"MÉTODO PARA ESTIMULAÇÃO ÁCIDA DE UMA FORMAÇÃO DE POÇO SUBTERRÂNEO PARA MELHORAR A PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO" Fundamento
Refere-se a invenção a um método para estimulação ácida de
uma formação de poço subterrâneo para melhorar a produção de hidrocarboneto.
Diversas técnicas evoluíram para tratar uma formação de poço subterrâneo para estimular produção de hidrocarboneto. Por exemplo, métodos de acidificação com fratura hidráulica foram utilizados muitas vezes, de acordo com os quais uma porção de uma formação a ser estimulada é isolada utilizando engaxetamentos convencionais, ou similares, e um fluido de estimulação que contém géis, ácidos, lama de areia e similares, é bombeado através do furo do poço para o interior da porção isolada da formação. O fluido de estimulação pressurizado empurra contra a formação com uma força muito elevada para estabelecer e estender rachaduras na formação. Contudo, o requisito para isolar a formação com o engaxetamentos consome tempo e soma consideravelmente ao custo do sistema.
Também, métodos de espremedura foram utilizados, os quais envolvem introduzir fluidos de estimulação que contém ácidos para formações do tipo carbonato a uma pressão que é mais elevada do que a pressão da formação (porém não tão elevada quanto a pressão de fluido nos métodos de fraturamento), fazendo com que o fluido infiltre os poros na formação e reaja com a formação para aumentar os poros. Contudo, isto é um método relativamente lento e produz aberturas relativamente pequenas na formação. Também, uma vez que estes fluidos de estimulação são usualmente muito reativos, especialmente a temperaturas elevadas, o fluido é muitas vezes gasto de maneira prematura junto do furo de poço ou na formação. Assim, nenhum alcance estendido é alcançado e o ponto de entrada de fluido é muitas vezes enormemente aumentado. Como resultado, é impossível formar dedos ácidos de passes múltiplos relativamente longos efetivos através da face do furo de poço, especialmente em reservatórios de baixa permeabilidade que requerem penetração profunda.
A reatividade química do ácido pode ser reduzida utilizando diversas maneiras e uma delas é a utilização de espumas. Uma vez que espumas são também bons materiais de prevenção de vazamento, elas ajudam a criar grandes fraturas. Convencionalmente, equipamento de formação de espuma é fornecido na superfície do solo, o qual cria uma espuma que é então bombeada furo abaixo. Contudo, espumas tem coeficientes de atrito muito maiores e efeitos hidrostáticos reduzidos, ambos os quais aumentam severamente as pressões requeridas para tratar o poço.
Portanto, o que é necessário é um tratamento de estimulação que combine a maior parte de todas as características dos tipos acima de acordo com o que, a necessidade para engaxetamentos de isolamento é eliminada, a geração de espuma é realizada no local furo abaixo, a profundidade de penetração é melhorada e a reação do ácido de fraturamento com a formação é controlada de modo que reação prematura do ácido com a formação é impedida. Sumário
De acordo com uma configuração da presente invenção as técnicas de fraturamento com um ácido e de espremedura são combinadas para produzir uma estimulação aperfeiçoada da formação. Para esta finalidade um fluido de estimulação é descarregado através de uma coluna de trabalho e para o interior de uma formação a uma pressão de impacto e velocidade relativamente elevadas sem a necessidade por engaxetamentos de isolamento para fraturar a formação. Breve descrição dos desenhos
A Figura 1 é uma vista em corte de um aparelho de fraturamento de acordo com uma configuração da presente invenção, mostrada em um furo de poço vertical.
A Figura 2 é uma vista em elevação explodida de dois componentes do aparelho da Figura 1.
A Figura 3 é uma vista em seção transversal dos componentes da Figura 2.
A Figura 4 é uma vista em corte de um aparelho de fraturamento de acordo com uma configuração da presente invenção, mostrado em um furo de poço que tem um desvio horizontal.
A Figura 5 é uma vista similar àquela da Figura 1, porem delineando uma configuração alternativa do aparelho de fraturamento da presente invenção mostrado em um furo de poço vertical.
