CAMPO DE LA INVENCIÓN

[001] La presente invención se relaciona con un equipo o dispositivo que comprende dos o más sellos mecánicos de alta presión que tiene aplicación en la industria del sector petrolero, es específicamente, en la producción de gas y de petróleo crudo en donde se requiere pasar líneas de conducción eléctrica o líneas de flujo y control a través de un orificio en el cabezal.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[002] La mayoría de los equipos o dispositivos para líneas de conducción eléctrica o de flujo emplean un solo sello a fin de permitir que la atmósfera interna del pozo permanezca sellada herméticamente para evitar posibles accidentes o pérdidas de producción.

[003] Es el caso del documento W02018/107136 que revela un sello de cable de cabecera para motores eléctricos sumergibles, el cual es un sistema de cabezal de motor eléctrico sumergible que incluye un cabezal que conecta un cable de alimentación a un motor eléctrico sumergible que funciona en fluido de pozo, el cabezal incluye un sello de dedo que incluye un dedo alrededor de cada fase del cable de alimentación y una brida radial, una placa de compresión que ejerce una fuerza radial en cada fase desde una carga axial proporcionada por la placa de compresión contra la brida radial, un asiento de sellado que incluye receptáculos que reciben cada dedo; un espacio que se extiende entre una porción de un diámetro externo de cada dedo y un diámetro interno ensanchado del receptáculo del asiento del sello, y un anillo de sello que se extiende circunferencialmente alrededor de un diámetro externo de cada dedo y tangente a la brida, el anillo de sello contacta el diámetro interno ensanchado del asiento del sello y cierre del espacio al ingreso del fluido del pozo. Sin embargo, el sistema o dispositivo tiene un solo sello en donde el sistema se ajusta a través de sendos tomillos.

[004] Por su parte, el documento de patente US10,243,295 reporta un conjunto para conectar eléctrico para bombas sumergibles eléctricas (ESP) que tiene un sello impenetrable de fluido, el cual está impreso en 3D y se ubica entre el cable de alimentación y un componente interno de la carcasa del conjunto del conectar eléctrico. El aislamiento eléctrico o dieléctrico para un conductor del cable de alimentación también se puede imprimir en 3D integralmente con el sello de fluido. El componente de la carcasa, como una carcasa eléctrica interna, también se puede imprimir en 3D integralmente con el sello impreso. Del mismo modo, en una implementación, el sello impreso en 3D, el componente interno de la carcasa y una caja externa del cabezal pueden estar impresos en 3D como una unidad en el cable de alimentación. El sello impreso en 3D y los componentes del cabezal asociados pueden estar compuestos de una variedad de materiales resistentes a los químicos, tales como poliariléteres-cetonas impresas, polímeros fluorados impresos y aleaciones metálicas. El sello impreso en 3D también puede incluir materiales de barrera o rellenos de refuerzo para mejorar la resistencia y la resistencia química a los fluidos y gases del pozo.

[005] Otro documento de patente es US2012/0014822 el cual, revela un conectar para conectar energía eléctrica a un motor de bomba de pozo que tiene porciones de cable y de conectar de motor que se acoplan entre sí en una posición conectada. Las porciones de conectar tienen miembros aislantes, cada uno de tas cuales tiene una serie de pasadizos y una cara final. Los miembros de contacto eléctrico están montados en cada uno de tas pasadizos. Los miembros de contacto en la porción del conectar del cable sobresalen de la cara final del miembro aislante. Un sello de desechos aísla los miembros de contacto eléctrico en el conectar del cable e incluye ranuras de expansión para que cuando el material del sello de desechos se expanda térmicamente, las ranuras de expansión se contraen en respuesta a la expansión sin que el sello de desechos choque contra alguno de los conectares.

