MX2012005208A - Bomba de dragado impulsada directamente por un iman permanente. - Google Patents

Abstract

Una bomba de dragado impulsada directamente por un imán permanente (100) tiene un motor de imán permanente (40), y un eje (41) conectado con el motor de imán permanente, y un cabezal de la bomba (49) está conectado con el extremo del eje opuesto al motor de imán permanente. El motor de imán permanente (40) tiene un alojamiento (42), un estator (62) colocado dentro del alojamiento, y un rotor (64) que coopera con el estator y coloca el interior del estator dentro del alojamiento. El rotor (64) se interconecta con el eje de tal modo que el movimiento de rotación creado por el motor de imán permanente (40) pueda ser directamente impartido al eje y, en consecuencia, al cabezal de la bomba sin el uso de una transmisión.

Description

BOMBA DE DRAGADO IMPULSADA DIRECTAMENTE POR UN IMAN PERMANENTE La presente invención se refiere al equipo de campos petroleros. Más particularmente, la presente invención se refiere a las bombas de dragado utilizadas en la producción y perforación de petróleo y gas. Más particularmente, la presente invención se refiere a la bomba de dragado que tiene un motor de imán permanente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las bombas de dragado son comúnmente utilizadas en la perforación de un pozo para pozos de gas y petróleo con el fin de lubricar el equipo de perforación (por ejemplo, sarta de perforación y brocas). La bomba de dragado está comúnmente ubicada en la superficie del pozo cerca de la torre de perforación de gas y petróleo. Una bomba de dragado típica tiene una entrada que es cooperante con un foso de lodo. Una salida de la bomba de dragado está conectada con la sarta de perforación para abastecer un flujo de lodo (u otro fluido de lubricación) a las brocas ubicadas en la parte inferior del pozo. El lodo viaja dentro de la sarta de perforación hacia la broca, donde el loco sale de la sarta de perforación y es reciclado ascendentemente a la superficie del pozo y hacia el foso de lodo. Durante el reciclado, el lodo viaja en el espacio anular entre la sarta de perforación y las paredes del pozo.

El fluido de perforación, como el lodo, puede servir para muchos propósitos, tales como proporcionar una presión hidrostática profunda dentro del pozo para que los fluidos (es decir, petróleo y gas) permanezcan dentro de la formación durante la perforación del pozo. Además para lubricar la sarta de perforación y las brocas mientras se perfora, el lodo presurizado se bombea hacia la sarta de perforación mediante la bomba de dragado que puede utilizarse para encender las brocas.

Las bombas de dragado de la técnica anterior son relativamente complejas, pesadas y pueden tener un gran espacio. Una bomba típica tiene un cabezal de bomba, una fuente de poder, y un mecanismo de acoplamiento que conecta el cabezal y la fuente de poder. Los mecanismos de acople pueden ser un eje y una transmisión o cualquier otros medios adecuados mecánicamente para transmitir la potencia a partir de la fuente de poder al cabezal de bomba.

Cabezales de bomba, fuentes de poder, y mecanismos de acople varían en cuanto a complejidad. Para las bombas de lodo, los cabezales de las bombas recíprocas pueden ser utilizados para bombear lodo para la perforación de petróleo y gas. El cabezal de la bomba recíproca puede tener cualquier número de arreglos pistón y cilindro. La fuente de poder puede ser un motor de CA de velocidad variable, un motor de CC, un motor de diesel/gasolina, o un motor hidráulico. Dos o más bombas de dragado tienen potencias nominales de más de 750 caballos de fuerza que se utilizan comúnmente para bombear el lodo mientras se perfora. El lodo que es bombeado puede ser una mezcla de lodo, agua, petróleo y otros materiales. Los fluidos lubricantes utilizados para perforar se conocen colectivamente como "lodo".