A Figura 6 é uma vista similar àquela da Figura 5, porem delineando o aparelho de fraturamento da configuração da Figura 5 em um furo de poço que tem um desvio horizontal. Descrição detalhada
Fazendo referência à Figura 1, um aparelho de estimulação de acordo com uma configuração da presente invenção está mostrado instalado em um furo de poço ou subterrâneo que se estende substancialmente de maneira vertical 10 que penetra uma formação subterrânea produtora de hidrocarboneto 12. Um revestimento 14 se estende desde a superfície do solo (não mostrado) para o interior do furo de poço 10 e termina acima da formação. O sistema de estimulação inclui uma coluna de trabalho 16 na forma de tubulação ou tubulação em bobina, que também se estende desde a superfície do solo e através do revestimento 14. A coluna de trabalho 16 se estende além, ou baixo, a extremidade do revestimento 14 como visto na Figura Ie uma extremidade da coluna de trabalho 16 é conectada a uma extremidade de uma conexão de redução de jato tubular 20 em uma maneira a ser descrita. A conexão de redução de jato tem uma pluralidade de aberturas vazadas 22 usinadas através de sua parede, que formam jatos de descarga que serão descritos em detalhe mais tarde.
Uma conexão de redução de válvula 26 é conectada à outra extremidade da conexão de redução de jato 20 também em uma maneira a ser descrita. A extremidade da coluna de trabalho 16 na superfície do solo é adaptada para receber um fluido de estimulação a ser descrito em detalhe e a conexão de redução de válvula 26 está normalmente fechada para fazer escoamento do fluido de estimulação para descarregar a partir da conexão de redução de jato 22. A conexão de redução de válvula 26 é opcional e é geralmente requerida para permitir métodos de circulação inversa em emergência, algo como durante peneiramentos, falhas de equipamento, e etc. Um anel 28 é formado entre a superfície interna do furo de poço 10 e as superfícies externas da coluna de trabalho 16 das conexões de redução 20 e26.
O fluido de estimulação inclui um ácido convencional que é utilizado na acidifícação por espremedura ou em matriz, discutidos acima juntamente com diversos aditivos que são bem conhecidos na técnica. Fluidos típicos incluem ácidos minerais ou orgânicos tais como o ácido clorídrico, ácido fluorídrico, ácido fórmico, ou ácido acético, ou uma mistura deles. Um exemplo mais específico embora não limitativo do tipo de fluido é um ácido clorídrico a 28% que contem agentes de geleificação, inibidores de corrosão, produtos químicos de controle de ferro e produtos químicos para controlar craqueamento de sulfeto. Também, alguma areia e agente de formação de espuma podem ser adicionados ao fluido por razões a serem descritas. Esta mistura será daqui em diante referida como "fluido de estimulação".
Os eixos respectivos da conexão de redução de jato 20 e da conexão de redução de válvula 26 se estendem substancialmente de maneira vertical no furo de poço 10. Quando fluido de estimulação é bombeado através da coluna de trabalho 16, ele penetra no interior da conexão de redução de jato 20 e descarrega através das aberturas 22 para o interior do furo de poço IOe contra a formação 12.
Detalhes da conexão de redução de jato 20 e da conexão de redução 26 de válvula de esfera estão mostrados nas Figuras 2 e 3. A conexão de redução de jato 20 é formada por uma carcaça tubular 30 que inclui uma passagem de escoamento longitudinal 32 que se estende através do comprimento da carcaça. As aberturas 22 se estendem através da parede do revestimento em um plano e podem se estender perpendiculares ao eixo do revestimento como mostrado na Figura 2 e/ou com um ângulo agudo com o eixo do revestimento como mostrado na Figura 3, e/ou alinhadas com o eixo (não mostrado). Assim, o fluido de estimulação a partir da coluna de trabalho 16 penetra na carcaça 30, passa através da passagem 32 e é descarregado a partir das aberturas 22. O desenho de descarga do fluido de estimulação é na forma de um disco que se estende ao redor da carcaça 30.
