MXNL01000025A - Metodo y aparato para quitar gas de un fluido de perforacion. - Google Patents

Abstract

Un aparato y metodo para ser usado en quitar gas del fluido de perforacion (lodo de perforacion) durante los trabajos realizados en pozos de petroleo y gas. El aparato recibe el fluido de perforacion contaminado y utiliza la energia del pozo, contenida en el fluido, para accionar el dispositivo extractor, dentro del aparato, que expulsa el gas liberado. Un conjunto de charolas conicas es utilizado para captar el fluido contaminado, que es dispersado en la utilizacion de la energia aplicada, contra un conjunto de alabes helicoidales. El fluido de perforacion contaminado, se desplaza, lentamente, en forma descendente, por las charolas conicas y libera gas con la ayuda de un vacio parcial que existe dentro de la camara de reaccion. Una trampa liquida se forma en el fondo de la camara de reaccion, evitando la entrada de aire a esta, El gas liberado es expulsado de la camara de reaccion por una linea de descarga. El metodo descrito utiliza el aparato en un proceso automatico, que recibe fluido de perforacion contaminado con gas, elimina el segundo y descarga el primero, limpio, a un tanque, para su reutilizacion.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA QUITAR GAS DE UN FLUIDO DE PERFORACIÓN.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. 1. ÁREA DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN.

La presente invención se refiere a un método y aparato para quitar gas de un fluido de perforación cuando este ultimo resulta contaminado durante la perforación de pozos de aceite y gas. 2. DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA ACTUAL.

Eliminar el gas que contamina el fluido de perforación (lodo de perforación), es una parte importante de la seguridad en las operaciones de perforación de pozos de petróleo y gas. El fluido de perforación debe ser tratado para eliminar el gas contaminante, usualmente metano, que daña potencialmente la salud de los trabajadores y causa complicaciones en las operaciones de perforación, aligerando la columna hidrostática. El tratamiento mediante desgasificadores es necesario para reincorporar el fluido de perforación tratado al sistema de fluidos utilizado en la perforación. Estos "desgasificadores" típicamente utilizan tecnología de fuerza centrifuga, flujo laminar a presión atmosférica o flujo laminar a presión menor que la atmosférica. U.S. Pat. No. Re 36,082 y U.S. Pat. No. Re 5,316,563 ambas expedidas a Kshimura et al. Estas patentes describen un método para desgasificar al vacío que es similar a la tecnología usada para eliminar gas de los fluidos de perforación en la industria del petróleo y gas. Esta patente describe un método que se usa para desgasificar sustancias de vidrio fundido a altas temperaturas. Material de vidrio fundido es agitado en la línea de entrada a los hornos de tratamiento, donde se aplica vacío para extraer los gases peligrosos asociados con el horno de tratamiento.

En la patente numero U.S. Pat No. 4272,258 expedida a Shifflett, se describe el uso de un método y aparato para desgasificar fluido de perforación utilizado en la industria petrolera. El fluido de perforación cargado de gas es alimentado a una vasija cilindrica donde es elevado por la acción de un dispositivo en forma de taladro helicoidal. Este dispositivo interno también se encuentra perforado. El movimiento combinado resultante del efecto del taladro y las perforaciones causa la separación de una gran parte del gas atrapado. La patente U.S. Pat. No. 4,344,774, expedida a Skipper también describe el uso de un método y aparato para desgasificar fluido de perforación utilizado en la industria petrolera. El aparato es un cilindro hueco con una flecha rotatoria de forma helicoidal girando en el centro del cilindro la flecha helicoidal en forma de tornillo también se encuentra perforada y el fluido desgasificado también es retirado de la base del cilindro una vez que el gas se ha separado del fluido. Varias patentes describen el uso de separadores liquido / gas o fluido de perforación / gas tales como la U.S. Pat. No. 5,698,014 expedida a Cadle et al. , U.S.