La Figura 1 muestra un anillo de perforación convencional 10 que utiliza una bomba 55 de dragado de la técnica anterior. La bomba de dragado 55 está montada al piso de plataforma 12 cerca de la torre de perforación de petróleo 1 1 . La bomba de dragado 55 tiene una línea de entrada 57 y una línea de salida 53. La línea de entrada 57 conecta la bomba de dragado 55 con el foso de lodo 59, donde el lodo es almacenado para su uso. La línea de salida 53 es apropiadamente conectada a la unidad de perforación 19 para bombear lodo presurizado a la sarta de perforación 14. El lodo viaja dentro de la sarta de perforación 14 hacia debajo de la broca de la barrena 51 , la cual rota dentro del pozo 16. El lodo sale de la sarta de perforación 14 cerca de la broca de la barrena 51 y es forzado mediante presión hasta el piso del pozo 12. El lodo se recicla de nuevo a la fosa de loto 59 a través de la línea 61. El lodo continuamente se bombea de esta manera durante las operaciones de perforación. Los malacates 26 extienden una línea de cable 24 alrededor de la polea 25 para elevar o bajar los tubos de perforación 14 desde y para el pozo 16. La polea 25 es también conocida como bloque fijo. El pozo 16 está formado en la tierra 50. Los tubos de perforación 14 pueden ser una sarta de perforación que es una serie de tubos de perforación que se extienden dentro del pozo 16 en la tierra 15. Los tubos de perforación individuales 14 están conectados a la sarta de perforación en la unión roscada 17. Las porciones de sarta de perforación pueden tener porciones del estabilizador que incluyan elementos del estabilizador 18 que se extiendan helicoidalmente a lo largo de la superficie externa de la tubería 14 para acoplar la pared del pozo 16 de una manera que centre la tubería 14 ahí.

La sarta de perforación 26 extiende y retrae la línea de cable 24 sobre la polea 25 que está montada en la torre de perforación de petróleo 1 1 para elevar y bajar la unidad de perforación 19 que sostiene los tubos de perforación 14. La línea 24 está conectada a la polea viajera 23. La polea viajera 23 está suspendida y se mueve hacia arriba y hacia abajo por la línea 24 la cual se extiende y retrae mediante los malacates 26. La polea viajera 23 está conectada a la unidad de perforación 19. La unidad de perforación 19 tiene un eslabón giratorio 22 en su extremo superior en donde el fluido de perforación es introducido hacia la tubería de perforación 14, y por el cual la unidad de perforación 19 está suspendida a partir de la polea viajera 23. La unidad de perforación 19, el manejador de tuberías 21 , y las partes asociadas conectadas se mueven verticalmente a lo largo del eje 20. El movimiento vertical es guiado por dos rieles guía verticales, o vías, 27 que están rígidamente fijos a la torre de perforación 1 1 . La unidad de perforación 19 está fijada a un carro 28. El carro 28 tiene rodillos que se acoplan a los rieles 27. Los rieles 27 guían el carro 28 para movimientos verticales hacia arriba y hacia abajo a lo largo de los rieles 27 paralelos a los ejes verticales 20. La tubería de perforación 14 es insertada hacia y removida desde el pozo 16 a través de la boca de pozo 13.

Un problema asociado con las bombas de dragado es que las pulsaciones de los pistones en los cilindros del cabezal de la bomba crean armónicos negativos. Estos armónicos negativos pueden afectar la eficiencia del bombeo entre la fuente de poder y el cabezal de la bomba. Así, la eficiencia y la efectividad de la bomba de dragado se ve afectada cuando están presentes los armónicos negativos. Cuando las bombas de dragado operan menos eficientemente de lo esperado, menos lodo es bombeado por unidad de poder utilizada, así, los armónicos negativos causan un incremento en los costos de consumo de energía y se incrementa el desgaste en la fuente de poder (por ejemplo: un motor) de la bomba de dragado. Como tal, existe la necesidad de mitigar los armónicos negativos asociados con las bombas de dragado.

Otro problema asociado con las bombas de dragado es que corrigen el equipo asociado para aligerar los armónicos negativos que requieren de un cambio de velocidad de la bomba de dragado, si se está acelerando o alentando la bomba a un tope para hacer varios ajustes en la bomba de dragado. La velocidad del cabezal de dragado está controlada mediante la velocidad de la fuente de poder. Los (motores) con fuente de poder de la técnica anterior tienen fuertes fuerzas de inercia que los hacen difíciles de incrementar o disminuir fácilmente en cuanto a velocidad. Además, para cambiar la velocidad lo más rápido posible en los motores de la técnica anterior, se necesita mucha energía. Además, es común para las bombas de dragado tener transmisiones complejas que acoplen el cabezal de la bomba al motor y crear además la resistencia para cambios rápidos en cuanto a velocidad. Así, existe la necesidad de una fuente de poder que permita un cambio rápido de velocidad en tiempo real de la fuente de poder para remover rápidamente los armónicos negativos desde la bomba de dragado.

