Conjunto de compensador para sistema de bomba sumergible.

Un sistema de bomba geotérmica sumergible (10) que comprende:

una bomba sumergible (12);

un motor sumergible (14) acoplado a dicha bomba (12) para proporcionar potencia a la misma; y

el conjunto de compensador (18) que comprende:

al menos un compensador se extiende longitudinalmente (20) en comunicación fluida con un suministro de líquido de refrigeración del motor utilizado en dicho motor (14), comprendiendo dicho al menos un compensador (20) un extremo de acoplamiento (32), un extremo flotante (34) y una serie de crestas (36) y surcos (38) alternantes que se extienden a lo largo de un eje longitudinal (41) entre dichos extremos de acoplamiento y flotante (32, 34); y

una carcasa del compensador (22) dispuesta alrededor de dicho al menos un compensador (20), comprendiendo dicha carcasa del compensador (22) un extremo proximal y un extremo remoto, comprendiendo dicho extremo proximal una brida (26) configurada para conectar dicha carcasa del compensador (22) a dicho motor (14) y un tubo de transporte (28) insertable en cada uno de dicho motor (14) y dicho al menos un compensador (20) para establecer la comunicación del líquido de refrigeración del motor entre los mismos, definiendo dicho tubo de transporte (28) una cantidad máxima de contracción de dicho al menos un compensador (20) más allá de la que dicho extremo flotante (34) no se puede mover, definiendo dicho extremo remoto de dicho al menos un compensador (20) un punto de máxima expansión más allá del que dicho extremo flotante (34) no se puede mover, donde dicho al menos un compensador (20) es posesivo de un grado de elasticidad suficiente para una anchura de al menos uno de dichos surcos (38) para expandirse y contraerse en respuesta a la respectiva expansión y contracción térmica de dicho líquido de refrigeración del motor contenido dentro de al menos uno de dicho motor (14) y dicho al menos un compensador (20);

caracterizado por que:

dichas crestas (36) están configuradas para entrar en contacto con una pared interior de dicha carcasa del compensador (22) con un coeficiente de fricción entre las mismas insuficiente para evitar un deslizamiento de dichas crestas (36) a lo largo de dicha pared interior y el movimiento de dicho extremo flotante (34) en relación con dicho extremo de acoplamiento (32) con la expansión y contracción de dicha anchura del al menos uno de dichos surcos (38); y

el compensador que se extiende longitudinalmente (20) se construye de un material elastomérico configurado para funcionar en un régimen de temperatura de líquido geotérmico de hasta 160°C.

Conjunto de compensador para sistema de bomba sumergible La presente invención se refiere en general a un conjunto de compensador, y más particularmente, a sistemas de bombas geotérmicas sumergibles que utilizan uno o más de tales conjuntos de compensadores.

Los sistemas de bombeo sumergibles de pozo profundo (DWS) (también conocidos como bombas eléctricas sumergibles (ESP) , o más simplemente, bombas sumergibles) son especialmente útiles en la extracción de recursos valiosos como el petróleo, gas y agua de formaciones geológicas de pozo profundo. En una operación particular, una unidad de bomba DWS se puede utilizar para recuperar recursos geotérmicos, tales como el agua caliente, desde significativas profundidades subterráneas. Las bombas sumergibles se accionan por motores conectados y son generalmente que pueden funcionar en una variedad de aplicaciones en las que típicamente tanto la bomba como el motor están completamente sumergidos en un pozo. Debido a que las bombas sumergibles son relativamente inaccesibles (a menudo completamente sumergidas a distancias entre 400 y 700 metros bajo la superficie de la tierra) , deben ser capaces de funcionar durante largos periodos de tiempo sin necesidad de mantenimiento. Además, deben ser capaces de transferir lejos una cantidad significativa del calor que se genera a través de las pérdidas mecánicas y eléctricas en la bomba y en el motor. Para hacer esto, un líquido de refrigeración (generalmente aceite o agua) se utiliza para llenar un interior del motor. El líquido de refrigeración absorbe típicamente el calor del motor y lo transfiere al líquido circundante en el pozo.

