WO2023037142A1

WO2023037142A1 - Jet pump for use in oil wells, having a long discharge body

Info

Publication number: WO2023037142A1
Application number: PCT/IB2021/058232
Authority: WO
Inventors: Byron Raúl LÓPEZ ROBAYO
Original assignee: Lopez Robayo Byron Raul
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2023-03-16

Abstract

The present invention relates to a specially designed jet pump for lifting fluids from an oil well to the surface, in which the discharge section of the jet pump is considerably increased and the piping in the fluid circulation system is redesigned, in response to mathematical modelling and simulation studies of fluids and of the turbulence caused by driving fluids and well fluids, increasing well production efficiency by removing or reducing the causes of pressure drops inside the pump, thereby reducing the frequency of maintenance work and production downtime.

Description

1. BOMBA JET PARA USO EN POZOS PETROLEROS CON CUERPO DE 1. JET PUMP FOR USE IN OIL WELLS WITH BODY OF

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2. CAMPO DE LA INVENCIÓN: 2. FIELD OF THE INVENTION:

La presente invención se relaciona con una bomba jet para uso en extracción de petróleos y otros fluidos desde un pozo de petróleo hasta la superficie, rediseñada de manera especial para incrementar el flujo de producción a ser extraído mediante el impulso de fluido motriz. Este rediseño, realizado a partir de modelamiento matemático y dinámica de fluidos, probado en campo para confirmación del incremento de su eficiencia, involucra principalmente la incorporación de un ensamble de un cuerpo de descarga largo y de otros elementos relacionados de la bomba jet, reduciendo caídas de presión dentro del cuerpo de la bomba. The present invention relates to a jet pump for use in the extraction of oil and other fluids from an oil well to the surface, redesigned in a special way to increase the production flow to be extracted by driving fluid drive. This redesign, carried out based on mathematical modeling and fluid dynamics, tested in the field to confirm the increase in its efficiency, mainly involves the incorporation of a long discharge body assembly and other related elements of the jet pump, reducing drops pressure inside the pump body.

3. ANTECEDENTES DEL ESTADO DEL ARTE: 3. BACKGROUND OF THE STATE OF THE ART:

El uso de bombas jet se encuentra descrito en la literatura técnica como una respuesta ventajosa en el levantamiento de petróleos en determinado grupo de pozos. Se ha descrito también las limitaciones de las bombas jet en los campos de producción, pues debido a la calidad de los pozos, la eficiencia productiva de las mismas sigue siendo un limitante en su aplicación, tanto por el caudal de la bomba jet cuanto por las paradas requeridas para su mantenimiento y limpieza, relacionadas especialmente a la contaminación por sólidos en el fluido motriz y en el fluido de producción, todo lo cual incide en elevados costos de extracción y producción. The use of jet pumps is described in the technical literature as an advantageous response in lifting oil in a certain group of wells. The limitations of jet pumps in production fields have also been described, since due to the quality of the wells, their productive efficiency continues to be a limiting factor in their application, both due to the flow rate of the jet pump and due to the stops required for its maintenance and cleaning, especially related to contamination by solids in the motive fluid and in the production fluid, all of which affects high extraction and production costs.

Para solucionar este problema y mejorar la eficiencia de la bomba jet, se han realizado esfuerzos para mejorar los tiempos de parada para mantenimiento de las bombas jet, así como la eficiencia de producción de la bomba jet en sí misma, lo que ha llevado a realizar investigaciones acerca de estos problemas, como se demuestra en las patentes que citamos a continuación como estado del arte en el campo de la invención. La patente US 6685439 Bl, de 3 de febrero de 2004, Bomba Hidráulica Jet, se refiere a un diseño único de una bomba jet, describiendo principalmente el recorrido del flujo motriz atravesando la tobera y el recorrido del flujo mezcla a través de una cámara de mezcla y de un miembro deflector hasta su descarga hacia los medios de conducción en superficie; dicha bomba presenta un diseño muy diferente al del presente invento y su "miembro deflector" es el elemento equivalente a los segmentos de descarga existentes en todas las bombas tipo jet, presentando, además, un diseño muy diferente al del "cuerpo de descarga largo" del presente invento. La patente US10309425B1, de 4 de junio de 2019, también se refiere al diseño específico de una bomba jet, y a pesar de que la presenta como una bomba jet de alta capacidad de flujo, no declara el valor del flujo para justificar dicha característica, ni descubre las principales características relacionadas con dicha alta capacidad. In order to solve this problem and improve the efficiency of the jet pump, efforts have been made to improve the maintenance downtime of the jet pumps, as well as the production efficiency of the jet pump itself, which has led to research on these problems, as demonstrated in the patents that we cite below as the state of the art in the field of invention. Patent US 6685439 Bl, dated February 3, 2004, Hydraulic Jet Pump, refers to a unique design of a jet pump, mainly describing the drive flow path through the nozzle and the mix flow path through a chamber. mixing and a deflector member until its discharge towards the conduction means on the surface; Said pump has a design very different from that of the present invention and its "deflector member" is the element equivalent to the discharge segments existing in all jet-type pumps, also presenting a design very different from that of the "long discharge body". of the present invention. Patent US10309425B1, of June 4, 2019, also refers to the specific design of a jet pump, and despite the fact that it presents it as a high flow capacity jet pump, it does not declare the flow value to justify said characteristic, nor Discover the main characteristics related to this high capacity.

