislamiento de pared doble y la columna de la tubería de producción es mayor que el área de sección transversal del interior del tubo interno. Ventajosamente, se incluyen medios que compensan la temperatura de la longitud axial, ya sea en la columna de la tubería interna y/o extema. Una ventaja de esta invención es que la temperatura en el espacio en el extremo inferior de la columna de la tubería es aproximadamente igual a la temperatura en el extremo inferior de la columna de la tubería interna cuando está en uso. La presente invención provee una columna de tubería aislada que tiene mínima pérdida de calor y ia cual utiliza juntas de tubería del campo petrolero normal con conexiones de sello positivo sin introducir una tercera capa aislante, en general tubular de material sólido en el espacio entre los tubos interno y extemo, como se requiere en la patente mundial WO 91/19129. Si un líquido entrara al espacio aislante entre los tubos interno y extemo, es fácil verificar cuando se presenta una fuga para ubicar y reemplazar el elemento que tiene fugas. No es necesaria la soldadura en la columna de la tubería, aunque se puede proveer si se desea. Una vez extraídas del pozo, las juntas de tubería son fáciles de limpiar y de inspeccionar, de tal manera que se pueden reutilizar en el mismo pozo o para cualquier otro propósito que requiera una columna de la tubería compuesta de juntas de tubería del grado de acero utilizado con las conexiones de sellado positivamente. La invención será ahora descrita, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales: La figura 1 muestra una sección transversal axial longitudinal de la tubería de pared doble aislada conocida en la técnica. La figura 2 muestra un detalle de una junta utilizada en la técnica conocida de la figura 1 , La figura 3 muestra una sección transversal axial de una primera modalidad de una columna de la tubería aislada de pared doble de acuerdo con esta invención, La figura 4 muestra una sección transversal axial longitudinal de una segunda modalidad de una columna de la tubería aislada de doble pared de acuerdo con esta invención, La figura 5(a) muestra una sección transversal longitudinal parcial de una columna de la tubería de acuerdo con esta invención, con el tubo interno excéntrico con respecto al tubo externo, La figura 5 ib) muestra una sección transversal a lo largo de las líneas de doble cabeza de flecha B-B de la figura 5(a), La figura 6(a) muestra una vista en sección transversal longitudinal de una porción de una columna de la tubería aislada de pared doble de acuerdo con esta invención, centrada mediante los elementos de centrado de baja conductividad térmica, La figura 6(a) muestra una sección transversal a lo largo de las líneas de doble cabeza de flecha B-B de la figura 6(a), La figura 7(a) muestra una porción de una columna de la tubería aislada de pared doble de acuerdo con esta invención, en la cual la columna de la tubería interna se provee con elementos de expansión térmica, La figura 7(b) muestra una sección transversal a lo largo de las líneas de doble cabeza de flecha B-B de la figura 7(a), La figura 8 muestra una columna de la tubería aislada de pared doble de acuerdo con esta invención, situada en un pozo geotérmico con producción de calor de circuito cerrado, La figura 9 muestra una columna de la tubería aislada de pared doble de acuerdo con esta invención, en un pozo de petróleo o térmico que produce agua, La figura 10 muestra una cabeza del pozo para soportar las columnas de la tubería internas y externas y para sellar ambas columnas entre sí y también muestra la provisión para unir una bomba de vacío para mejorar el aislamiento térmico, y La figura 11 muestra un sello inferior entre las columnas de la tubería interna y extema. En las figuras los números de referencia semejantes denotan partes semejantes. La figura 3 muestra una sección transversal longitudinal de una columna de la tubería aislada de pared doble, en la cual se provee una columna de la tubería interna 21, formada de varias longitudes del tubo (tubería) interna, unidas entre sí en la dirección axial y una columna de la tubería extema 22 formada de varias longitudes individuales de tubo (tubería) extemo, las cuales se unen axialmente de manera conjunta, la columna de la tubería interna 21, de preferencia, se sitúa concéntricamente al interior de la columna de la tubería extema 22. La tubos individuales de la columna de tubos interna se conectan conjuntamente mediante las conexiones roscadas 