Como um resultado do fluido de estimulação a pressão elevada estar sendo forçado a partir do interior da carcaça 30 para fora das aberturas relativamente pequenas 22, é conseguido um efeito de jateamento. Isto é provocado por o fluido de estimulação estar sendo descarregado a uma pressão diferencial relativamente elevada, tal como 211-422 kg/cm , o que acelera o fluido de estimulação para uma velocidade relativamente elevada, tal como 198 m/s. Este jateamento do fluido de estimulação a velocidade elevada para o interior do furo de poço 10 provoca redução drástica da pressão que circunda a corrente de fluido de estimulação (com base no princípio bem conhecido de Bernoulli), o que elimina a necessidade pelos engaxetamentos de isolamento discutidos acima.
Dois niples tubulares 34 e 36 são formados nas respectivas extremidades da carcaça 30 e, preferivelmente, são formados integrados com a carcaça. Os niples 34 e 36 tem um diâmetro menor do que aquele da carcaça e são rosqueados externamente, e a porção extrema correspondente da coluna de trabalho 16 (Figura 1) é rosqueada internamente para prender a coluna de trabalho à carcaça 30 por meio do niple 34.
A conexão de redução de válvula 26 é formada por meio de uma carcaça tubular 40 que inclui uma primeira passagem de escoamento longitudinal 42 que se estende desde uma extremidade da carcaça, e uma segunda passagem de escoamento longitudinal 44 que se estende a partir da passagem 42 até a outra extremidade da carcaça. O diâmetro da passagem 42 é maior do que aquele da passagem 44 para formar um ombro entre as passagens, e uma esfera 46 se estende na passagem 42 e normalmente assenta contra o ombro.
Um niple rosqueado externamente 48 se estende desde uma extremidade do revestimento 40 para conexão com outros componentes (não mostrado) que podem ser utilizados no método de estimulação, tais como sensores, registradores, centralizadores e similares. A outra extremidade da carcaça 40 é rosqueada internamente para receber o niple rosqueado externamente 36 da conexão de redução de jato 20 para conectar a carcaça 40 da conexão de redução de válvula 26 à carcaça 30 do conexão de redução de jato.
É entendido que outros componentes convencionais tais como dispositivos de centralização, BOPs, extratores, válvulas de tubulação, âncoras, vedações e etc., podem ser associados com o sistema da Figura 1. Uma vez que estes componentes são convencionais e não fazem parte da presente invenção, eles foram omitidos da Figura 1 no interesse da clareza.
Em operação, a esfera 46 é derrubada para o interior da coluna de trabalho 16 enquanto o fluido de estimulação é bombeado continuamente a partir da superfície do solo através da coluna de trabalho 16, da conexão de redução de jato 20 e até a conexão de redução de válvula 26. Na conexão de redução de válvula 26, a esfera 46 passa através da passagem 42 e assenta sobre o ombro entre as passagens 42 e 44. A pressão de fluido se acumula assim nas conexões de redução 20 e 26 fazendo com que o fluido de estimulação descarregue através das aberturas 22.
A velocidade de bombeamento do fluido de estimulação é então aumentada até um nível, pelo que a pressão do fluido de estimulação jateado através das aberturas 22 alcança uma pressão diferencial relativamente elevada e velocidade de descarga elevada tal como aquelas descritas acima.
Durante a operação acima, um gás, que consiste essencialmente de dióxido de carbono ou nitrogênio, é bombeado a partir da superfície do solo e para o interior do anel 28 (Figura 1). O gás escoa através do anel 28 e o fluido de estimulação se mistura com, e carrega o gás a partir do anel no sentido da formação provocando uma mistura de energia elevada para gerar espuma, com a mistura resultante daqui em diante sendo referida como "uma mistura".
A mistura é jateada no sentido da formação e impacta a parede da formação que forma o furo de poço 12. A mistura confinada irá pressurizar as cavidades na formação e, como cada uma das cavidade se torna suficientemente profunda, a formação irá fraturar quando a pressão for suficientemente elevada. Trajetos para a mistura são criados nos fundos das cavidades acima na formação, o que serve como aberturas de saída para o interior da formação, com o anel 28 servindo como uma abertura de entrada para o sistema. Assim, uma bomba virtual de jato é criada, a qual está conectada diretamente à fratura. Além disto, cada cavidade se torna uma pequena câmara de mistura o que melhora de maneira significativa a homogeneidade e qualidade da espuma. Esta espuma de alta qualidade é então ou empurrada para o interior da fratura, ou devolvida para o interior da área do furo de poço.