En el pasado, varias patentes han publicado con respecto a las bombas de dragado. Por ejemplo, La Publicación de Patente Estadounidense No. 2007/0261888, publicada el 15 de Noviembre, 2007 de Urquhart, divulga un sistema para bombear fluido (por ejemplo, pero no está limitado a, un fluido de perforación) que tiene un aparato de bomba con una sección de bombeo y una sección de motor. La sección de bombeo tiene una entrada y una salida. La sección de motor tiene un eje para un movimiento alternativo dentro y fuera de la sección de bombeo para que de manera alternativa succione el fluido hacia la entrada y el fluido de la bomba salga al exterior. El motor es un motor lineal de imán permanente para mover el eje en un movimiento alternativo.

La Patente Estadounidense No. 5,375,098, presentada el 20 de Diciembre, 1994 de Malone y colaboradores, divulga una herramienta LWD que tiene un estator, un rotor el cual rota con respecto al estator efectuando de este modo una señal en el líquido del pozo que fluye a través de éste, un motor CC sin escobillas acoplado al rotor para impulsar el rotor, un sensor de posición acoplado al motor para detectar la posición de rotación del motor, un motor de accionamiento electrónico acoplado al motor para impulsar el motor, y un microprocesador acoplado al sensor de posición y a la unidad electrónica para controlar las señales de impulso del motor basadas en las posiciones del motor actuales y las deseadas. Al controlar la señal de impulso del motor, la velocidad del motor es controlada, efectuando de este modo cambios en la frecuencia y/o fase de la señal en el fluido o lodo del pozo. Con la habilidad de cambiar la frecuencia y/o fase, pueden utilizarse las técnicas de codificaciones diferentes tales como el tipo PSK y el tipo FSK.

La Patente Estadounidense No. 5,306,124, presentada el 26 de Abril, 1994 de Back, divulga un ensamble de bomba de dragado que tiene un alojamiento con lado de montaje del motor directamente conectado a un motor estándar de accionamiento hidráulico. El alojamiento de la bomba soporta, y parcialmente encierra, un ensamble de cojinete el cual soporta el eje impulsor de la bomba. Un sello del eje impulsor tipo esfera está localizado entre el ensamble del cojinete y el impulsor. La caja del motor completa el encierro del ensamble del cojinete con el eje impulsor. La línea de drenaje de la caja del motor se acopla al alojamiento de la bomba de dragado para continuar con la presión de lubricación del ensamble del cojinete. En una modalidad, el fluido drenado de la caja es regresado desde el alojamiento de la bomba de dragado hacia el depósito de fluido hidráulico para el motor hidráulico.

La Patente Estadounidense No. 5,259,731 , presentada el 9 de Noviembre, 1993 de Dhindsa y colaboradores, divulga un sistema para bombear un fluido hacia una salida de presión común. El sistema tiene bombas alternativas. Un sensor separado acoplado a un cilindro de cada bomba proporciona una señal eléctrica cada vez que el pistón en ese cilindro está en una posición predeterminada. Un circuito de control de velocidad se proporcionó para ajustar independientemente la velocidad de cada bomba. El control de velocidad manual para cada bomba se proporciona a través de un regulador separado para cada bomba. Un circuito de control de bomba acoplado a cada uno de los reguladores, sensores y circuitos de controles de velocidad controla la operación del sistema.

La Patente Estadounidense No. 4,242,057, presentada el 30 de Diciembre, 1980 de Bender, divulga una bomba de dragado para el servicio de un pozo petrolero en una torre de perforación que incluye un par de combinaciones paralelas, un pistón-cilindro alternativo, motor-bomba. Las combinaciones motor-bomba están dispuestas de manera opuesta de modo tal que uno esté bombeando mientras el otro está cargando. La inversión del motor se logra a través de una válvula del carrete accionado hidráulicamente el cual es secundario a las bielas comunes del pistón de las combinaciones respectivas, motor-bomba en serie. La válvula del carrete accionado hidráulicamente es hidráulicamente secundaria a los motores para efectuar la inversión del motor. Una caja única flotante de relleno se proporciona en el lado del motor de cada combinación la cual acomoda el cambio de la biela lateral mientras mantiene un sello hermético del fluido.

La Patente Estadounidense No. 5,146,433, presentada el 8 de Septiembre, 1992 de Kosmala y colaboradores, divulga un método para recuperar una señal de datos LWD o MWD en presencia del ruido de la bomba de dragado. El método incluye los pasos para calibrar la presión de la bomba de dragado como una función de la posición del pistón de la bomba de dragado, rastreo de la posición del pistón durante la transmisión de la señal de datos de LWD o MWD, y utilizar la información de calibración para quitar el ruido de la bomba de dragado. La calibración se logra en la ausencia de la señal de datos LWD o MWD para proporcionar una correlación entre la posición del pistón de la bomba de dragado y la presión del lodo de perforación. Cuando se genera la señal de datos LWD o MWD, la posición lodo-pistón bomba es rastreada para que la presión de la bomba pueda ser sustraída y la señal de LWD o MWD se recupere.