23 y los tubos individuales de la columna de tubos externa se conectan conjuntamente mediante conexiones roscadas 24 y ambas de estas conexiones roscadas 23, 24 son, normalmente, conexiones tipo seleccionadas las cuales son a prueba de fugas de gas y líquido. En el extremo superior de la columna de la tubería aislada de doble pared, las columnas de tuberías internas y externas se aseguran contra el movimiento axial relativo una con respecto a la otra mediante un elemento 25 que fija el extremo superior de las dos columnas de tubos conjuntamente. También, en el extremo superior de las columnas de la tubería se encuentra un sello periférico 26 el cual sella las columnas de la tubería interna y extema conjuntamente en el límite superior extremo de las columnas de la tubería. El elemento 25 que impide el movimiento axial y el sello 26 se pueden combinar en un solo elemento de construcción. En el extremo inferior de las columnas de la tubería, las columnas de tubos internas y extemas también se sellan conjuntamente mediante un sello periférico 27 para cerrar y sellar herméticamente un espacio 30 entre las columnas de la tubería interna y extema. El espacio 30, el cual es típicamente un espacio anular, puesto que las columnas de la tubería son usualmente circulares en sección transversal, se pueden llenar con cualquier gas o líquido aislante deseado, vía una válvula 29 en el extremo superior de la columna de la tubería extema 22. Alternativamente, el espacio anular se puede evacuar sustancialmente. Un tapón sellador temporal 31 se sitúa en el extremo inferior de la cadena de la tubería extema para cerrar ei extremo inferior de la columna de la tubería extema 22 y se sella al tubo externo inferior mediante un sello periférico 28. El uso del tapón sellador temporal 31 será descrito posteriormente en la presente. Una modalidad adicional de la invención, mostrada en la figura 4, la cual es similar a la modalidad de la figura 3, excepto que, para evitar el movimiento relativo excesivo en los sellos inferiores 27, 28 provocados por las frecuentes fluctuaciones de temperatura o provocados por la fricción entre la columna de la tubería interna y las varillas de bombeo, las columnas de la tubería interna y externa independientes también se fijan axialmente entre si mediante ei elemento de fijación 32 posicionado entre los sellos 27 y 28. Así, en general, en esta invención las columnas de la tubería interna y externa 21, 22 son discretas y están separadas entre sí sin ninguna conexión mecánica entre las mismas sobre sustancialmente todas las longitudes de las mismas, excepto en uno o ambos extremos de las mismas. Debido a que los pozos en que las columnas de la tubería están localizadas raramente son absolutamente verticales o rectos,. de tal manera que el eje longitudinal de la columna de la tubería interna 21 puede no ser concéntrica con ei eje longitudinal de la columna extema 22. Dependiendo de la inclinación total, también como de los cambios en acimut e inclinación, ambas columnas se pueden poner en contacto, como se muestra en las figuras 5(a) y 5(b). La excentricidad está, sin embargo, limitada por la separación mínima provocada por el diámetro extemo más grande de la conexión de acoplamiento roscada 23 de la columna de la tubería interna 21 contra el cuerpo del tubo interno. Este efecto puede conducir a un contacto de línea entre las columnas de la tubería interna y extema en algunos de los acoplamientos, para provocar algunas pérdidas de calor menores. Tales pérdidas de calor, sin embargo, sin significativamente menores que aquellas asociadas con la técnica previa. Las figuras 6(a) y 6(b) muestran como estas pérdidas de calor menores puede ser evitadas al utilizar un dispositivo de centrado 34 fabricado de un material que tiene baja conductividad térmica. Tales dispositivos de centrado se sitúan en un mínimo de puntos predeterminados a lo largo dei eje longitudinal y se unen al exterior de la columna de la tubería interna para evitar cualquier contacto metálico y para minimizar el contacto entre las columnas de la tubería tubulares interna y extema, con la excepción de los límites extremos de la columna de la tubería doble aislada térmicamente. Si ambas columnas de la tubería se fijan realmente entre sí en sus extremos opuestos, como se muestra en la figura 4, las fluctuaciones de temperatura pueden conducir a esfuerzos axiales indeseablemente altos en una u otra de las columnas de la tubería. Las figuras 7(a) y 7(b) muestran una modalidad de