Se a pressão de jato e a pressão no anel 28 não são suficientemente elevadas para provocar fraturamento, e se esta pressão combinada é mais elevada do que a pressão do poro na formação, então irá ocorrer uma "espremedura". Alternativamente, se depois do fraturamento discutido acima for desejado espremer, a pressão da mistura no anel 28 é reduzida para uma pressão no nível de espremedura, a qual é mais elevada do que a pressão nos poros na formação.
Em qualquer dos casos acima, de acordo com o método de espremedura, uma maior quantidade da mistura irá através dos poros maiores na formação do que através dos poros menores, e os poros maiores serão substancialmente aumentados em dimensão para formar canais ou furos de verme para a mistura atravessar. A presença da espuma na mistura retarda a reação do ácido na mistura com a formação, de modo que o alcance da mistura para o interior da formação é substancialmente estendido quando comparado a técnicas nas quais espuma não é empregada. Além disto a espuma é de uma alta qualidade, o que aumenta a seletividade e efetividade do tratamento. Quando a mistura no furo de poço 10 é pressurizada contra as paredes do furo de poço e faces de fratura na maneira discutida acima, as bolhas de espuma tendem a entupir os poros menores enquanto penetram nos poros maiores de modo que a porção ácida da mistura reage com o material da formação, aumentando assim ainda mais os poros maiores. Assim, espremedura significativa é alcançada para criar canais, também denominada "formação de dedos" ou "formação de furos de verme" nas faces de fratura e na parede do furo de poço, com a reação da mistura com a formação sendo relativamente lenta, de modo que a mistura pode penetrar profundamente para o interior da matriz da formação. Ao final da espremedura, quando a pressão do anel 28 é reduzida, a fratura fecha e o escoamento de retorno da mistura para o furo de poço cria a formação de canais ou furos de vermes ao longo da face de fratura.
Se for desejado criar uma fratura relativamente grande, a pressão da mistura no anel 28 ao redor da conexão de redução 20 é controlada de modo que ela seja maior do que a pressão de espremedura, e ligeiramente menor do que a pressão de fraturamento hidráulico discutida acima. A pressão de impacto ou estagnação irá trazer a pressão liquida substancialmente acima da pressão de fraturamento requerida e, portanto, uma fratura substancialmente maior (tal como 7,6 até 152 m), ou mais em comprimento, pode ser criada. Neste método, a espuma reduz as perdas de mistura para o interior da face da fratura e/ou das fraturas naturais. Com a perda reduzida da mistura, a maior parte do volume da mistura pode ser utilizado como um dispositivo para estender a fratura, para produzir a fratura relativamente grande. Uma vez que as pressões de fratura são mais elevadas do que a pressão de espremedura discutida acima, a formação de dedos da mistura para o interior da face de fratura pode ocorrer simultaneamente, como descrito na operação de espremer discutida acima.
Depois das operações acima, se for desejado limpar material estranho tal como detritos, verniz de tubulação e etc. do furo de poço 10, da coluna de trabalho 16 e das conexões de redução 20 e 26, a pressão do fluido de estimulação na coluna de trabalho 16 é reduzida e um fluido de limpeza, tal como água a uma pressão relativamente elevada, é introduzido para o interior do anel 28. Depois de alcançar uma profundidade no furo de poço 10 abaixo das conexões de redução 20 e 26, este fluido de limpeza de alta pressão escoa em uma direção oposta à direção do fluido de estimulação discutido acima, e penetra na extremidade de descarga da passagem de escoamento 44 da conexão de redução de válvula 26. A pressão do fluido de limpeza força a válvula de esfera 44 para fora de contato com os ombros entre as passagens 42 e 44 da conexão de redução 26. A válvula de esfera 46 e o fluido de limpeza passam através da passagem 42, da conexão de redução de jato 20 e da coluna de trabalho 16 até a superfície do solo. Esta circulação do fluido de limpeza limpa o material estranho dentro da coluna de trabalho 16, das conexões de redução 20 e 26 e do furo de poço 10. Depois da operação de limpeza descrita acima, se for desejado iniciar a descarga do fluido de estimulação contra a parede da formação na maneira discutida acima, a válvula de esfera 46 é derrubada para o interior da coluna de trabalho 16 a partir da superfície do solo na maneira descrita acima, e o fluido de estimulação é introduzido para o interior da coluna de trabalho 14 como o discutido acima.