También se conocen patentes dirigidas a mejorar las características de los fluidos motriz y de pozo, con el fin de aplazar las paradas de mantenimiento, como consta en la patente US20150064034 Al, de 5 de marzo de 2015, que se refiere al diseño de un filtro de admisión para un sistema modular para aplicaciones de succión diferentes a los pozos petroleros. La aplicación se refiere a la retención de impurezas mucho más pequeñas que aquellas relacionadas con pozos de petróleo, por lo que requiere de componentes porosos y no de 2 láminas metálicas perforadas, una interior y otra exterior, como ocurre con el filtro que se aplica en el presente invento, cuyas perforaciones son de diámetros mucho mayores, con el objetivo de retener impurezas de tamaños mayores, como las que se indican en la Memoria Técnica para el filtro de succión ubicado en el lado inferior de la bomba jet, aguas abajo a continuación del cuerpo de descarga largo. There are also patents aimed at improving the characteristics of motor and well fluids, in order to postpone maintenance shutdowns, as stated in patent US20150064034 Al, of March 5, 2015, which refers to the design of a filter admission for a modular system for suction applications other than oil wells. The application refers to the retention of much smaller impurities than those related to oil wells, therefore it requires porous components and not 2 perforated metal sheets, one inside and one outside, as occurs with the filter that is applied in the present invention, whose perforations are of much larger diameters, with the aim of retaining impurities of larger sizes, such as those indicated in the Technical Specification for the suction filter located on the lower side of the jet pump, downstream below of the long discharge body.

Pese a los esfuerzos descritos, persisten problemas de baja eficiencia en bombas jet y alto costo de mantenimiento. Considerando además que existen pozos de producción de petróleo cuyas características requieren preferentemente utilizar bombas jet, por encima de bombas eléctricas o de émbolo, la presente invención, a diferencia de lo existente en el estado de la técnica, se orienta a un rediseño integral basado en la incorporación de un tubo de descarga largo especialmente diseñado, diferente a lo conocido en el estado de la técnica, así como a la incorporación, en la sección superior a la boquilla, de un filtro de doble etapa con el objetivo de eliminar sólidos y evitar daños en la boquilla, y, en la sección inferior al cuerpo de descarga largo, de un filtro de doble malla que reduce los contaminantes sólidos presentes en el fluido a ser extraído del yacimiento, facilitando la obtención de fluido de producción de mejor calidad, y, por tanto, mejorando la eficiencia de la bomba jet. Se ha rediseñado también las partes interiores de la bomba, permitiendo reducir caídas de presión ocasionadas por turbulencias internas, en comparación con la bomba jet descrita en la patente US 9,297.239 B2 de 29 de marzo de 2016, del mismo inventor, mencionada como referencia, pero no de modo limitativo. Despite the efforts described, there are still problems of low efficiency in jet pumps and high maintenance costs. Also considering that there are oil production wells whose characteristics require the use of jet pumps rather than electric or plunger pumps, the present invention, unlike what exists in the state of the art, is oriented towards a comprehensive redesign based on the incorporation of a specially designed long discharge tube, different from what is known in the state of the art, as well as the incorporation, in the upper section of the nozzle, of a double stage filter with the aim of eliminating solids and avoiding damage to the nozzle, and, in the lower section of the long discharge body, of a double mesh filter that reduces the solid contaminants present in the fluid to be extracted from the reservoir, facilitating the obtaining of better quality production fluid, and , therefore, improving the efficiency of the jet pump. The internal parts of the pump have also been redesigned, allowing to reduce pressure drops caused by internal turbulence, compared to the jet pump described in US patent 9,297,239 B2 of March 29, 2016, by the same inventor, mentioned as a reference, but not in a limiting way.

El nuevo diseño de la bomba jet responde a mejorar los flujos motriz y de producción, que, como hemos indicado, siguen involucrando un problema en el campo de aplicación de bombas jet para el levantamiento de petróleo, para lo cual se realizaron varios estudios de campo y de modelos matemáticos basados en dinámica de fluidos, orientados a mejorar la eficiencia de la bomba jet, incrementando el caudal de producción a ser extraído. Para ello se amplía y se modifica la sección de descarga de la bomba; aumentando el caudal de ingreso del fluido motriz y del flujo de extracción del pozo, reorientando de mejor manera estos flujos y especialmente el flujo de mezcla de los fluidos motriz y de extracción hacia el espacio anular, y otros mejoramientos en el espacio interior de la bomba, por ejemplo, el espacio en la garganta, del difusor y de la extensión del tubo de descarga. Se introducen también modificaciones en el ensamble de la boquilla y en el espacio entre la boquilla y garganta de la bomba jet, al eliminarse el asiento de la boquilla aplicado en el estado de la técnica. Con las modificaciones y mejoras indicadas, se consigue mejorar el caudal del fluido de producción, con mayor rendimiento de la bomba jet. En cuanto a la mejora en uso y costos de mantenimiento, se logra incrementar los lapsos de mantenimiento de las bombas gracias al uso de los filtros en la parte superior de la bomba jet y en el ingreso inferior de la misma, además de aumentar los caudales de ingreso de los flujos motriz y del fluido del pozo. El nuevo diseño conjunto contribuye a mejorar la eficiencia de la bomba. The new design of the jet pump responds to improving the motor and production flows, which, as we have indicated, continue to involve a problem in the field of application of jet pumps for oil lifting, for which several field studies were carried out. and mathematical models based on fluid dynamics, aimed at improving the efficiency of the jet pump, increasing the production flow to be extracted. For this, the discharge section of the pump is enlarged and modified; increasing the inflow rate of the motive fluid and extraction flow from the well, better redirecting these flows and especially the mixed flow of motive and extraction fluids towards the annulus, and other improvements in the interior space of the pump eg throat, diffuser and spout extension clearance. Modifications are also introduced in the assembly of the nozzle and in the space between the nozzle and throat of the jet pump, by eliminating the nozzle seat applied in the state of the art. With the modifications and improvements indicated, it is possible to improve the flow of production fluid, with greater performance of the jet pump. Regarding the improvement in use and maintenance costs, it is possible to increase the maintenance periods of the pumps thanks to the use of filters in the upper part of the jet pump and in the lower entrance of the same, in addition to increasing the flow rates. entry of motive flows and fluid from the well. The new joint design contributes to improving the efficiency of the pump.