La Patente Estadounidense No. 5,616,009, presentada el 1 de Abril de 1997 de Birdwell, divulga un multi-cilindro, y una bomba de dragado de acción doble. La bomba de dragado tiene un pistón accionado hidráulicamente en un cilindro el cual se conecta con un vástago del émbolo. La biela impulsa un segundo pistón a un cilindro adaptado a una bomba de dragado. El primer pistón es impulsado por un aceite hidráulico emitido a presión hacia los colectores de admisión a través de un aparato de válvulas impulsoras de manera independiente las cuales sincronizan la entrega del fluido hidráulico para el golpe de potencia principal y además sincroniza la descarga del fluido hidráulico para el regreso del golpe de potencia secundario. Un sistema de válvulas independientemente controla la bomba sincronizando múltiples pistones en múltiples cilindros. Adicionalmente, las válvulas de entrada entregan fluido de lodo a baja presión en el lado de entrada del pistón de compresión de lodo, y una válvula de salida atraviesa con el vástago del émbolo para dirigir la salida del flujo de lodo.

La Patente Estadounidense No. 4,527,959, presentada el 9 de Julio, 1985 de Whiteman, divulga una bomba para circular fluido de perforación a un pozo durante la perforación. La bomba tiene un par de ensambles de pistón de dos extremos que hidráulicamente corresponden en direcciones opuestas mediante un arreglo de accionamiento hidráulico común. Cada ensamble de pistón tiene un pistón relativamente largo en un extremo y un pistón relativamente pequeño en un extremo opuesto. Varios pistones corresponden dentro de cilindros dimensionados apropiadamente. Cada cilindro tiene un extremo de trabajo con una válvula de admisión unidireccional a través de la cual el fluido de perforación es extraído a partir de un tanque de abastecimiento y una válvula de descarga unidireccional a través de la cual el fluido de perforación es descargado en el pozo.

Es objetó de la presente invención es proporcionar una bomba de dragado impulsada directamente.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado que ha reducido los efectos inerciales.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado donde el cabezal de la bomba es directamente impulsado por el motor.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado que utiliza un imán permanente en el motor.

Es un objeto adicional de la presente invención el proporcionar una bomba de dragado que no requiera de un mecanismo de engranajes.

Es un objeto adicional de la presente invención el proporcionar una bomba de dragado que tenga una densidad de potencia muy alta.

Es todavía otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado que tenga un peso relativamente ligero.

Es todavía otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado que pueda ser fácilmente transportada a los sistemas convencionales de ruta.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado la cual no requiere de ensamblado además de la instalación en el campo petrolero.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado que sea fácilmente reemplazable en el campo petrolero.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar una bomba de dragado que reduce los costos de operación y reparación.

Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención se volverán aparentes a partir de la lectura de las especificaciones adjuntas y de las reivindicaciones anexas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es una bomba de dragado impulsada directamente por un imán permanente que comprende un motor de imán permanente, un eje conectado al motor de imán permanente, y a un cabezal de la bomba conectado al extremo del eje opuesto a motor de imán permanente. El motor de imán permanente comprende un alojamiento, un estator colocado dentro del alojamiento, y un rotor cooperante con el estator y el interior del estator colocado dentro del alojamiento. El rotor es interconectado con el eje para que el movimiento de rotación transmitido por el motor de imán permanente pueda ser directamente transmitido al eje, y en consecuencia al cabezal de la bomba.

El alojamiento comprende una cámara interior rodeada por una pared. El estator es colocado de manera adyacente a la pared del alojamiento. El estator tiene una pluralidad de bobinas que se extienden alrededor. Las bobinas se mantienen en una relación espaciada alrededor de una superficie interna del estator. Las bobinas se extienden de manera radial hacia adentro desde la pared al alojamiento. Las trayectorias de flujo de aire adecuadas se proporcionan a través del alojamiento para mejorar el efecto de enfriamiento del intercambio de aire con el estator.