la invención en la cual un compensador 35 de la longitud axial se sitúa en un tubo de la columna de la tubería interna 21, aunque se entenderá que el compensador también se puede usar en un tubo de la columna de la tubería externa 22. o en ambas columnas de la tubería. Con referencia ahora a ia figura 8, una columna de la tubería 46 aislada de pared doble se instala al interior de una columna de la tubería 47 de producción de un pozo de sondeo cementado. Comúnmente, el pozo de sondeo se provee con una primera columna de la tubería 48, una segunda columna de la tubería 49 radialmente interna y todavía otra tercera columna de la tubería 50 radialmente interna. Ambas columnas de la tubería interna y extema de la columna de la tubería doble aislada térmicamente son sostenidas mediante el obstaculizador del movimiento axial 25 formado en la cabeza 58 del pozo y así, las columnas de la tubería interna y extema 21 , 22 se fijan contra el movimiento axial relativo. En proximidad estrecha al obstacuiizador del movimiento axial 25 se encuentra el sello 26 que cierra el espacio anular entre ambas columnas de la tubería. En el extremo inferior de la columna de la tubería aisladas térmicamente 36 se encuentran los sellos 27, 28 (no mostrados en la figura 8) y el elemento de fijación 32 (no mostrados separadamente en la figura 8) los cuales se pueden proveer. En esta modalidad de la invención, una bomba de vacío se puede conectar al espacio anular cerrado vía la válvula 29 entre las dos columnas de la tubería, para crear un vacío que actúa como el medio de aislamiento al interior de la columna de la tubería de doble pared aislada térmicamente 46. Cuando se extrae energía geotérmica de las formaciones que rodean el pozo, un medio de fluido frío, tal como un líquido, de preferencia agua, se bombea vía la válvula 51 al espacio entre la columna de la tubería de producción 47 y la columna de la tubería aislada de pared doble 46. La temperatura de las formaciones rocosas se incrementa con la profundidad, de tal manera que el medio circulante se vuelve más caliente a medida que se aproxima al extremo inferior de la columna de la tubería 46. Luego el fluido circulante fluye de regreso a la superficie a través de los tubos de la columna de la tubería interna 21 y es retirado vía la válvula 52. De preferencia el área de sección transversal de la columna de la tubería interna de la columna de la tubería aislada de doble pared 46 es mucho más pequeña que el área de flujo entre la columna de la tubería aislada de doble pared y la columna de la tubería de producción 47, de tal manera que el período durante el cual el líquido circulante podría perder energía térmica en tanto que fluye de regreso a la superficie es menor que ei tiempo disponible para calentar el medio cuando se mueve hacia abajo a través de la columna de la tubería de producción 47. La figura 9 muestra otra modalidad de la presente invención que utiliza la columna de la tubería aislada de doble pared para un pozo que produce petróleo. En distinción de la modalidad de la figura 8, ningún fluido circulante frí'? se bombea al espacio entre la columna de la tubería aislada 46 y la columna de la tubería de producción 47, de tal manera que la diferencia de temperatura entre el líquido que fluye hacia arriba a través de la columna de la tubería aislada 46 y el ambiente circundante es menos severa. La velocidad de flujo de los pozos que producen petróleo es, sin embargo, con frecuencia extremadamente pequeña, de tal manera que las pérdidas de temperatura totales son todavía considerables si la columna de la tubería no está aislada. El petróleo, especialmente con un alto contenido de betún o parafina es extremadamente sensible a la temperatura. Una vez que la temperatura del petróleo o la pared interna de una columna de la tubería disminuye a una temperatura menor de un mínimo específico para el tipo particular de petróleo, el betún o la parafina se solidifican parcialmente para bloquear la trayectoria de flujo al interior de la columna de la tubería o inevitablemente provocar el rompimiento de las varillas de bombeo. El objetivo de la columna de la tubería doble aislada térmicamente de esta invención es, por consiguiente, mantener la temperatura del petróleo completamente a la superficie del pozo por encima de la temperatura crítica para la solidificación. En la modalidad de la figura 9 la columna 47 de la tubería de producción se muestra en su paso a través de una formación que contiene petróleo o acuífero 60.