Los motores de bombas sumergibles utilizan típicamente un compensador que generalmente se conecta al motor. Idealmente, el compensador realiza diversas funciones que contribuyen a la operación fiable del motor, incluyendo la provisión para la expansión térmica del líquido de refrigeración del motor durante el funcionamiento del motor, y la 25 compensación de las presiones interior y exterior del motor. Los compensadores convencionales se fabrican típicamente de caucho, que son elásticos y resistentes al calor en solo los regímenes de temperatura limitados, por ejemplo, hasta aproximadamente 110º C. Por el contrario, las aplicaciones geotérmicas y de pozos profundos relacionados pueden encontrar temperaturas del fluido que se bombea entre 120 º y 160º C. Por otra parte, los compensadores de caucho generalmente solo tienen un tamaño máximo debido a los procesos de fabricación o de producción. Este tamaño máximo es generalmente demasiado pequeño para aplicaciones de bombas sumergibles a alta potencia en entornos de alta temperatura (es decir, superiores a 110º C) , y tampoco es factible para extensiones u otras situaciones en las que se pueden requerir combinaciones modulares de múltiples compensadores. Como tal, existe la necesidad de un compensador modular que pueda funcionar en entornos de alta temperatura y alta presión tales como los encontrados en aplicaciones de bombas sumergibles. El documento US 3.947.709 describe un protector para motores de bombas eléctricas sumergibles cargados con líquido, particularmente para su uso en entornos corrosivos, tales como entornos en los que el sistema de la bomba se expone a altas concentraciones de H2S.

Está contra los antecedentes anteriores que las realizaciones de la presente invención proporcionen conjuntos de compensadores para sistemas de bombas geotérmicas sumergibles que pueden funcionar en entornos de alta presión y alta temperatura. De acuerdo con una realización de la presente invención, un sistema de bomba geotérmica sumergible comprende una bomba sumergible, un motor sumergible, y un conjunto de compensador. El conjunto de compensador comprende un compensador que se extiende longitudinalmente y una carcasa del compensador. El compensador que se extiende longitudinalmente se construye de un material elastomérico 45 configurado para funcionar en un régimen de temperatura de líquido geotérmico de hasta 160º C. El compensador se utiliza para contener un líquido de refrigeración del motor, mientras que la carcasa contiene el compensador. Un tubo de transporte es parcialmente insertable en cada uno del motor sumergible y del compensador para permitir la comunicación fluida del líquido de refrigeración del motor entre los mismos. La carcasa del compensador incluye un extremo de conexión (proximal) y un extremo remoto opuesto al extremo de conexión. El extremo de conexión se puede acoplar con el motor sumergible para permitir que los dos se fijen entre sí. El compensador, que está situado a lo largo de al menos una porción de la longitud de la carcasa del compensador, define un extremo de acoplamiento y un extremo flotante, donde el primero puede acoplar (a través de una brida o conector relacionado) el tubo de transporte, mientras que el extremo flotante es libre para expandirse y contraerse longitudinalmente en respuesta a los cambios en presencia del fluido de refrigeración del motor en la carcasa del compensador. El compensador 55 incluye una serie de crestas y surcos alternantes de tal manera que el compensador define generalmente una forma de estructura de fuelle (o de acordeón) que se extiende a lo largo de su eje longitudinal. Además, el compensador comprende un grado de elasticidad suficiente para que una anchura de al menos uno de los surcos se expanda y contraiga con la expansión y contracción térmica, respectivamente, del líquido de refrigeración del motor contenido en su interior. Las crestas entran en contacto con una pared interior de la carcasa del compensador con un coeficiente de fricción entre los mismos que es insuficiente para evitar un deslizamiento de las crestas a lo largo de la pared interior y el movimiento del extremo flotante en relación con el extremo de acoplamiento con la expansión y contracción de la anchura de al menos uno de los surcos. El tubo de transporte recibido por el extremo de acoplamiento define un punto de máxima contracción del compensador más allá del que el extremo flotante no se puede mover. Un extremo de la carcasa del compensador opuesto al extremo de conexión define un punto de 65 máxima expansión del compensador más allá del que el extremo flotante no se puede mover.

Opcionalmente, la carcasa del compensador puede restringir sustancialmente la expansión y contracción del compensador a lo largo del eje longitudinal. El extremo flotante del compensador se puede cerrar herméticamente para evitar el paso de líquido de refrigeración del motor a través del mismo o se puede abrir al menos parcialmente para permitir el paso de líquido de refrigeración del motor a través del mismo y puede funcionar para acoplarse a un 5 extremo de acoplamiento de otro compensador. El conjunto de compensador puede comprender además un dispositivo de sujeción para asegurar un acoplamiento entre el extremo flotante y el extremo de acoplamiento del otro compensador. El compensador se puede configurar principalmente de politetrafluoroetileno (PTFE) y puede comprender una resistencia al calor de al menos aproximadamente 260º C, mientras que la carcasa del compensador se configura principalmente de metal. En tal caso donde se utiliza PTFE o un material elastomérico relacionado, el compensador se considera que es un compensador elastomérico. En otra opción, el compensador puede comprender además un tapón de drenaje para permitir que el líquido de refrigeración del motor se drene. La carcasa del compensador puede comprender además un tapón de drenaje del alojamiento para permitir el drenaje del líquido de refrigeración del motor desde el mismo. El conjunto de compensador puede comprender además una línea de compensación de presión que puede funcionar para controlar la liberación de un aire (u otro fluido gaseoso)

presurizado en exceso desde dentro de la carcasa del compensador hacia el exterior de la carcasa del compensador.