Un rotor es colocado en el interior del estator. El rotor es un miembro anular. Los imanes permanentes están localizados en una relación espaciada entre sí alrededor de la periferia del rotor. Los imanes permanentes son cooperantes con las bobinas para proporcionar el efecto-motor del motor de imán permanente. Una placa impulsora se fija al rotor. La placa impulsora tiene una abertura interior adecuadamente formada para acoplar la nervadura del eje asociado. La placa impulsora del rotor recibe el eje. De este modo, cuando se imparten fuerzas de rotación al rotor, las fuerzas de rotación son directamente impartidas al eje y al cabezal de la bomba asociada. De este modo, la presente invención es capaz de rotar directamente el eje sin la necesidad de un mecanismo de engranes o sistemas de transmisión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra una vista elevada lateral de una plataforma petrolífera que utiliza una bomba de dragado de la técnica anterior.

La Figura 2 muestra una vista elevada lateral de la modalidad preferente de la bomba de dragado impulsada por un imán permanente de la presente invención.

La Figura 3 muestra una vista elevada lateral de un cabezal de bomba utilizado con la bomba de dragado de la presente invención.

La Figura 4 muestra una vista transversal seccionada del motor de imán permanente de la presente invención.

La Figura 5 muestra una vista en planta de la placa impulsora asociada con el motor de imán permanente de la presente invención.

La Figura 6 muestra una vista en perspectiva del rotor del motor de imán permanente de la presente invención.

La Figura 7 muestra una vista en perspectiva del estator del motor de imán permanente de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Refiriéndonos a la Figura 2, se muestra una vista elevada lateral de la modalidad preferente de la bomba de dragado impulsada directamente por un imán permanente 100 de la presente invención. La bomba de dragado 100 tiene un motor de imán permanente 40. Un eje 41 es conectado al motor de imán permanente 40. Un cabezal de la bomba 49 es fijado al extremo 47 del eje 41 opuesto al motor de imán permanente 40. El motor de imán permanente 40 rota el eje 41 el cual rota las partes apropiadas en el cabezal de la bomba 49. El eje 41 se extiende hacia el interior del motor 40. La rotación del cabezal de la bomba 49 causa que el lodo sea absorbido por el cabezal de la bomba 49 a través de la línea de entrada 63, presurizado en el cabezal de la bomba 49, y descargado bajo presión a partir del cabezal de la bomba 49 a través de la línea de descarga 65. Un eje longitudinal de un cigüeñal en el cabezal de la bomba 49 se alinea con el eje longitudinal del eje 41. Los ejes longitudinales son generalmente paralelos al piso de plataforma 12. El motor de imán permanente 40 descansa sobre el piso de plataforma 12. El motor de imán permanente 40 tiene un alojamiento 42. Un rotor y un estator están localizados dentro del alojamiento 42. El alojamiento 42 tiene una forma generalmente cilindrica. El eje 41 se extiende hacia fuera del interior del motor de imán permanente 40. La entrada de aire frío 52 lleva aire frío al rotor y al estator que están localizados dentro del interior del alojamiento 42. El aire circula dentro del interior del alojamiento 42 alrededor del rotor y el estator para enfriar el rotor y el estator. El aire caliente deja el alojamiento 42 a través del orificio de descarga 56. El orifico de descarga 56 permite la descarga de aire caliente desde el interior del alojamiento 42.

Refiriéndonos a la Figura 3, se muestra una vista elevada lateral de un cabezal 49 de bomba preferente de la presente invención. El cabezal de bomba 49 tiene un extremo de potencia y un extremo de fluido. El extremo de potencia tiene un cigüeñal. El cigüeñal está conectado al eje 41 , el cual está conectado a un motor de imán permanente 40. El motor 40 gira el eje 41 , el cual gira el cigüeñal. El cigüeñal imparte energía a través de varios engranes, es decir, el engrane principal y el engrane de la bomba de lubricación, al vástago del émbolo. El vástago del émbolo oscila a través de una cámara así como para succionar el lodo hacia el distribuidor de aspiración. El pistón crea una presión en el distribuidor para que el lodo sea descargado bajo presión a través del distribuidor de aspiración. El eje 41 directamente impulsa el cigüeñal. El cigüeñal se ensambla a través de la parte superior del marco del cabezal de bomba 49. El ensamble de este modo es más rápido y menos complejo.

Refiriéndonos a la Figura 4, se muestra una vista en sección transversal del alojamiento 42 del motor de imán permanente 40. Como puede observarse, el alojamiento 42 define una cámara interior 60. Un estator 62 se fija a la pared del alojamiento 42. El estator 62 se extiende alrededor de la circular interior del alojamiento 42. Un rotor 64 es colocado en proximidad cercana al estator 62. El rotor 64 tiene una pluralidad de imanes permanentes formados alrededor de su periferia (descritos con más detalle más adelante). El estator 62 tiene bobinas 62 de cable colocadas alrededor de la superficie interna del estator 62. La interacción de las bobinas del estator 62 y los imanes permanentes del rotor 64 proporcionan la potencia de rotación del motor de imán permanente 40. Una placa impulsora 66 se fija a la parte superior del rotor 64. El eje 41 se acopla con la placa impulsora 66 para que la energía de rotación impartida a la placa impulsora 66 mediante el rotor 64 sea impartida al eje 41. El eje 41 se extiende hacia fuera desde la cámara interior 60 del alojamiento 42.