Así, la presente invención presenta una bomba jet más eficiente para levantamiento de petróleo respecto a aquellas del estado de la técnica, y de menor costo de mantenimiento, solucionando problemas específicos que siguen siendo significativos en la industria, pues pese a las deficiencias descritas, que presentan en el estado de la técnica, las bombas jet son necesarias en varios escenarios, frente a otras como las bombas eléctricas, de costos más altos, más contaminantes y de mayor dificultad para su instalación, operación y mantenimiento. Thus, the present invention presents a more efficient jet pump for lifting oil compared to those of the state of the art, and lower maintenance cost, solving specific problems that continue to be significant in the industry, because despite the deficiencies described, which they present in the state of the art, jet pumps are necessary in various scenarios, compared to others such as electric pumps, which are more expensive, more polluting and more difficult for its installation, operation and maintenance.

4. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS: 4. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES:

La Fig. 1 representa una completación de pozo para extracción de petróleo, que incorpora una camisa deslizante de circulación en el fondo de la tubería de producción (tubing). Fig. 1 represents a well completion for oil extraction, which incorporates a sliding circulation sleeve at the bottom of the production tubing.

La Fig. 2 representa una completación de pozo de extracción de petróleo, para un sistema con tubería flexible (coil tubing), en donde no se requiere de una camisa de circulación deslizante.Fig. 2 represents a completion of an oil extraction well, for a coil tubing system, where a sliding circulation jacket is not required.

La Fig. 3 representa una vista en corte longitudinal de la bomba jet, con identificación de sus componentes principales, según el presente invento. Fig. 3 represents a longitudinal sectional view of the jet pump, with identification of its main components, according to the present invention.

La Fig. 4 representa una vista en corte longitudinal de la bomba jet con vistas de detalle de sus conjuntos componentes más relevantes, según el presente invento. Fig. 4 represents a longitudinal sectional view of the jet pump with detailed views of its most relevant component assemblies, according to the present invention.

La Fig. 5a representa una vista en corte longitudinal que muestra el recorrido del fluido de succión por el interior de la bomba jet en normal funcionamiento, según un propósito del presente invento. Fig. 5a represents a longitudinal sectional view showing the path of the suction fluid inside the jet pump in normal operation, according to one purpose of the present invention.

La Fig. 5b representa una vista en corte longitudinal del recorrido de los fluidos motriz y de descarga dentro de la bomba jet en normal funcionamiento, según un propósito del presente invento. Fig. 5b represents a longitudinal sectional view of the path of the motive and discharge fluids inside the jet pump in normal operation, according to one purpose of the present invention.

La Fig. 6a representa una vista en corte de un cuerpo de descarga de una bomba jet según el estado de la técnica, con la indicación del recorrido del flujo de descarga. Fig. 6a represents a sectional view of a discharge body of a jet pump according to the state of the art, with the indication of the discharge flow path.

La Fig. 6b representa una vista en corte del cuerpo de descarga largo según diseño de la presente invención, con la respectiva indicación del flujo de descarga. Fig. 6b represents a sectional view of the long discharge body according to the design of the present invention, with the respective indication of the discharge flow.

La Fig. 7a representa una vista en corte y una vista superior del cuerpo de descarga según el estado de la técnica, indicando el recorrido del flujo de succión. Fig. 7a represents a sectional view and a top view of the discharge body according to the state of the art, indicating the path of the suction flow.

En la Fig. 7b se representa una vista en corte y una vista superior del cuerpo de descarga largo según la presente invención, indicando el recorrido del flujo de succión. In Fig. 7b a sectional view and a top view of the long discharge body according to the present invention are shown, indicating the path of the suction flow.

En la Fig. 8a se representa una vista exterior frontal con una vista superior y una vista en sección del cuerpo de descarga, utilizado en bombas jet del estado de la técnica. In Fig. 8a a front exterior view is represented with a top view and a sectional view of the discharge body, used in jet pumps of the state of the art.

En la Fig. 8b se representa una vista exterior frontal con una vista superior y una vista en sección del cuerpo de descarga de la bomba jet de la presente invención. 5. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN: In Fig. 8b a front exterior view with a top view and a sectional view of the discharge body of the jet pump of the present invention is represented. 5. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION:

Los requerimientos para el desempeño de bombas en fondo de pozo son muy específicos, siendo los principales problemas que afectan la eficiencia y mantenimiento de las bombas jet, los siguientes: The requirements for the performance of downhole pumps are very specific, with the following being the main problems that affect the efficiency and maintenance of jet pumps:

1. El incremento del corte de agua en los yacimientos, que influye en la calidad de los fluidos a ser extraídos de los pozos; 1. The increase in the water cut in the reservoirs, which influences the quality of the fluids to be extracted from the wells;

2. La declinación de las presiones de yacimiento, lo que conlleva a un requerimiento de mayor potencia en superficie, para mejorar la presión de extracción del fluido del pozo, con importantes incrementos de costos y mayor contaminación ambiental; 2. The decline in reservoir pressures, which leads to a requirement for greater power on the surface, to improve the extraction pressure of the fluid from the well, with significant cost increases and greater environmental contamination;

3. Un mayor contenido de sólidos en suspensión, que al depositarse en las bombas generan turbulencias internas y taponamientos más frecuentes, obligando a proporcionar mantenimiento con mayor frecuencia. 3. A higher content of solids in suspension, which, when deposited in the pumps, generates internal turbulence and more frequent clogging, making it necessary to provide more frequent maintenance.