Pat. No.5, 902,378 expedida a Obrejanu, U.S. Pat. No. 6,019,825 expedida a Greene et al. Y U.S. Pat. No. 6,036,749 expedida a Ribeiro et al. La tecnología relacionada con los separadores de gas / liquido incluye agitación, aceleración, desaceleración, centrifugación, o precipitación y es distinta de la tecnología relacionada con un desgasificador. No obstante que los separadores gas / liquido pueden ser usados en aplicaciones químicas e industriales lo que es mas útil es desarrollar un método y aparato desgasificador más eficiente para quitar el gas del fluido de perforación utilizado en la perforación de pozos de petróleo y gas. Eso es lo realmente necesario. Ninguno de los inventos y patentes descritos líneas arriba describen la presente invención en su alcance y cobertura del fenómeno. ' OBJETO DE LA INVENCIÓN.

La invención es un aparato y método utilizado para quitar gas del fluido de perforación procedente de los pozos de gas o aceite, en proceso de perforación. El aparato recibe la mezcla de fluido y gas y utiliza la energía del mismo pozo en la forma de flujo de lodo contaminado para mover una turbina soplador que descarga todo el gas eliminado. Una batería de charolas cónicas es utilizada para recibir el fluido contaminado que es dispersado en la utilización de la energía por un conjunto de alabes helicoidales. El fluido contaminado fluirá, en forma laminar, lentamente y de manera descendente por el conjunto de charolas cónicas, y liberara gas con la ayuda de un vacío parcial generado dentro de la cámara de reacción. El gas extraído es expulsado de la cámara de reacción hacia una línea de descarga, ya sea a un quemador o a la atmósfera. El método descrito utiliza el aparato en un proceso automatizado que recibe el fluido contaminado de los pozos de petróleo y gas, quita el gas del fluido y transfiere el fluido limpio a los tanques de trabajo para su reutilización. De acuerdo a lo anterior, el principal objetivo de la invención es proporcionar un aparato y método que no utilice motores para su operación y que no requiera energía adicional. Otro objetivo de la invención es proporcionar un proceso de desgasificación que elimine riesgos en las actividades a las que por necesidad están expuestos los trabajadores. Es también otro objetivo de la invención proporcionar un proceso de desgasificación en el cual el fluido de perforación contaminado este confinado a una cámara cerrada, durante todo el proceso, hasta que finalmente el gas pueda ser dirigido y descargado en un lugar seguro. Es también otro objetivo de este invento introducir elementos y arreglos innovadores en un aparato para el fin descrito que sea confiable, de bajo costo y efectivo en lograr el resultado deseado. Los objetivos arriba descritos y otros mas sobre la presente invención resultaran aparentes al hacer una revisión mas detallada de las siguientes especificaciones y dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un aparato para quitar gas al fluido de perforación de acuerdo a la presente invención. La figura 2 es una vista de un corte seccional de un aparato utilizado para quitar gas de fluido de perforación de acuerdo a la presente invención. La figura 3 es un diagrama de flujo del proceso para quitar gas del fluido de perforación de acuerdo a la presente invención. La figura 4 es un diagrama en bloque de un método integral para quitar gas del fluido de perforación de acuerdo a la presente invención. Durante la descripción de los dibujos anexos se utilizaran caracteres de referencia similares, correspondientes a las características de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL CONCEPTO DE LA INVENCIÓN EXPRESADO EN UN CUERPO FÍSICO.

La presente invención es un aparato 10 usado para quitar gas G del fluido de perforación M de pozos de petróleo y gas; similar al que aparece en la Fig. 1. La invención también se refiere a un método 220, (Fig. 4) que se usa para quitar gas G del fluido de perforación M en pozos de petróleo y gas, y que se describe mas detalladamente en esta sección de la solicitud. Como se muestra en la Fig. 2, el aparato 10 se compone de una cámara de reacción 20, formada en un cilindro de acero, que recibe la mezcla de fluido de perforación y gas M mismo que se desplaza, en forma ascendente, dentro de la cámara de reacción 20 impactando un conjunto de alabes helicoidales 30, que recibe el impacto del fluido M dentro de la cámara de reacción 20. Los alabes helicoidales 30, que descargan el fluido contaminado M en la cara inferior, también impulsan unos alabes tipo soplador 40, como consecuencia del impacto del fluido M en los alabes helicoidales 30. El impulso de los alabes tipo soplador 40 expulsa el gas liberado del fluido contaminado M.