La figura 10 muestra una vista ampliada de la cabeza del pozo utilizada en las modalidades de las figuras 8 y 9. Una modalidad de un medio de sellado inferior para el espacio anular entre las columnas de la tubería interna y externa y para tapar la columna de la tubería externa se muestra en la figura 11. Un órgano agudo pulido 70 se une de manera roscada al extremo inferior de la columna de la tubería interna 21 para sellar contra los elementos de sello 28(a) y 27(b) del sello 27, al que se hace referencia en las figuras 3 y 4. Una subestructura inferior 71 se une ai extremo inferior de la columna de la tubería extema 22 y los sellos 27(a), 27(b) para formar un sello hermético ai gas y al líquido entre la subestructura inferior 71 y el órgano agudo 70. La subestructura inferior 71 se forma en dos partes 71 (a), con la cual los sellos 27 (a), 27(b) cooperan y una parte inferior 71 (b) con la cual los sellos 28(a), 28(b) del sello 28, mostrado en las figuras 3 y 4 cooperan. El tapón 32 se sitúa en la parte inferior 71 (b) de la subestructura inferior. El tapón 21 se inserta y sella contra la parte de la subestructura inferior 71 (b) para impedir la entrada del líquido a la columna de la tubería doble 46 en tanto que la columna de la tubería doble se encuentra en operación en el pozo. Como se menciona anteriormente, se encuentra deseable para una aplicación particular, que ambas columnas de la tubería interna y externa sea fijas axialmente entre sí cerca del sello 28. Un dispositivo conocido en la industria del petróleo como un "sujetador a presión" es una manera de efectuar tal fijación axial. Ahora se describirá el método para instalar una columna de la tubería aislada de pared doble.

Comenzando con la subestructura inferior 71 que tiene de preferencia sellos permanentes 27(a), 27(b), 28(a), 28(b) y el tapón temporal 31 instalados, la columna de la tubería externa 22 se pone en operación en el pozo. El tapón temporal 31 impide que los líquidos contenidos en el pozo entren al interior de la columna de la tubería. La subestructura inferior se une mediante una conexión a prueba de fugas a un primer tubo extemo de la columna de la tubería extema y otros tantos tubos se conectan como sea necesario hasta que la subestructura del fondo alcanza su posición final, después de lo cual la columna de la tubería extema se suspende en deslizamientos en la cabeza 58 del pozo (mostrado en ias figuras 8 y 9). Comenzando con ei órgano agudo 20, la columna de la tubería interna se encuentra ahora en operación a la columna de la tubería extema vacía hasta que el órgano agudo 20 alcanza la subestructura inferior 71 y sella contra la misma en virtud de los sellos 27(a), 27(b). Para igualar la presión hidrostática contra ei fondo del tapón temporal provocada por el líquido en el sondeo, la columna de la tubería interna 21 se llena con líquido y el tapón temporal se desactiva después de esto, por ejemplo al ser bombeado al aire libre. Antes o después del llenado de la columna de la tubería interna con líquido y de desactivar el tapón temporal 31, la columna de la tubería interna se suspende de la cabeza del pozo y se sella contra la columna de la tubería extema en la parte superior del pozo. Para inspeccionar si el espacio (espacio anular) entre las columnas de la tubería se sella herméticamente, el espacio puede no ser evacuado iniciaimente, sino que se cierra en tanto que un manómetro controla el desarrollo de ia presión en el espacio entre las columnas de la tubería interna y externa. Si la presión continua elevándose después de un pequeño incremento inicial provocado por el incremento de la temperatura inicial del aire entre las columnas de la tubería, esta es una indicación de una o más conexiones con fugas, uno o más agujeros en los tubos y/o un sello para fugas en el fondo de la columna de la tubería. En tal caso, el aislamiento tiene que ser rectificado inmediatamente. Tan pronto como el sistema se sella, una bomba de vacío se une a la válvula 29 entre ambas columnas de la tubería y el espacio se evacúa. Enseguida de este procedimiento el pozo puede ser usado para producir agua o petróleo o para producir energía térmica como un sistema geotérmico de circuito cerrado. En algunas circunstancias, puede ser deseable pretensar la columna de la tubería aislada de pared doble al jalar la columna de la tubería interna contra la columna de la tubería extema, para estirar mediante esto la columna de la tubería interna y comprimir la columna de la tubería extema. Tal pretensionamiento puede ser requerido en varias condiciones térmicas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes

Claims (19)

1. Reivindicaciones 1. Una columna de tubería, con aislamiento, de pared doble, adaptada para ser suspendida desde medios de soporte, la columna de la tubería comprende tubos internos y externos con un espacio aislante térmicamente entre los tubos internos y extemos, caracterizada en que la columna de la tubería comprende varias longitudes de tubos extemos mecánicamente unidos entre sí para formar una columna de la tubería extema y varias longitudes de tubos internos unidos mecánicamente de manera conjunta para formar una columna de la tubería interna, las columnas de la tubería interna y externa son discretas y están separadas entre sí sobre sustancialmente todas las longitudes de las mismas.