La presente invención se refiere a una bomba jet modificada en su diseño, que involucra, por un lado, una ampliación considerable en la sección de descarga de la bomba jet y, de otro, el rediseño de una conducción del sistema de circulación de fluidos, respondiendo a estudios de simulación y modelamiento matemático de los mismos, de las turbulencias ocasionadas por los fluidos motriz y de pozo, a fin de minimizar pérdidas de presión al interior de la bomba, incrementando la eficiencia productiva en pozos de las condiciones mencionadas, al disminuir o eliminar causantes de caídas de presión dentro de la bomba. De las gráficas señaladas en esta descripción y de los elementos geométricos modificados, se desprende que responden a evitar turbulencias dentro del espacio de la bomba, causadas por los flujos motriz y de producción, calculando y desarrollando los diseños sobre la base de modelamientos matemáticos corroborados posteriormente en campo. The present invention refers to a jet pump modified in its design, which involves, on the one hand, a considerable expansion in the discharge section of the jet pump and, on the other, the redesign of a conduction of the fluid circulation system, responding to studies of simulation and mathematical modeling of the same, of the turbulences caused by the motor and well fluids, in order to minimize pressure losses inside the pump, increasing the productive efficiency in wells of the mentioned conditions, by decreasing or eliminate causes of pressure drops inside the pump. From the graphs indicated in this description and from the modified geometric elements, it can be deduced that they respond to avoiding turbulence within the pump space, caused by the motor and production flows, calculating and developing the designs based on later corroborated mathematical modeling. on field.

Otro de los problemas a solucionar con la bomba jet modificada de la presente invención, es el mejoramiento en la calidad de los fluidos que ingresan a la misma, ya sea el fluido motriz o el de producción, para lo cual se incorporan filtros para el ingreso de cada uno de ellos, eliminando los sólidos en suspensión. Además de mejorar el caudal, se proporciona un diseño mejorado que disminuye considerablemente los depósitos en las partes interiores de la bomba jet, reduciendo caídas de presión y turbulencias debidas a esos obstáculos, conllevando además menor frecuencia de mantenimientos, incidiendo en eficiencia y menor costo de mantenimiento. Another of the problems to be solved with the modified jet pump of the present invention is the improvement in the quality of the fluids that enter it, be it the motor fluid or the production fluid, for which filters are incorporated for the inlet. of each one of them, eliminating the solids in suspension. In addition to improving the flow, an improved design is provided that considerably reduces deposits in the interior parts of the jet pump, reducing pressure drops and turbulence due to these obstacles, also leading to less maintenance frequency, affecting efficiency and lower cost of maintenance. maintenance.

Adicionalmente, el rediseño de la bomba jet de esta invención le permite también, por el tamaño y distribución interna de sus elementos, trabajar tanto en fondo de pozo en una implementación con camisa, como en el sistema de tubería flexible en pozos cuya completación no incluye camisa, también conocidos como coil tubing. Additionally, the redesign of the jet pump of this invention also allows it, due to the size and internal distribution of its elements, to work both downhole in a jacketed implementation, as well as in the flexible tubing system in wells whose completion does not include shirt, also known as coil tubing.

Para alcanzar el mejoramiento de las condiciones del flujo motriz en la bomba jet de este invento, se han desarrollado las siguientes modificaciones: En la sección superior de la bomba correspondiente al ingreso del fluido motriz (Fig. 5a, ítem 19), entre el extremo superior y la boquilla, se incorpora un filtro de doble etapa (Fig 3, ítem 13) caracterizado porque tiene dos mallas de filtrado, una a continuación de otra en sentido de aguas abajo, con perforaciones que son: la primera en un rango de 3.5mm a 4,5mm de diámetro: y, la segunda, en un rango de 2,5mm a 3,0mm de diámetro. Inmediatamente, en el mismo sentido hacia abajo (considerado hacia el yacimiento (Figs. 1 y 2, ítem 5)), se tiene la sección que contiene el alojamiento de la boquilla (Fig. 3, ítem22 y Figs. 5a y 5b, ítem 22) y la boquilla (Fig. 3, ítem 14, fig. 4, ítem 14 y figs. 5a y 5b, ítem 14), eliminándose, como se puede observar en las gráficas respectivas, el asiento de la boquilla existente en las bombas jet del estado de la técnica, dejando libre dicho espacio con el objetivo de ampliar el mismo para permitir el ingreso de un mayor caudal del fluido succionado desde el yacimiento (Figs. 1 y 2, ítem 5), como se detalla en las Figs.3, 4 y 5a, ítem 38). In order to achieve the improvement of the motive flow conditions in the jet pump of this invention, the following modifications have been developed: In the upper section of the pump corresponding to the entry of the motor fluid (Fig. 5a, item 19), between the upper end and the nozzle, a double-stage filter (Fig 3, item 13) is incorporated, characterized in that it has two meshes of filtered, one after the other in a downstream direction, with perforations that are: the first in a range of 3.5mm to 4.5mm in diameter: and, the second, in a range of 2.5mm to 3.0mm in diameter. diameter. Immediately, in the same direction downwards (considered towards the reservoir (Figs. 1 and 2, item 5)), there is the section that contains the nozzle housing (Fig. 3, item 22 and Figs. 5a and 5b, item 22) and the nozzle (Fig. 3, item 14, fig. 4, item 14 and figs. 5a and 5b, item 14), eliminating, as can be seen in the respective graphs, the existing nozzle seat in the pumps jet of the state of the art, leaving said space free with the aim of expanding it to allow the entry of a greater flow of fluid sucked from the reservoir (Figs. 1 and 2, item 5), as detailed in Figs. 3, 4 and 5a, item 38).