[006] Otro documento relacionado es la patente US2012/0100737 el cual proporciona aparatos de componentes y métodos para conectar y sellar un cabezal a un cable eléctrico utilizado en un entorno de pozo de petróleo. Los cables eléctricos están anclados en miembros aislantes retenidos dentro del cabezal. Los cables insertados en tas pasadizos formados a través de tas miembros aislantes, cada uno de tas cuales tiene una porción de forma elíptica. Los canales se forman a lo largo de la superficie de tas pasos y a lo largo de la circunferencia de las porciones de forma elíptica. Se proporciona un sello de arranque en la porción de forma elíptica y circunscribe los cables eléctricos. Se aplica un líquido a base de hidrocarburos al sello del maletero para hacer que se hinche y ocupe el espacio entre tas cables y los aisladores, incluidos los canales.

[007] Por su parte, la patente US2008064269 reporta un conectar para conectar energía eléctrica a un motor de bomba de pozo que tiene porciones de cable y conectar de motor que se acoplan entre sí en una posición conectada. Las porciones de conectar tienen miembros aislantes, cada uno de tas cuales tiene una serie de pasadizos y una cara final. Los miembros de contacto eléctrico están montados en cada uno de dichos pasadizos. Los que se encuentran en la porción del conectar del cable sobresalen de la cara extrema del miembro aislante. Un sello de la cara del extremo rodea cada uno de tas miembros de contacto sobresalientes y se deforma al enganchar la cara del extremo del miembro de aislamiento del motor cuando las porciones de cable y de conectar del motor están en la posición conectada.

[008] En este sentido, es claro que no existe en el estado de la técnica equipos, sistemas y/o dispositivos que puedan tener dos o más sellos mecánicos y que puedan mostrar seguridad adicional a tas pozos donde se instalan, ya que como se indicó anteriormente, la necesidad de pasar líneas de conducción eléctrica o línea de flujo y control a través de un orificio en el cabezal de pozo, requiere de un sistema de sello que permita mantener las altas presiones generadas en el pozo y garantizar un sello hermético, el cual se puede ver afectado por daños en el sello, por lo que, un sistema o dispositivo para líneas de conducción eléctrica o de flujo y control para cabezal de pozos petroleros que comprendan dos o más sellos, proporcionaran seguridad adicional a fin de conservar y contener las altas presiones generadas en los pozos petroleros y de gas. Su diseño lo hace único en el mundo ya que es adaptable a cualquier configuración de sistemas de bombeo para extracción de crudo en pozos petroleros (Sistema de cavidad progresiva, bombas electro sumergible BES y levantamiento Mecánico). Además, no requiere realizar uniones ni empalmes internas o por debajo del cabezal, en las líneas de cable de la bomba electro sumergible proveniente de cualquier sistema de bombeo. Cada sistema de sello soporta presiones de hasta 12000 psi (82737 KPa) y es fabricado con la más alta tecnología en procesos y materiales que garantizan resistencia a cualquier condición climática y atmosférica.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[009] La presente invención hace referencia a un equipo, sistema o dispositivo (I) que comprende dos o más sellos mecánicos de alta presión para aplicaciones en la industria petrolera, principalmente en la producción de crudo y gas, en donde se requieren pasar líneas de conducción eléctrica, líneas de flujo y/o de control a través de un orificio en el cabezal del pozo y en donde, a pesar de la presencia de dicho orificio, se mantenga la presión y otras condiciones requeridas al seno del pozo a fin de evitar posibles accidentes o pérdidas de producción. Las líneas pueden transportar corriente eléctrica desde una fuente (vahador) en la superficie hasta un receptor que es una bomba electro-sumergible (ESP de sus siglas en inglés BES en español) en donde estas líneas pueden ser un cable trifásico, es decir, que tienen tres líneas conductoras de corriente eléctrica y en donde las líneas pueden ser cables planos o cables redondos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[010] La Figura 1, muestra una vista en explosión de un dispositivo (I) para multisello mecánico de alta presión de acuerdo con la presente invención, el cual tiene dos sellos de seguridad.

[011] La Figura 2 muestra un corte longitudinal 1-1 de un dispositivo (I) para multisello mecánico de alta presión de acuerdo con la presente invención, el cual tiene tres sellos de seguridad, en donde el tercer sello se encuentra en la parte inferior del dispositivo (I).