2. 2. Una columna de tubería de pared doble de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque se provee un medio sellador separable en el extremo inferior de la columna de la tubería extema para impedir que el líquido entre a la columna de la tubería interna.
3. 3. Una columna de tubería de doble pared de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el espacio aislante se llena con un medio de gas o líquido o el espacio se evacúa sustancialmente.
4. 4. Una columna de tubería de doble pared de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las columnas de la tubería interna y extema se unen mecánicamente de manera conjunta en el extremo superior de la columna de la tubería o en ambos extremos de la columna de la tubería, esto es solamente los extremos superior e inferior de la columna de la tubería aislada.
5. 5. Una columna de tubería de pared doble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los tubos internos y extemos se adaptan para soportar una presión que excede la presión hidrostática del fluido en o al exterior de la columna de la tubería aislada.
6. 6. Una columna de tubería de pared doble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la columna de la tubería interna se pretensa y la columna de la tubería extema se precomprime para no exceder los niveles de esfuerzo permisibles predeterminados en las columnas de la tubería interna y extema provocados por las variaciones de temperatura internas y externas.
7. 7. Una columna de tubería de pared doble de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque la columna de la tubería interna y/o la columna de la tubería extema se proveen con medios que compensan la temperatura de la longitud axial.
8. 8. Una columna de tubería de pared doble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque se provee un medio de separación aislante en el espacio de aislamiento para mantener la concentpcidad entre las columnas de la tubería interna y externa para evitar que la columna de la tubería interna se ponga en contacto con la columna de la tubería extema.
9. 9. Un método para instalar una columna de ia tubería aislada de pared doble, caracterizado porque incluye las etapas de: proveer una primera longitud del tubo extemo con medios de sellado en un extremo inferior, en uso, del mismo para impedir que el líquido entre al tubo externo, unir mecánicamente una segunda longitud del tubo externo al extremo de la primera longitud extema, lejana de los medios de sellado, para formar una columna de la tubería extema, suspender la columna de la tubería extema desde los medios de soporte, ubicar las primeras y segundas longitudes unidas del tubo interno que forman una columna de la tubería interna al interior de la columna de la tubería extema, suspender ia columna de la tubería interna de los medios de soporte, las primeras y segundas longitudes del tubo interno se unen mecánicamente de manera conjunta y la columna de la tubería interna está espaciada de la columna de la tubería extema para proveer un espacio de aislamiento térmico entre las columnas de la tubería interna y externa, las columnas de la tubería interna y extema son discretas y están separadas entre sí sobre sustancialmente todas las longitudes de las mismas.
10. 10. Un método de confo.tnidad con la reivindicación 9, caracterizado porque más de dos longitudes del tubo externo y el tubo interno se unen, respectivamente, de manera conjunta.
11. 11. Un método de conformidad con la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque los medios de sellado se retiran al incrementar la presión del fluido dentro de las longitudes del tubo interno o por medios mecánicos.
12. 12. Un método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque para igualar la presión hidrostática contra el exterior de los medios de sellado en un sondeo, la columna de la tubería interna se llena con un líquido y los medios de sellado se desactivan subsecuentemente.
13. 13. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque los tubos internos y extemos se unen mecánicamente entre sí en el extremo superior de la columna de la tubería o en los extremos de la columna de la tubería.
14. 14. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque la conexión entre los respectivos tubos externos y entre los respectivos tubos internos es una conexión a prueba de fugas.
15. 15. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque en el extremo inferior de la columna de la tubería, una subestructura inferior se une sobre la columna de la tubería extema y un órgano agudo se une sobre la columna de la tubería interna para formar un sello con la columna de la tubería externa.
16. 16. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque se provee un sello para el espacio en la parte superior de la columna de la tubería para proveer un vacío en el espacio.
17. 17. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, caracterizado porque la columna de la tubería aislante de pared doble se ubica en una columna de la tubería de producción, ei área de sección transversal entre la columna de la tubería aislada de pared doble y la columna de la tubería de producción es mayor que el área de sección transversal del interior del tubo.
18. 18. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 17, caracterizado porque la temperatura en el espacio en el extremo inferior de la columna de la tubería es aproximadamente igual a la temperatura en el extremo inferior de la columna de la tubería interna cuando está en uso.
19. 19. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 18, caracterizado porque los medios que compensan la temperatura de la longitud axial se incluyen ya sea en las columnas de la tubería internas y/o externas.