A continuación, en el detalle de la bomba, se observan las secciones de la garganta (Figs. 3 y 4, ítem 15), desde donde fluye la mezcla de los fluidos motriz y del pozo, hacia el difusor (Fig. 3, ítem 28) y posteriormente hacia la extensión del tubo de descarga (Fig. 3, ítem 31); tales secciones han sido modificadas en la presente invención, incrementándose sus dimensiones con relación al estado de la técnica actual, de conformidad con el resultado de los estudios de fluidos realizados, logrando un flujo laminar sin turbulencias y minimizando las caídas de presión existentes en las bombas del estado de la técnica, y que son responsables de limitar la producción requerida. Se obtiene así, de forma satisfactoria, una bomba de levantamiento de petróleo con mejor rendimiento y eficiencia. Next, in the detail of the pump, the sections of the throat are observed (Figs. 3 and 4, item 15), from where the mixture of motive fluids and the well flows, towards the diffuser (Fig. 3, item 28) and later towards the extension of the discharge tube (Fig. 3, item 31); Such sections have been modified in the present invention, increasing their dimensions in relation to the current state of the art, in accordance with the results of the fluid studies carried out, achieving a laminar flow without turbulence and minimizing the pressure drops existing in the pumps. of the state of the art, and who are responsible for limiting the required production. Thus, in a satisfactory manner, an oil lifting pump with better performance and efficiency is obtained.

A continuación, y siguiendo con la descripción de las innovaciones realizadas en la bomba jet de esta invención, se tiene, en el sentido de aguas abajo, la sección del cuerpo de descarga largo de la bomba (Figs. 3 y 4, ítem 16; Fig. 6 b, Fig 7 b y Fig. 8 b), que se constituye en la principal diferencia con las bombas jet del estado de la técnica ya que este elemento, de mayor longitud que el cuerpo de descarga (Figs. 6a, 7a y 8a) de aquellas, ha sido especialmente diseñado para la bomba innovada, con el propósito de facilitar el flujo en su interior eliminando turbulencias, tras conseguir, con ajustes de estudios de modelamiento de fluidos, un flujo laminar que responde a la longitud específica y a la conducción del fluido a través de los ductos del interior del cilindro especialmente diseñado, en número y en relación radial mediante el cual se alcanza un flujo laminar en el que se disminuye la turbulencia causada en este espacio de descarga, con relación a las bombas del estado de la técnica, desde el momento de comunicarse con la extensión del tubo de descarga (Fig. 3, ítem 31) para recibir los fluidos de mezcla y conducirlos directamente hacia el espacio anular (Fig. 2, ítem 39) cuando se trata de completaciones con tubería flexible (coil tubing) (Fig. 2) o en completaciones que tienen camisa de circulación (Fig. 1, ítem 7) en el fondo del pozo a través de las ventanas de dicha camisa, hacia el espacio anular (Fig. 1, ítem 8). Lo anterior se comprueba experimentalmente aplicando el software Flow Simulation de Solid Works, que muestra la reducción de caídas de presión de manera significativa en este espacio de descarga, incrementando significativamente la producción de la bomba, y eliminando así las restricciones que se observan en las bombas jet conocidas en el estado de la técnica, al tiempo que se amplía su campo de aplicación hacia su utilización en pozos petroleros con completaciones de tuberías que incluyen (Fig. 1) o no (Fig. 2) una camisa de circulación, lo cual incide directamente en la mayor flexibilidad de su aplicación. Next, and continuing with the description of the innovations made in the jet pump of this invention, there is, in the downstream direction, the section of the long discharge body of the pump (Figs. 3 and 4, item 16; Fig. 6 b, Fig 7 b and Fig. 8 b), which constitutes the main difference with the jet pumps of the state of the art since this element, longer than the discharge body (Figs. 6a, 7a and 8a) of those, has been specially designed for the innovated pump, with the purpose of facilitating the flow inside it, eliminating turbulence, after achieving, with adjustments from fluid modeling studies, a laminar flow that responds to the specific length and the conduction of the fluid through the ducts inside the specially designed cylinder, in number and in radial relation, through which a laminar flow is achieved in which the turbulence caused in this discharge space is reduced, in relation to state pumps of the tea cnica, from the moment of communicating with the extension of the discharge tube (Fig. 3, item 31) to receive the mixing fluids and drive them directly into the annular space (Fig. 2, item 39) in the case of completions with flexible tubing (coil tubing) (Fig. 2) or in completions that have a steel jacket. circulation (Fig. 1, item 7) at the bottom of the well through the windows of said casing, towards the annular space (Fig. 1, item 8). The above is verified experimentally by applying the Solid Works Flow Simulation software, which shows the reduction of pressure drops significantly in this discharge space, significantly increasing the production of the pump, and thus eliminating the restrictions that are observed in the pumps. jet known in the state of the art, while its field of application is broadening towards its use in oil wells with completions of pipes that include (Fig. 1) or not (Fig. 2) a circulation jacket, which directly affects the greater flexibility of its application.