Los motores de imán permanente rotan debido al movimiento de torsión que a la interacción que causan los dos campos magnéticos. Los campos magnéticos so creados mediante los imanes permanentes montados en el rotor de rotación y el campo magnético que induce las bobinas estacionarias del estator. El torque es mayor cuando el vector magnético del rotor está a un ángulo de 90 grados del vector magnético del estator. En esta posición, este fuerza los polos del rotor para rotar en dirección del campo del estator. En un motor de CC sin escobillas impulsado de manera trapezoidal, un flujo de corriente alterna de manera secuencial a través de dos de las tres bobinas que generan el campo del estator. La tercera bobina restante monitorea la parte posterior del EMF (fuerza electromotriz) de las dos bobinas activas. La fuerza electromotriz posterior ocurre cuando gira un motor de imán permanente. Cada bobina genera un voltaje que se opone al voltaje principal de las bobinas. La fuerza electromotriz posterior depende de la velocidad angular del rotor, se genera el campo magnético de los imanes del rotor, y el número de giros en las bobinas del estator. La EMF posterior del motor provine de la retroalimentación de la posición del rotor con respecto a las bobinas del estator. Los motores de imán permanente tienen sensores que proporcionan una posición de retroalimentación similar. Con una conmutación sinusoidal, la cual utiliza el motor síncrono de imán permanente, la unidad de control de circuitos simultáneamente alimenta las tres bobinas.

Los motores de imán permanente han estado comercialmente disponibles desde la década de los 90. Sin embargo, los motores de imán permanente no han expandido el uso debido al alto costo asociado con los imanes permanentes caros del rotor. Adicionalmente, sus complejos algoritmos de control requieren de pericia en la ingeniería especializada así como un gasto adicional de un procesador integrado. Los motores de imán permanente son más eficientes que los motores de inducción de CA. Sin embargo, debido al reciente incremento en el precio del cobre, los motores actuales de inducción basados en bobinas se han vuelto más caros y los motores de imán permanente se han vuelto comparativamente menos caros. De manera adicional, avances recientes en la tecnología han mejorado la salida de potencia de los motores de imán permanente en donde dichos motores tienen una densidad superior de potencia para esos motores existentes de inducción. De este modo, el motor de imán permanente 40, como se ilustró en la Figura 4, proporciona una salida de potencia superior para el accionamiento directo del eje 41 y el tambor 43 de la bomba de dragado 100.

Refiriéndonos a la Figura 5, se muestra una vista en planta de la placa impulsora 66 del motor de imán permanente 40 de la bomba de dragado 100 de la presente invención. La placa impulsora 66 tiene una forma circular con una periferia externa 90. Los orificios de los pernos 92 están formados adyacentes a la periferia exterior 90. Los orificios de los pernos 92 se permiten para la fijación de los pernos de la placa impulsora 66 de la parte superior del rotor. Una apertura estriada 94 está formada centralmente en la placa impulsora 66 para acomodar la nervadura del eje 41.

Los orificios de circulación de aire 96 se forman alrededor del interior de la placa impulsora 66. Los orificios 96 facilitan la circulación del aire dentro del motor de imán permanente 40.

Refiriéndonos a la Figura 6, se mostró una vista en perspectiva aislada del rotor 64 del motor de imán permanente 40 de la bomba de dragado 100 de la presente invención. La placa impulsora 66 puede estar montada directamente en la parte superior del rotor 64. Las pilas de imán permanente 104 están fijas a la superficie exterior 102 del rotor 64 en relación espaciada entre sí. Los espaciadores 106 sirven para aislar una de las pilas de imán permanente desde una pila adyacente. Los espaciadores 106 pueden ser elementos separados o pueden ser simplemente una superficie formada en la periferia externa del rotor 64. El rotor 64 tiene un orificio del cojinete del rotor 1 10 formado centralmente en esto.