A Figura 4 delineia um sistema de estimulação que inclui alguns dos componentes do sistema das Figuras 1-3, que recebem os mesmos numerais de referência. O sistema da Figura 4 é instalado em um furo de poço subterrâneo 50 que tem uma seção substancialmente vertical 50a que se estende desde a superfície do solo, e uma seção desviada substancialmente horizontal 50b que se estende a partir da seção 50a para o interior de uma formação subterrânea produtora de hidrocarboneto 52. Como na configuração precedente, o revestimento 14 se estende desde a superfície do solo para o interior da seção de furo de poço 50a.
O sistema de estimulação da Figura 4 inclui uma coluna de trabalho 56, na forma de tubulação ou tubulação em bobina, que se estende desde a superfície do solo, através do revestimento 14 e a seção furo de poço 50a, e para o interior da seção furo de poço 50b. Como na configuração precedente, fluido de estimulação é introduzido para o interior da extremidade da coluna de trabalho 56 na superfície do solo (não mostrado). Uma extremidade da conexão de redução de jato tubular 20 é conectada à outra extremidade da coluna de trabalho 56 na maneira descrita acima, para receber e descarregar o fluido de estimulação para o interior da seção de furo de poço 50b e para o interior da formação 52 na maneira descrita acima. A conexão de redução de válvula 26 é conectada à outra extremidade da conexão de redução de jato 20 e controla o escoamento do fluido de estimulação através da conexão de redução de jato na maneira descrita acima. Os eixos respectivos da conexão de redução de jato 20 e da conexão de redução de válvula 26 se estendem de maneira substancialmente horizontal na seção de furo de poço 50b de modo que quando o fluido de estimulação é bombeado através da coluna de trabalho 56 ele penetra no interior da conexão de redução de jato 20 e é descarregado em uma direção substancialmente radial ou angular, através da seção de furo de poço 50b e contra a formação 52 para fraturá-la e espreme-la na maneira discutida acima. A seção horizontal ou desviada do furo de poço é furo de poço completado, e a
operação desta configuração é idêntica àquela da Figura 1. E entendido que embora a seção de furo de poço 50b seja mostrada se estendendo de maneira substancialmente horizontal na Figura 4, a configuração acima é aplicável igualmente a furos de poço que se estendem com um ângulo com a horizontal.
Em conexão com formações nas quais os furos de poço se estendem por distâncias relativamente longas seja verticalmente, horizontalmente ou de forma inclinada, a conexão de redução de jato 20, a conexão de redução de válvula 26, e a coluna de trabalho 56 podem ser colocadas inicialmente na sessão de pé (isto é, a seção a mais afastada a partir da superfície do solo) do poço. O método de fraturamento por acidificação e o método de espremer discutidos acima podem então ser repetidos inúmeras vezes através de toda a seção de furo de poço horizontal tal como a cada 30,4 até 60,8 m. Alternativamente este método pode ser realizado em uma maneira contínua movendo a coluna de trabalho 56 e portanto a conexão de redução 20, de maneira relativamente lenta e contínua no sentido da superfície do solo, fazendo com que a conexão de redução seja arrastada através de picos e vales do furo de poço. Quando a conexão de redução de jato 20 está no topo da "colina", isto é, quando os jatos estão quase tocando a superfície interna do furo de poço, ocorre uma fratura; quando eles estão em um "vale", fraturas não podem começar. Também espremedura irá ocorrer como discutido anteriormente. A configuração da Figura 5 é similar àquela da Figura 1 e utiliza diversos dos mesmos componentes desta última configuração, cujos componentes recebem os mesmos numerais de referência. Na configuração da Figura 5, é fornecido um revestimento 60, o qual se estende desde a superfície do solo (não mostrado) para o interior do furo de poço 10 formado na formação 12. O revestimento 60 se estende por todo o comprimento daquela porção do furo de poço na qual a coluna de trabalho 16 e as conexões de redução 20 e 26 se estendem. Assim, o revestimento 60, bem como os eixos das conexões de redução 20 e 26 se estendem substancialmente de maneira vertical.