El cuerpo de descarga largo (Figs. 3 y 4, ítem 16) ha sido especialmente diseñado en una sola pieza metálica, sin componentes desmontables, la cual es maquinada de manera que por su interior tiene un ducto axial (Figs. 6b y 8b, ítem 40) que no lo atraviesa, con siete ranuras longitudinales de forma ovalada alargada, distribuidas circunferencialmente y de forma equidistante, que por su parte superior se comunica con la extensión del tubo de descarga de la bomba (Fig. 3, ítem 31) para recibir el fluido mezcla y, lateralmente, cada una de estas ranuras se comunica con cada uno de siete ductos radiales de sección ovalada alargada (Figs. 6b, y 8b, ítem 42) distribuidos circunferencialmente que comunican cada una de las siete ranuras del ducto axial para conducir (Figs. 5b, 6b, 7b y 8b) directamente el fluido mezcla hacia el espacio anular (Fig. 2, ítem 39), para completaciones sin camisa de circulación (Fig. 2) o a través de los puertos de la camisa de circulación (Fig. 1, ítem 8), para completaciones con camisa de circulación (Fig. 1). Así mismo, en este cuerpo de descarga largo se han taladrado siete ductos axiales (Figs. 7b, ítem 41) distribuidos circunferencialmente, equidistantes, paralelos entre sí, y paralelos al eje de la bomba, que lo atraviesan con el objetivo de dirigir el flujo de producción succionado (Figs. 5a, 7b y 8b, ítem 18) desde el yacimiento (Figs. 1 y 2, item 5) hacia la boquilla (Fig. 5a, ítem 14), siguiendo las rutas preestablecidas (Fig. 5a), absorbido por el vacío ocasionado por el efecto Venturi al paso del fluido motriz (Fig. 5a, ítem 19) por dicho elemento. The long discharge body (Figs. 3 and 4, item 16) has been specially designed in a single metallic piece, without removable components, which is machined in such a way that it has an axial duct inside (Figs. 6b and 8b, item 40) that does not go through it, with seven elongated oval longitudinal slots, distributed circumferentially and equidistantly, which communicates at the top with the extension of the pump discharge tube (Fig. 3, item 31) for receive the mixed fluid and, laterally, each of these grooves communicates with each of seven radial ducts of elongated oval section (Figs. 6b, and 8b, item 42) circumferentially distributed that communicate each of the seven grooves of the axial duct to conduct (Figs. 5b, 6b, 7b and 8b) directly the mixed fluid towards the annular space (Fig. 2, item 39), for completions without a circulation jacket (Fig. 2) or through the ports of the circulation jacket. circulation (Fig. 1, item 8), to com pletions with circulation jacket (Fig. 1). Likewise, in this long discharge body, seven axial ducts have been drilled (Figs. 7b, item 41) distributed circumferentially, equidistant, parallel to each other, and parallel to the axis of the pump, which cross it with the aim of directing the flow. suctioned production (Figs. 5a, 7b and 8b, item 18) from the reservoir (Figs. 1 and 2, item 5) towards the nozzle (Fig. 5a, item 14), following the pre-established routes (Fig. 5a), absorbed by the vacuum caused by the Venturi effect when the motive fluid passes (Fig. 5a, item 19) through said element.

Los valores que se han modificado en esta sección del cuerpo de descarga largo, respecto del estado de la técnica, y que tienen que ver con el mejoramiento de la producción del fluido y el aumento del caudal, como se aprecia de manera comparativa en las figuras (Figs. 6b, 7b y 8b, vs Figs 6a, 7a y 8a, respectivamente), se encuentran dentro de los siguientes porcentajes:

The values that have been modified in this section of the long discharge body, with respect to the state of the art, and that have to do with the improvement of fluid production and the increase in flow, as can be seen in a comparative way in the figures (Figs. 6b, 7b and 8b, vs Figs 6a, 7a and 8a, respectively), are within the following percentages:

Es decir, que las dimensiones principales del cuerpo de descarga largo (Figs. 3 y 4, ítem 16) de la bomba jet de este invento estarían en los siguientes rangos: altura total en un rango entre 20 cm y 25 cm; su diámetro estaría en un rango entre 6,5 cm y 7,5 cm; y la altura de la ventana de cada uno de los ductos (Figs. 6b y 8b, ítem 42) radiales de descarga de los fluidos en un rango entre 13 cm y 15 cm. In other words, the main dimensions of the long discharge body (Figs. 3 and 4, item 16) of the jet pump of this invention would be in the following ranges: total height in a range between 20 cm and 25 cm; its diameter would be in a range between 6.5 cm and 7.5 cm; and the height of the window of each of the radial ducts (Figs. 6b and 8b, item 42) for fluid discharge in a range between 13 cm and 15 cm.

Este rediseño con nuevas dimensiones ha mejorado considerablemente las condiciones de caudal medidas de conformidad a las presiones, para aumentar el flujo de la mezcla de fluido motriz y de producción, atenuando las turbulencias que son comunes dentro de estas bombas, y reduciendo consecuentemente las pérdidas de presión, como se demuestra a partir de los datos experimentales de pruebas realizadas para 4 casos que se resumen en la Tabla 1 a continuación, mejorando así su eficiencia, especialmente en flujos donde el caudal secundario del pozo llega a 4.000 bpd, en donde, según se puede apreciar, se ha incrementado la eficiencia mecánica en un 30% respecto de una bomba del estado de la técnica más cercana. Estos datos han sido comprobados por mediciones de prueba de laboratorio y confirmadas en experimentos realizados en campo. This redesign with new dimensions has considerably improved the flow conditions measured in accordance with the pressures, to increase the flow of the fluid mixture. motor and production, attenuating the turbulence that is common within these pumps, and consequently reducing the pressure losses, as demonstrated from the experimental data of tests carried out for 4 cases that are summarized in Table 1 below, improving thus its efficiency, especially in flows where the secondary flow of the well reaches 4,000 bpd, where, as can be seen, the mechanical efficiency has increased by 30% compared to a pump of the closest state of the art. These data have been verified by laboratory test measurements and confirmed in field experiments.

Tabla 1. Datos de resultados experimentales.

Table 1. Data of experimental results.