[012] La Figura 3 enseña una vista en explosión de un dispositivo (I) para multisello mecánico de alta presión de acuerdo con la presente invención el cual tiene tres sellos de seguridad en donde la parte explosionada es la parte que corresponde al tercer sello ubicado en la parte inferior del dispositivo (I).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[013] En la extracción artificial de crudo se generan presiones al interior del pozo, estas presiones deben ser controladas de manera constante, óptima y segura. Dichas presiones pueden variar desde 100 psi a 5000 psi (689,48 KPa a 34.473,8 kPa) por lo cual existe un riesgo latente de accidentes, contaminación ambiental, pérdidas de producción y lesiones a las personas involucradas en la operación. El cable de potencia de la bomba electro-sumergible debe pasar por un orificio del colgador de la tubería de producción. Este orificio debe estar completo y herméticamente sellado para evitar los riesgos mencionados anteriormente y debe ser capaz de contener presiones del orden de 5000 psi (34.473,8 KPa) o superiores. Para el caso ejemplificante, pero no limitativo de la invención, un doble sello mecánico roscado para cables de bombas electro-sumergibles (BES ó ESP de sus siglas en inglés) de acuerdo con la invención, puede soportar 12.000 psi (82.737,11 KPa) o más en cada uno de sus sellos, con lo cual se asegura resolver el problema técnico de controlar, contener y sellar las subidas de presión de los pozos petroleros en aras de prevenir derrames, accidentes ambientales y lesiones al personal de operación.

[014] En este sentido, la incorporación fácil y rápida de dos o más sistemas o dispositivos de sello adicional en el dispositivo (I) de acuerdo con la presente invención, permite que exista un segundo, tercero o más sello(s) adicional(es) que respalde(n) la seguridad y la conservación de las condiciones de alta presión en el pozo petrolero o de gas, cuando surja una falla en el primer sello o sello original a fin de resistir y contener subidas de presión garantizando un sellado total del sistema sin la necesidad de realizar uniones ni empalmes internos por debajo del cabezal en el cable de la bomba electro-sumergible. Por tanto, las piezas o partes críticas para el funcionamiento de la invención comprenden un juego o juegos o set de sellos principales (4), juegos de bujes de presión (5), anillos de presión (6) y asientos de sellos (3), en donde estos componentes generan un sello hermético en las líneas del cable de la bomba electro-sumergible.

[015] En una modalidad de la invención, los anillos de presión (6) son de material polimérico de alta resistencia, por ejemplo, politetrafluoroetileno (PTFE), más conocido como teflón y otros materiales poliméricos resistentes. Los sellos principales (4) pueden ser de un material elástico, por ejemplo, caucho en varios niveles de dureza, elongación y resistencia al desgarro.

[016] La presente invención se relaciona con un dispositivo (I), equipo o sistema de multi-sello mecánico de alta presión para operaciones en la producción de crudo y gas, en donde se requiere pasar líneas de conducción eléctrica, líneas de flujo y/o de control a través de un orificio en el cabezal de pozo, en donde dicho dispositivo comprende un buje adaptador inferior (1) el cual se rosca en el colgador de la tubería de producción. Sobre las líneas de cable se ensambla el asiento de sello (3), el cual aloja los sellos principales (4) en sus cavidades cónicas; por encima de estos sellos se ubican los bujes de presión (5) que a su vez encajan en el asiento de sello (3) y posteriormente, se ubica el anillo de presión (6) el cual empuja los bujes de presión (5) que a su vez se encargan de comprimir los sellos principales (4) para adherirse de manera uniforme a las líneas de cable. Este anillo de presión (6) es empujado por el buje adaptador superior (2) acoplándose de manera roscada. Después se ensambla un nuevo asiento de sello (3’) en la parte superior del buje adaptador superior (2), se insertan tres sellos principales (4’) uno en cada una de las líneas de cable, tres bujes de presión (5’) en cada línea de cable, por encima de los sellos principales (4’) y un segundo anillo de presión (6’) los cuales serán finalmente comprimidos por una cabeza de sello (7) acoplada al buje adaptador superior (2) con una rosca que permite un sellado final del segundo sello, el cual va en la parte superior del primero.