El conjunto de compensador puede comprender múltiples compensadores elastoméricos que se extienden longitudinalmente para contener un líquido de refrigeración del motor, una carcasa del compensador para encerrar los compensadores elastoméricos, y al menos un dispositivo de sujeción. El tubo de transporte se puede insertar parcialmente en cada una de las lumbreras del motor sumergible y un primer de los compensadores elastoméricos para transmitir un líquido de refrigeración del motor entre los mismos. Los compensadores elastoméricos pueden comprender, respectivamente, un extremo de acoplamiento para acoplar a la brida, un extremo flotante para flotar dentro de la carcasa del compensador, y una serie de crestas y surcos alternantes que se extienden anularmente al menos parcialmente a lo largo de un eje longitudinal del compensador elastomérico... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de bomba geotérmica sumergible (10) que comprende:

una bomba sumergible (12) ; un motor sumergible (14) acoplado a dicha bomba (12) para proporcionar potencia a la misma; y el conjunto de compensador (18) que comprende:

al menos un compensador se extiende longitudinalmente (20) en comunicación fluida con un suministro de líquido de refrigeración del motor utilizado en dicho motor (14) , comprendiendo dicho al menos un compensador (20) un extremo de acoplamiento (32) , un extremo flotante (34) y una serie de crestas (36) y surcos (38) alternantes que se extienden a lo largo de un eje longitudinal (41) entre dichos extremos de acoplamiento y flotante (32, 34) ; y una carcasa del compensador (22) dispuesta alrededor de dicho al menos un compensador (20) , comprendiendo dicha carcasa del compensador (22) un extremo proximal y un extremo remoto, comprendiendo dicho extremo proximal una brida (26) configurada para conectar dicha carcasa del compensador (22) a dicho motor (14) y un tubo de transporte (28) insertable en cada uno de dicho motor (14) y dicho al menos un compensador (20) para establecer la comunicación del líquido de refrigeración del motor entre los mismos, definiendo dicho tubo de transporte (28) una cantidad máxima de contracción de dicho al menos un compensador (20) más allá de la que dicho extremo flotante (34) no se puede mover, definiendo dicho extremo remoto de dicho al menos un compensador (20) un punto de máxima expansión más allá del que dicho extremo flotante (34) no se puede mover, donde dicho al menos un compensador (20) es posesivo de un grado de elasticidad suficiente para una anchura de al menos uno de dichos surcos (38) para expandirse y contraerse en respuesta a la respectiva expansión y contracción térmica de dicho líquido de refrigeración del motor contenido dentro de al menos uno de dicho motor (14) y dicho al menos un compensador (20) ;

caracterizado por que:

dichas crestas (36) están configuradas para entrar en contacto con una pared interior de dicha carcasa del compensador (22) con un coeficiente de fricción entre las mismas insuficiente para evitar un deslizamiento de dichas crestas (36) a lo largo de dicha pared interior y el movimiento de dicho extremo flotante (34) en relación con dicho extremo de acoplamiento (32) con la expansión y contracción de dicha anchura del al menos uno de dichos surcos (38) ; y el compensador que se extiende longitudinalmente (20) se construye de un material elastomérico configurado para funcionar en un régimen de temperatura de líquido geotérmico de hasta 160º C.

2. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1, donde dicha carcasa del compensador (22) restringe sustancialmente la expansión y contracción de dicho al menos un compensador (20) a lo largo de 40 dicho eje longitudinal (41) .

3. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1, donde dicho extremo flotante (34) de dicho al menos un compensador (20) está herméticamente cerrado para evitar el paso del líquido de refrigeración del motor a través del mismo.

4. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1, donde dicho extremo (34) de dicho al menos un compensador (20) está al menos parcialmente abierto para permitir el paso del líquido de refrigeración del motor a través del mismo y puede hacerse funcionar para acoplarse a un extremo de acoplamiento (32) de otro compensador (20B) .

5. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 4, donde dicho conjunto de compensador (18) comprende además un dispositivo de sujeción para asegurar dicho extremo flotante (34) de dicho al menos un compensador (20) y dicho extremo de acoplamiento (32) de dicho otro compensador (20B) .

6. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1, donde dicho material elastomérico es politetrafluoroetileno y/o donde dicha carcasa del compensador (22) está configurada principalmente de metal.

7. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1, donde dicho al menos un compensador

(20) comprende una resistencia al calor de al menos aproximadamente 260º C. 60

8. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1, donde dicho conjunto de compensador (18) comprende además una línea de compensación de presión (48) que puede funcionar para controlar la liberación de un fluido gaseoso desde el interior de dicha carcasa del compensador (22) hasta el exterior de dicha carcasa del compensador (22) .

9. El sistema de bomba geotérmica sumergible de la reivindicación 1, donde:

dicho conjunto de compensador (18) comprende múltiples compensadores elastoméricos que se extienden longitudinalmente (20A, 20B) para contener un líquido de refrigeración del motor, una carcasa del compensador (22) para encerrar dichos compensadores elastoméricos (20A, 20B) , y al menos un dispositivo para asegurar dichos compensadores elastoméricos (20A, 20B) entre sí dentro de dicha carcasa del compensador (22) ; el tubo de transporte (28) es parcialmente insertable en cada uno de dicho motor sumergible (14) y un primer de dichos compensadores elastoméricos (20A) para transmitir un líquido de refrigeración del motor entre los mismos, y la brida (26) está configurada para conectar dicho conjunto de compensador (18) a dicho motor sumergible (14) ; dichos compensadores elastomérico (20A, 20B) comprenden respectivamente un extremo de acoplamiento (32) , y un extremo flotante (34) sustancialmente opuesto a dicho extremo de acoplamiento (32) , y una serie de crestas (36) y surcos (38) alternantes que se extienden anularmente entre dicho extremo de acoplamiento (32) y dicho extremo flotante (34) ;

dicho extremo flotante (34) de dicho primer de dichos compensadores elastoméricos (20A) está al menos parcialmente abierto para permitir el paso del líquido de refrigeración del motor a través del mismo y puede hacerse funcionar para acoplar dicho extremo de acoplamiento (32) de un segundo de dichos compensadores elastoméricos (20B) ; dicho al menos un dispositivo para la fijación se puede hacer funcionar para asegurar un acoplamiento entre dicho primer de dichos compensadores elastoméricos (20A) y dicho segundo de dichos compensadores elastoméricos (20B) ; dicho tubo de transporte (28) recibido por dicho extremo de acoplamiento (32) de dicho primer de dichos compensadores elastoméricos (20A) define un punto de máxima contracción de dichos compensadores elastoméricas (20A, 20B) más allá del que dicho extremo flotante (34) de dicho primer de dichos compensadores elastoméricos (20A) no pueden moverse; y un extremo de dicha carcasa del compensador (22) opuesto a dicho extremo de conexión (34) define un punto de máxima expansión de dichos compensadores elastoméricos (20A, 20B) más allá del que dicho extremo flotante (34) de dicho segundo de dichos compensadores elastoméricos (20A, 20B) no puede moverse.

10. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 9, donde dicho extremo flotante (34) de dicho segundo de dichos compensadores elastoméricos (20B) está cerrado herméticamente para evitar el paso del líquido de refrigeración del motor a través del mismo.

11. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1 o reivindicación 9, donde al menos uno de dichos compensadores elastoméricos (20A, 20B) comprende además un tapón de drenaje (44) para permitir que el líquido de refrigeración del motor se retire del mismo.

12. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1 o reivindicación 9, donde dicha carcasa del compensador (22) comprende además un tapón de drenaje de la carcasa (46) para permitir que el líquido de 40 refrigeración del motor se retire de dicha carcasa del compensador (22) .

13. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1 o reivindicación 9, donde dicho conjunto de compensador (18) comprende además una línea de compensación de presión (48) que puede funcionar para controlar la liberación de un fluido gaseoso desde el interior de dicha carcasa del compensador (22) hasta el exterior 45 de dicha carcasa del compensador (22) .

14. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 9, donde dichos compensadores elastoméricas (20A, 20B) están principalmente configurados de politetrafluoroetileno y dicha carcasa del compensador (22) está principalmente configura de metal.

15. El sistema de bomba geotérmica sumergible (10) de la reivindicación 1 o reivindicación 9, donde dicho extremo de acoplamiento (32) es deslizantemente cooperativo con dicha superficie exterior de dicho tubo de transporte (28) y dicho extremo flotante (34) está acoplado de forma segura a dicho extremo remoto (42) de dicha carcasa del compensador (22 ) .