Siguiendo con la descripción de la bomba jet según la presente invención, en su parte inferior (Fig. 3, ítem 36) en sentido vertical con relación al pozo, se ha reducido el diámetro de su sección con relación al de las bombas jet del estado de la técnica, con el objetivo de incrementar el respectivo espacio anular con relación a la tubería de producciónfFig. 1, ítem 2) o a la tubería flexible (coil tubing) (Fig. 2, ítem 9) para permitir un mayor caudal del fluido desde el yacimiento (Figs. 1 y 2, ítem 5) ingresado desde el lado de succión (Fig. 5a, ítem 18) hacia el espacio donde está la boquilla (Fig. 5a ítem 38). En esta misma sección, entre el ingreso del fluido del yacimiento (Fig. 5a, ítem 18) y la sección de extensión inferior (Fig. 3, ítem 34), se incorpora un filtro de doble malla que comprende una malla exterior (Fig. 3, ítems 17) y una malla interior (Fig. 3, ítem 35) con el objetivo de evitar el ingreso de sólidos que pudieran provocar taponamientos en los recorridos de succión o a la salida de la boquilla, mejorando así la operación de la bomba jet de la presente invención, alargando también los períodos de mantenimiento, lo que a su vez incide directamente en el rendimiento de las bombas jet. Continuing with the description of the jet pump according to the present invention, in its lower part (Fig. 3, item 36) in a vertical direction in relation to the well, the diameter of its section has been reduced in relation to that of state jet pumps. of the technique, with the aim of increasing the respective annular space in relation to the production tubingfFig. 1, item 2) or to coil tubing (Fig. 2, item 9) to allow a greater flow of fluid from the reservoir (Figs. 1 and 2, item 5) entered from the suction side (Fig. 5a, item 18) towards the space where the nozzle is (Fig. 5a item 38). In this same section, between the inlet of the reservoir fluid (Fig. 5a, item 18) and the lower extension section (Fig. 3, item 34), a double mesh filter is incorporated that includes an outer mesh (Fig. 3, items 17) and an internal mesh (Fig. 3, item 35) in order to prevent the entry of solids that could cause clogging in the suction paths or at the nozzle outlet, thus improving the operation of the jet pump. of the present invention, also lengthening the maintenance periods, which in turn directly affects the performance of the jet pumps.

Por su diseño, la bomba jet de la presente invención presenta gran versatilidad. Puede utilizarse con sistemas de tubería flexible (coil tubing) (Fig. 2), para lo cual solo se requiere incorporar los accesorios estándar correspondientes, tales como medios de conexión superior e inferior para tubería flexible (Fig. 2, ítem 9) y las empaquetaduras (Fig. 2, ítem 12) necesarias entre tubería flexible (Fig. 2, ítem 9) y tubería de producción (Figs. 2 ítem 2). Adficionalmente, la bomba jet de la presente invención puede utilizarse en fondos de pozo con completaciones que tienen camisa (Fig. 1), ya que sus medidas se acoplan para las mismas, y también se fabrican para las diferentes dimensiones de tubería ATM usualmente utilizadas para la extracción en pozos petroleros. Due to its design, the jet pump of the present invention presents great versatility. It can be used with flexible pipe systems (coil tubing) (Fig. 2), for which it is only necessary to incorporate the corresponding standard accessories, such as upper and lower connection means for flexible tubing (Fig. 2, item 9) and the necessary gaskets (Fig. 2, item 12) between flexible tubing (Fig. 2, item 9) and production tubing (Figs. 2 item 2). Additionally, the jet pump of the present invention can be used in downholes with completions that have jackets (Fig. 1), since their measurements are matched for them, and they are also manufactured for the different ATM pipe dimensions usually used for extraction in oil wells.

Por lo tanto, las ventajas de la bomba jet de la presente invención sobre aquellas existentes en el estado de la técnica son las siguientes: Therefore, the advantages of the jet pump of the present invention over those existing in the state of the art are the following:

1. Incremento importante de producción asociada al aumento en el rendimiento de la bomba, lo que resulta de especial trascendencia cuando se tienen flujos de producción de 4000 bpd en los que se ha incrementado, además, hasta un 30% en la eficiencia. Así, la bomba jet objeto de esta invención presenta notable ventaja sobre las existentes en el estado de la técnica, resultando especialmente recomendables y competitivas para campos en que, por sus características especiales con relación a otras, como las bombas eléctricas o las de émbolo, se requiere el uso de bombas jet, atendiendo a sus ventajas de menor costo. 1. Significant increase in production associated with the increase in the performance of the pump, which is of special importance when there are production flows of 4000 bpd in which efficiency has also increased by up to 30%. Thus, the jet pump object of this invention presents a notable advantage over those existing in the state of the art, being especially recommended and competitive for fields in which, due to its special characteristics in relation to others, such as electric or piston pumps, the use of jet pumps is required, taking into account its advantages of lower cost.

2. Optimización de los parámetros de producción en superficie (presión y caudal), ya que, como se ha demostrado, se mantienen estables ciertas presiones, permitiendo que sus requerimientos de bombeo en superficie sean controlados mejor, al igual que los caudales obtenidos. 2. Optimization of surface production parameters (pressure and flow), since, as has been shown, certain pressures remain stable, allowing surface pumping requirements to be better controlled, as well as the flow rates obtained.

3. Incremento de plazos entre mantenimientos, mejora de producción, disminución de paradas de producción, y optimización de costos de operación asociados a mantenimiento, debido a la reducción de taponamientos de la bomba por acumulación de residuos sólidos en las partes inferior y superior. 3. Increase in terms between maintenance, production improvement, reduction of production stops, and optimization of operating costs associated with maintenance, due to the reduction of clogging of the pump due to accumulation of solid waste in the lower and upper parts.

4. La bomba jet de la invención es muy versátil, pudiendo utilizarse en pozos con completaciones con o sin camisa de circulación y sin restricciones en cuanto a su diámetro, debido a que se puede aplicar con sistemas de tubería flexible (coil tubing) o sin éste, según los requerimientos del pozo, mediante la simple aplicación de accesorios estándar requeridos. 4. The jet pump of the invention is very versatile, being able to be used in wells with completions with or without a circulation jacket and without restrictions regarding its diameter, because it can be applied with flexible pipe systems (coil tubing) or without this, according to the requirements of the well, through the simple application of required standard accessories.

5. Son bombas que se usan en tuberías de producción con diámetros estándar ASTM, de aplicación en el campo petrolero, para producción de pozos. 5. They are pumps that are used in production pipes with ASTM standard diameters, for application in the oil field, for well production.