Refiriéndonos a la Figura 7, se muestra una vista en perspectiva aislada del estator 62 del motor de imán permanente 40 de la bomba de dragado 100 de la presente invención. El estator 62 tiene una cubierta exterior 120 la cual sirve para espaciar las bobinas 122 desde la pared interior del alojamiento 42. Las bobinas 122 se extienden de manera radial hacia adentro del mismo. La superficie interior 124 de las bobinas 122 define una abertura circular en la cual es colocado el rotor 64. Como resultado, las pilas de imán permanente 104 están en proximidad cercana con las bobinas 122 para que el motor de imán permanente 40 pueda operar adecuadamente. Los equipos de electrónica adecuada están conectados al motor de imán permanente 40 para facilitar la operación adecuada del motor de imán permanente 40.

En la presente invención, se apreciará que la bomba de dragado 100 impulsada directamente por el imán permanente esté directamente conectada al eje 41. De este modo, no hay engranes u otro mecanismo de transmisión que estén interconectados en estás áreas. La bomba de dragado 100 proporciona así una densidad de potencia mejorada para la rotación adecuada de la sarta de perforación en una configuración relativamente ligera. El peso asociado con los sistemas de transmisión es efectivamente evitado por la presente invención. Además, la complexidad de instalar dichos sistemas de transmisión para que la potencia del motor de inducción pueda ser transmitida al sistema impulsor es evitada en la presente invención. Como resultado, la bomba de dragado impulsada directamente por un imán permanente de la presente invención puede servir para un propósito adecuado de rotación del cabezal de la bomba 49 con un peso mínimo. A diferencia de los motores actuales asociados con las operaciones de perforación que puedan pesar en exceso 100,000 libras, el motor de imán permanente 40 de la presente invención sólo pesa aproximadamente 60,000 libras. Así, este puede ser fácilmente transportado sobre los caminos en un camión convencional. A diferencia de la técnica anterior, el motor 40 no tiene que ser ensamblado en si mismo o con el sistema de transmisión en el campo. Así, la presente invención evita el requerimiento especializado de instalación personal que podría de otro modo ser requerido para aquellos sistemas que requieren de transmisiones entre el motor 40 y el cabezal de bomba 49. La reducción de peso del motor de imán permanente 40 de la presente invención evita ciertos efectos de inercia que podrían de otro modo afectar adversamente la operación de los motores convencionales de inducción. El motor 40 de la presente invención puede ser intercambiado, como se desee, para usarse en asociación con la bomba de dragado 100 o los malacates 26 de la torre de perforación. Ya que los sistemas de transmisión no son requeridos, se puede proporcionar un suministro de dichos motores de imán permanente 40 a la operación de perforación para utilizarse ya sea en asociación con la bomba de dragado o para otros propósitos. Si hubiera una falla de cualquiera de los motores 40, entonces cualquiera de los otros motores podría ser sustituido por consiguiente sin ningún tiempo de inactividad en la torre de perforación.

Directamente impulsa el cabezal de la bomba 49 con el motor 40 acoplado directamente al cigüeñal eliminando la reducción interna y externa del engrane. La reducción interna del engrane usualmente implica un engrane piñón y un engranaje de giro. Un engranaje principal es montado directamente en el cigüeñal y el engrane piñón es montado al marco de la bomba. La reducción del engrane externo es típicamente lograda utilizando una cadena y un sistema impulsor de una rueda dentada o una roldana y sistema de correas. En una bomba accionada por cadena, la rueda dentada pequeña está directamente montada al motor y la rueda dentada más grande accionada está montada al eje del engrane piñón. En las bombas accionadas por correas, la roldana pequeña está directamente montada al motor y la roldana más grande accionada es montada al eje del engrane piñón. La presente invención elimina el uso de estos componentes. Al eliminar estos componentes, el accionamiento se simplifica al reducir las partes en movimiento en la transmisión de potencia por más del 50%. Esto reduce la necesidad de mantenimiento y los costos de por vida del producto en general.

La presente invención contempla que el motor 40 incluya un motor de imán permanente múltiple.

La divulgación anterior y la descripción de la invención es ilustrativa y explicatoria de esto. Varios cambios en los detalles de la construcción ilustrados pueden hacerse dentro del alcance de las presentes reivindicaciones sin apartarse del verdadero espíritu de la invención. La presente invención sólo deberá estar limitada por las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes legales.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Una bomba de dragado impulsada directamente caracterizada porque además comprende: un motor de imán permanente; un eje conectado a dicho motor de imán permanente; y un cabezal de bomba conectado a un extremo de dicho eje opuesto del motor de imán permanente.

2. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizada además porque dicho motor de imán permanente comprende: un alojamiento; un estator colocado dentro de dicho alojamiento; y un rotor cooperante con dicho estator y colocado en el interior de dicho estator dentro de dicho alojamiento.

3. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizada además porque el rotor está interconectado con dicho eje de modo tal que el movimiento de rotación impartido por dicho motor de imán permanente es directamente impartido a dicho eje.

4. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizado además porque dicho alojamiento comprende: una cámara interior; y una pared rodeada de dicha cámara interior, dicho estator está colocada de manera adyacente a dicha pared de dicho alojamiento.

5. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizada además porque dicho estator tiene una pluralidad de bobinas que se extienden alrededor de la misma, dicha pluralidad de bobinas están en relación espaciada alrededor de la superficie interna de dicho estator.

6. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 5, caracterizada además porque dichas bobinas se extienden de manera radial hacia adentro desde dicha pared del alojamiento.

7. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizada además porque dicho alojamiento tiene por lo menos dos trayectorias de flujo de aire, una de estas en por lo menos dos trayectorias de flujo de aire son adecuadas para permitir que el aire a temperatura ambiente entre en dicho alojamiento, la otra de estas trayectorias de flujo de aire es adecuada para permitir que el aire caliente salga de dicho alojamiento.

8. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizado además porque el rotor es un miembro anular.

9. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 8, caracterizada además porque dicho rotor tiene una pluralidad de imanes permanentes en relación espaciada alrededor de una periferia externa de dicho rotor, dichos imanes permanentes son cooperantes con las bobinas colocadas en dicho estator.

10. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizado porque además comprende: una placa impulsora fijada a dicho rotor.

11. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 10, caracterizado además porque dicha placa impulsora tiene una abertura interior ranurada adecuada para acoplar una nervadura formada en dicho eje.

12. Una bomba de dragado impulsada directamente caracterizada porque además comprende: un motor de imán permanente caracterizado porque además comprende: un alojamiento; un estator colocado dentro de dicho alojamiento; y un rotor cooperante con dicho estator y colocado en el interior del estator dentro del alojamiento: un eje conectado a dicho motor de imán permanente; y un cabezal de bomba conectado a un extremo de dicho eje opuesto al motor de imán permanente.

13. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizada además porque el rotor está interconectado con dicho eje de modo tal que el movimiento de rotación impartido por dicho motor de imán permanente está directamente impartido a dicho eje.

14. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizada además porque dicho alojamiento comprende: una cámara interior; y una pared que rodea dicha cámara interior, el estator está colocado de manera adyacente a dicha pared del alojamiento.

15. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizada además porque el estator tiene una pluralidad de bobinas que se extienden alrededor de éstas, dicha pluralidad de bobinas están en relación espaciada alrededor de una superficie interna de dicho estator, dicha pluralidad de bobinas se extiende de manea radial hacia adentro desde dicha pared de dicho alojamiento.

16. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizada además porque dicho alojamiento tiene por lo menos dos trayectorias de flujo de aire, una de ellas por lo menos tiene trayectorias de flujo de aire que son adecuadas para permitir que entre aire a temperatura ambiente hacia dicho alojamiento, el otro tiene por lo menos dos trayectorias de flujo de aire que son adecuadas para permitir que el aire caliente salga de dicho alojamiento.

17. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizada además porque dicho rotor es un miembro anular que tiene una pluralidad de imanes permanentes en una relación espaciada alrededor de una periferia externa de dicho rotor, dichos imanes permanentes son cooperantes con las bobinas colocadas en dicho estator.

18. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 12, caracterizado porque además comprende: una placa impulsora fija a dicho rotor.

19. La bomba de dragado impulsada directamente de conformidad con la Reivindicación 18, caracterizada además porque dicha placa impulsora tiene una abertura interior ranurada adecuada para acoplar una nervadura formada en dicho eje.

20. Un motor de imán permanente para utilizarse con una bomba de dragado caracterizado porque además comprende: un alojamiento que tiene una pared y una cámara interior un estator colocado dentro de dicho alojamiento adyacente a dicha pared, el estator tiene una pluralidad de bobinas que se extienden alrededor de ésta. un rotor colocado en el interior de dicho estator dentro del alojamiento, dicho rotor es un miembro anular que tiene una pluralidad de imanes permanentes en una relación espaciada alrededor de una periferia externa de dicho rotor, dichos imanes permanentes son cooperantes con dicha pluralidad de bobinas de dicho estator. una placa impulsora fijada a dicho rotor; y un eje fijado a dicha placa impulsora, dicho eje se extiende hacia fuera desde el alojamiento.