El aparato 10 también consiste de un conjunto de charolas cónicas 50, que son alternativamente cóncavas y convexas y que reciben el fluido disperso M en su flujo descendente. Durante el flujo descendente, laminar, del fluido M en las charolas cónicas 50, el gas contaminante G, presente en forma de pequeñas burbujas ocluidas, se separa del fluido y se dispersa dentro de la cámara de reacción 20. Un cono truncado e invertido 60, que forma una trampa liquida 70, evita que el aire del ambiente exterior AA, a presión atmosférica, entre por la sección inferior de la cámara de reacción 20. Una línea de descarga 80, en la parte superior de la cámara de reacción 20 permite la descarga de gas G expulsado o liberado del fluido M y un conducto cilindrico 90 permite el desplazamiento del fluido limpio CM, que cae de las charolas cónicas 50 y a través de la trampa liquida 70 hacia la salida inferior de la cámara de reacción 20. Fluido contaminado M, procedente del pozo en proceso de perforación, después de pasar por un dispositivo estrangulador variable, es transportado a la entrada inferior del aparato 10, a través de una línea de conducción 110 o de otra línea alterna de conducción 112, en su caso, cuando el fluido contaminado provenga de los tanques de trabajo. El pozo 100, proporciona suficiente energía con el movimiento del fluido M para accionar el aparato 10 y hacer posible el método desgasificador 220 (Fig. 4). El gas G esta presente, físicamente, junto con el fluido contaminado, así como también ocluido, en muy pequeñas burbujas dentro del mismo fluido contaminado M, este gas debe ser desasociado totalmente del fluido para garantizar la más eficiente y segura utilización del fluido en su reciclado. Una vez que el fluido contaminado M entra en el aparato 10, el mismo es transportado, en forma ascendente, a través del conducto 120, que se encuentra en el centro de la cámara de reacción 20. Al salir del conducto 120, el fluido contaminado M es separado, radialmente, en todas direcciones por la brida de descarga 130 situada en el extremo del mismo. El chorro dividido de fluido contaminado M, impacta los alabes helicoidales 30 (que forman un ángulo con la dirección del chorro) imprimiendo movimiento rotatorio a la base curva que soporta los alabes 30. Una serie de conductos 140, se forman entre la brida de descarga 130 y los alabes helicoidales 30, para asegurar suficiente área de contacto entre el fluido y los alabes helicoidales 30. Esto es crucial para la operación del aparato 10, ya que la energía introducida a la cámara 20, en el fluido contaminado M; en este punto, se transfiere a los alabes helicoidales 30. A la vez, la energía recibida en los alabes helicoidales 30, es utilizada para mover los alabes tipo soplador 40, que a su vez impulsarán el gas G, liberado durante el proceso desgasificador que tuvo lugar dentro de la cámara de reacción 20. Adicionalmente, la velocidad y sentido de rotación de los alabes tipo soplador 40, generan un vacío parcial 170, dentro de la cámara de reacción 20. Los alabes tipo soplador 40 también recogen gas G del perímetro interior del cilindro superior 180 y lo impulsan hacia el centro del cilindro superior 190, generando suficiente presión para expulsar el gas G a través de la línea de descarga 80. En los casos en que se desee procesar fluido contaminado, procedente de los tanques de trabajo y no del pozo mismo, se puede utilizar una bomba complementaria conectada a la cámara de reacción 20 a través del conducto de entrada 112. Después de que el fluido contaminado M impulsa los alabes helicoidales 30, este se dispersa, en movimiento descendente, a partir de los alabes helicoidales 30 hacia una serie de charolas cónicas, alternativamente cóncavas y convexas 50 que están colocadas en la parte media del la cámara de reacción 20. Estas charolas cónicas conservan una constante pendiente descendente y fungen como vehículo de flujo laminar, creando una delgada capa de fluido contaminado M, sobre la superficie de las charolas cónicas 50. El lento desplazamiento en delgadas capas y hacia abajo, del fluido contaminado M, permite que minúsculas burbujas de gas, afloren a la superficie y sean succionadas fuera de la cámara de reacción 20, por el vacío parcial 170, creado por los alabes de tipo soplador 40 e impulsadas vía la salida tubular 200 y la línea de descarga 80, para ser quemado o descargado directamente a la atmósfera. Al mismo tiempo que el gas G es eliminado del fluido contaminado M, el ahora fluido limpio CM, sale de la sección inferior de la cámara de reacción 20, a través del cono truncado 60 y el paso cilindrico 90, manteniendo la integridad de la trampa liquida 70. El fluido limpio CM es conducido de la parte inferior del aparato 10, típicamente vía tubo de descarga 210 al tanque de fluido (no se muestra) donde será utilizado nuevamente. El uso del aparato 10 en un diagrama de flujo de proceso, se expresa en la Fig. 3, y ha sido descrito, en detalle, en la discusión de la Fig. 2.