Claims

9 REIVINDICACIONES 9 CLAIMS

1. Un dispositivo que es una bomba jet para impulsar petróleo desde un pozo a la superficie, caracterizada porque comprende: a) Una sección superior por donde ingresa fluido motriz de la bomba y que contiene: a.l. Un sistema de filtros de doble etapa del fluido motriz a.2. Una boquilla a.3. Una garganta a.4. Un difusor a.5. Un tubo de extensión de descarga. b) Una sección de descarga o tubo de descarga largo de la bomba, caracterizada porque: b.l. Consiste en un cilindro metálico, cuya longitud varía entre 21,5 cm y1. A device that is a jet pump to push oil from a well to the surface, characterized in that it comprises: a) An upper section through which the motive fluid of the pump enters and that contains: a.l. A two-stage filter system for the motive fluid a.2. A mouthpiece a.3. A throat a.4. A diffuser a.5. A discharge extension tube. b) A discharge section or long discharge tube of the pump, characterized by: b.l. It consists of a metallic cylinder, whose length varies between 21.5 cm and

25 cm. b.2. Dicho cilindro tiene en su interior un conjunto de siete canales de sección circular, longitudinales, ubicados paralelamente con relación al eje del cilindro, que forman ductos que van desde la base inferior de dicho cilindro hacia la parte superior, atravesándolo. b.3. Dicho cilindro tiene en su parte central un ducto central axial de sección circular cuya longitud es inferior a la del cilindro que lo contiene, por donde circula fluido de mezcla, y en cuya pared circular se han practicado siete ranuras longitudinales equidistantes, de forma ovalada alargada. b.4. Presenta siete ductos de sección ovalada alargada dispuestos en forma circular, equidistantes entre sí, desde el ducto central y dirigiéndose hacia la pared exterior del cilindro. b.5. En la superficie exterior del cilindro, hay siete ranuras longitudinales, equidistantes, de forma ovalada alargada, con altura de entre 12 cm y 15 cm. c) Una sección inferior de la bomba, donde se acopla a una extensión de la tubería que ingresa al pozo. d) Un filtro de ingreso para fluido de yacimiento. 25 cm. b.2. Said cylinder has inside a set of seven longitudinal channels of circular section, located parallel to the axis of the cylinder, which form ducts that go from the lower base of said cylinder to the upper part, crossing it. b.3. Said cylinder has in its central part an axial central duct of circular section whose length is less than that of the cylinder that contains it, through which the mixing fluid circulates, and in whose circular wall seven equidistant longitudinal grooves have been made, in an elongated oval shape. . b.4. It presents seven ducts with an elongated oval section arranged in a circular shape, equidistant from each other, from the central duct and heading towards the outer wall of the cylinder. b.5. On the outer surface of the cylinder, there are seven longitudinal, equidistant grooves, of elongated oval shape, with a height between 12 cm and 15 cm. c) A lower section of the pump, where it is coupled to an extension of the pipe entering the well. d) An inlet filter for reservoir fluid.

2. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque el filtro de doble etapa ubicado al ingreso del fluido motriz tiene agujeros cuyos diámetros son, el de la primera etapa, de 3,5 cm a 5 cm, y el de la segunda etapa, de entre 2,5 y 3,5 cm. 2. The pump of claim 1, characterized in that the double-stage filter located at the entrance of the motive fluid has holes whose diameters are, that of the first stage, from 3.5 cm to 5 cm, and that of the second stage, between 2.5 and 3.5 cm.

3. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque la boquilla no tiene un asiento en la bomba. The pump of claim 1, characterized in that the nozzle does not have a seat in the pump.

4. La bomba de la reivindicación 3, caracterizada porque el espacio para el fluido de mezcla se ha ampliado hacia la boquilla. La bomba jet de la reivindicación 1, caracterizada porque el tubo de descarga largo se conecta a la descarga del fluido de mezcla hacia el interior del cilindro mediante la extensión del tubo de descarga. El tubo de descarga largo de la reivindicación 4, caracterizado porque el flujo de mezcla que penetra por su ducto central se comunica directamente a través de los siete canales longitudinales ovalados para descargar el fluido de mezcla hacia ventanas del cilindro que se encuentran en su sección circunferencial y están orientadas hacia la camisa o hacia el espacio anular, según sea el caso. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque el diámetro de la bomba en su parte inferior es menor, dejando un mayor espacio anular por donde ingresa el caudal del fluido del yacimiento hacia la boquilla, absorbido por el efecto Venturi. La bomba de la reivindicación 1, caracterizada porque en una sección prolongada desde un asiento de la bomba y la sección de tubería extendida que ingresa al pozo, se ha colocado un filtro de doble malla. La bomba de la reivindicación 8, caracterizada porque el filtro de doble malla que corresponde al ingreso del fluido del pozo es un filtro consistente de una malla exterior y una malla interior. The pump of claim 3, characterized in that the space for the mixing fluid has been enlarged towards the nozzle. The jet pump of claim 1, characterized in that the long discharge tube is connected to the discharge of the mixing fluid into the cylinder by the extension of the discharge tube. The long discharge tube of claim 4, characterized in that the mixture flow that enters through its central duct communicates directly through the seven oval longitudinal channels to discharge the mixture fluid towards cylinder windows that are in its circumferential section. and are oriented towards the sleeve or towards the annular space, as the case may be. The pump of claim 1, characterized in that the diameter of the pump at the bottom is smaller, leaving a greater annular space through which the flow of reservoir fluid enters the nozzle, absorbed by the Venturi effect. The pump of claim 1, characterized in that in an extended section from a pump seat and the extended pipe section entering the well, a double mesh strainer has been placed. The pump of claim 8, characterized in that the double mesh filter that corresponds to the entry of the fluid from the well is a filter consisting of an external mesh and an internal mesh.