Antes da introdução do fluido de estimulação para o interior da conexão de redução de jato 20, um liquido misturado com areia é introduzido para o interior da conexão de redução de jato 20 e descarrega a partir das aberturas 22 na conexão de redução de jato e contra a parede interna do revestimento 60 a uma velocidade muito elevada, fazendo com que pequenas aberturas sejam formadas através desta última parede. Então, a operação descrita em conexão com as configurações das Figuras 1-3 acima é iniciada e a mistura de fluido de estimulação e descarga de gás em espuma, a uma velocidade relativamente elevada através das aberturas 22, através das aberturas acima no revestimento 60 e contra a formação 12 para fraturá-la e comprimi-la na maneira discutida acima. De outra forma, a operação da configuração da Figura 5 é idêntica àquelas das Figuras 1-4.
A configuração da Figura 6 é similar àquela da Figura 4 e utiliza diversos dos mesmos componentes destas últimas configurações, cujos componentes recebem os mesmos numerais de referência. Na configuração da Figura 6, é fornecido um revestimento 62, o qual se estende desde a superfície do solo (não mostrado) para o interior do furo de poço 50 formado na formação 52. O revestimento 62 se estende por todo o comprimento daquela porção do furo de poço na qual a coluna de trabalho 56 e as conexões de redução 20 e 22 estão localizadas. Assim, o revestimento 62 tem uma seção substancialmente vertical 62a e uma seção substancialmente horizontal 60b que se estendem nas seções do furo de poço 50a e 50b, respectivamente. As conexões de redução 20 e 26 são localizadas na seção de revestimento 62b e seus respectivos eixos se estendem de maneira substancialmente horizontal.
Antes da introdução do fluido de estimulação para o interior da conexão de redução de jato 20, um líquido misturado com areia é introduzido para o interior da coluna de trabalho 16 com a válvula de esfera 46 (Figura 3) no lugar. A mistura liquido/areia descarrega a partir das aberturas 22 (Figura 2) no jato ou conexão de redução 20 e contra a parede interna do revestimento 62 a uma velocidade muito elevada, fazendo com que pequenas aberturas sejam formadas através desta última parede. Então, a operação de estimulação descrita em conexão com as configurações das Figuras 1-3 acima é iniciada com a mistura de fluido de estimulação e gás descarregando a uma velocidade relativamente elevada através das aberturas 22, através das aberturas acima no revestimento 62, e contra a parede da formação 12 para impactá-la na maneira discutida acima. De outra forma, a operação da configuração da Figura 6 é idêntica àquelas das Figuras 1-3. Equivalentes e alternativas
É entendido que variações podem ser feitas no que antecede, sem se afastar do escopo da invenção. Por exemplo, gás que escoa no anel 28 pode ser pré-misturado com alguns líquidos antes de penetrar no revestimento 14 por diversas razões, tais como redução de custo ou aumento de pressão hidrostática. Além disto, a composição do fluido de estimulação pode ser variada dentro do escopo da invenção Alem disso a orientação particular dos furos de poço pode variar desde completamente vertical até completamente horizontal. Além disto, o ângulo particular com que as aberturas de descarga se estendem em relação ao eixo da conexão de redução de jato pode variar. Ainda mais, as aberturas 22 na conexão de redução 20 poderiam ser substituídas por bocais de jato instalados separadamente, que são feitos de materiais exóticos tais como misturas de carbureto para durabilidade aumentada. Também uma variedade de outros fluidos pode ser utilizada no anel 28, inclusive fluidos de estimulação limpos, líquidos que controlam estabilidade de argila de maneira química e fluidos simples de baixo custo.
Embora somente algumas configurações tomadas como exemplo desta invenção tenham sido descritas em detalhes acima, aqueles versados na técnica irão prontamente observar que diversas outras modificações são possíveis nas configurações tomadas como exemplo, sem se afastar materialmente dos ensinamentos inovadores e vantagens desta invenção. Conseqüentemente, todas tais modificações são projetadas para serem incluídas no escopo desta invenção, como definida nas reivindicações a seguir. Nas reivindicações, cláusulas meio mais função têm a intenção de cobrir as estruturas descritas aqui como realizando a função descritas e não somente equivalentes estruturais porém também estruturas equivalentes.