También se puede pensar en la remoción de gas G de un fluido contaminado M, como un proceso o método. Los pasos específicos de este método se detallan en la Fig. 4.

Un método 220, para quitar gas G, de un fluido de perforación contaminado M, procedente de pozos de aceite o gas, comprende los pasos de fluir el lodo contaminado M dentro de una cámara de reacción 20, impactando dicho fluido contaminado M en un conjunto de alabes helicoidales 30 y dispersando el fluido contaminado M sobre un conjunto de charolas 50 que facilitan el flujo laminar permitiendo que mas gas G sea liberado del fluido de perforación contaminado M. El método 220, además implica los paso de expulsar gas G, liberado dentro de la cámara de reacción 20, utilizando un conjunto de alabes tipo soplador 40 que son impulsados, simultáneamente a los alabes helicoidales 30, por el fluido contaminado M, al mismo tiempo que el fluido limpio CM es descargado por el extremo inferior de la cámara de reacción 20. Los paso del método 220, también corresponden y siguen la tabla de flujo de proceso en la Fig. 3 y la discusión del aparato 10 en la Fig. 2. La operación del aparato 10 y el método 220 es típicamente automática, cuando una línea de fluido contaminado M transporta este al aparato 10, que opera por si mismo y transporta el fluido limpio CM, vía otra línea, a los tanques de fluido, para su almacenaje y/o futura utilización. Debe de entenderse que la presente invención no esta limitada a la descripción física detallada líneas arriba, también incluye todas y cada una de las presentaciones posibles dentro del alcance de la siguiente reivindicación.

Claims (1)

REIVINDICACIÓN Pido reivindicar, a nombre del suscrito lo siguiente:

1. Un aparato para ser usado en quitar gas del fluido de perforación (lodo de perforación) en los pozos de petróleo y gas que consiste en: Una cámara de reacción, cilindrica, de acero que recibe el fluido contaminado con gas que se desplaza en forma ascendente, dentro de la cámara de reacción; Un conjunto de alabes helicoidales de contacto, que son impactados por el fluido de perforación, dentro de la cámara de reacción, mismos que también descargan el fluido de perforación en forma radial descendente; Un conjunto de alabes tipo soplador, que toman el gas liberado y lo expulsan de la cámara de reacción, formando en esta un vacío parcial, al ser impulsados por el movimiento de los alabes helicoidales impactados por el fluido de perforación contaminado; Un conjunto de charolas cónicas, alternativamente cóncavas y convexas, que reciben el fluido contaminado y facilitan el desplazamiento descendente de este, en forma laminar, permitiendo la liberación de burbujas minúsculas de gas dentro de la cámara de reacción; Un cono truncado, que forma una trampa liquida y permite un vacío parcial, dentro de la cámara de reacción, evitando la entrada de aire, a presión atmosférica, por la parte inferior de esta; Una línea de descarga en la parte superior de la cámara de reacción para servir de conducto a cualquier gas liberado del fluido de perforación; y Una línea de descarga en la parte inferior de la cámara de reacción para servir de conducto al fluido limpio que emerge de esta. Un método para quitar gas de un fluido de perforación contaminado, en pozos de petróleo y gas, que comprende los siguientes pasos: Introducir el fluido de perforación contaminado dentro de una cámara de reacción; Impactar el fluido de perforación contaminado contra un conjunto de alabes helicoidales; Dispersar y hacer fluir el lodo de perforación contaminado en un conjunto de charolas para flujo laminar, permitiendo la máxima liberación de gas del fluido contaminado; Expulsar el gas liberado dentro de la cámara de reacción, utilizando un conjunto de alabes tipo soplador que a su vez es impulsado por el conjunto de alabes helicoidales impactadas por el fluido de perforación contaminado; y Expulsar el fluido de perforación desgasificado de la parte inferior de la cámara de reacción.