[017] En este sentido, para el ensamble del sistema o dispositivo de acuerdo con la presente invención, se comienza roscando el buje adaptador inferior (1) al colgador (Hanger) hasta que llegue al final del recorrido de la rosca; luego se procede a ensamblar el asiento de sello (3) que se aloja en la parte superior del buje adaptador inferior (1), pasando de manera segura las líneas de cables a través del asiento de sello (3), se introducen los sellos principales (4) en cada una de las líneas y se alojan en las cavidades del asiento de sello (3), acto seguido se introducen los bujes de presión (5) en cada líneas para comenzar a comprimir los sellos, se procede a pasar el anillo de presión, (6) a través de las tres líneas de cable de la bomba electro sumergible (BES) encajando con los bujes de presión (5) en sus posiciones correspondientes, finalmente se ensambla el buje adaptador superior (2) y se rosca con el buje adaptador inferior (1) comprimiendo por completo el sistema realizando así el primer sello o sello inferior.

[018] A continuación, se ensambla un segundo asiento de sello (3’) en su respectiva cavidad superior del buje adaptador superior (2) pasando las líneas de conducción a través de los orificios del asiento de sello (3’), se introducen los sellos principales (4’) en cada una de las líneas y se alojan en los orificios del asiento de sello (3’), luego se pasan los bujes de presión (5’) hasta que se encuentren en la parte cilindrica de las perforaciones del asiento de sello (3’), se procede a pasar el anillo de presión (6’) por las tres líneas al tiempo para que encajen con los bujes del presión (5’), finalmente se ensambla la cabeza de sello (7) que se encarga de comprimir por completo el segundo sello o sello superior asegurando un completo sellado en ambas partes del sistema. De esta manera, se puede colocar uno o más sellos de seguridad adicionales, por lo que, si se repite estas operaciones, se tendrá un dispositivo con tres, cuatro o más sellos dependiendo del número de veces que se repitan estas operaciones.

[019] En una modalidad preferida de la invención, para el caso de un doble sello mecánico, se puede observar que con el dispositivo (I) de doble sello de acuerdo con la presente invención, se alcanza una mayor adaptabilidad para la posibilidad de un tercer sello en la parte inferior de dicho dispositivo (I), esto es posible con la ayuda de un equipo adicional o tercer sello que se coloca en la parte inferior del primer sello por debajo de la superficie, en donde este equipo funciona de manera similar al doble sello con algunas variaciones: primero se ensambla el asiento de sello (2.5) especial de este modelo, se ensamblan los sellos principales

(2.4) en cada una de las líneas de cable hasta que se alojen en el asiento de sello

(2.5), se insertan los bujes de presión (2.3) en cada línea del cable, después se pasa un anillo de presión (2.2) y finalmente se ensambla su cabeza de sello (2.1) roscándola con el buje adaptador de este modelo y llevando hasta su recorrido final, en el diámetro exterior lleva dos O-Rings para hacer sellado interior, y después se procede a insertar todo este sistema en el diámetro interno de la parte inferior del buje adaptador (véase figura 2), con lo cual se logra un altísimo factor de seguridad adicional y mantiene su proceso de rápida instalación (véase figura 3). Esta cabeza de sello (2.1) es diferente en el diseño exterior, ya que el diámetro exterior es menor porque se inserta en el diámetro interno del buje adaptador inferior (1), pero interiormente cumple la misma función y principio de comprimir el sistema y realizar el sellado.

[020] La expresión multi-sello se entiende en el contexto de la presente invención como dos o más sellos ubicados bien sea en la parte superior al sello principal del dispositivo (I) por encima de la superficie, por ejemplo, pero sin limitarse a dos, tres, cuatro o más sellos y en la parte inferior de dicho sello principal del dispositivo (I) por debajo de la superficie.

[021] Si bien la presente invención se ha descrito en términos de realizaciones, modalidades y aplicaciones particulares, tanto en forma resumida como detallada, no se pretende que estas descripciones limiten de ninguna manera su alcance a tales realizaciones y aplicaciones, y se entenderá que muchas sustituciones, cambios y variaciones en las realizaciones, aplicaciones y detalles del dispositivo ¡lustrado en la presente invención y su operación puede ser realizada por aquellas personas versadas en la materia sin apartarse del espíritu de esta invención.