BR0211253B1 - sistema de furo de poço. - Google Patents
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Description
"SISTEMA DE FURO DE POÇO"
A presente invenção se refere a um sistema de furo de poço compreendendo um furo de sondagem estendendo-se para dentro de uma formação terrestre, um elemento tubular estendendo-se para dentro do furo de sondagem, pelo que uma parede cilíndrica envolve o elemento tubular em uma maneira que um espaço anular é formado entre o elemento tubular e a parede cilíndrica, e sendo que pelo menos um membro de vedação é disposto no dito espaço anular. A parede cilíndrica pode ser formada, por exemplo, pela parede de furo de sondagem ou por um outro elemento tubular. Sistemas de furo de poço são descritos, por exemplo, na patente US 5,195,583.
Membros de vedação conhecidos são, por exemplo, obturadores, os quais são dispostos no furo de sondagem para vedar um espaço anular entre um revestimento de furo de poço e uma tubulação de produção estendendo-se para dentro do furo de sondagem. Tal obturador é radialmente deformável entre uma posição retraída, na qual o obturador é abaixado para dentro do furo de sondagem, e uma posição expandida, na qual o obturador forma uma vedação. A ativação do obturador pode ser por dispositivos mecânicos ou hidráulicos. Uma limitação da aplicabilidade de tais obturadores é que as superfícies de vedação têm que ser definidas pelo poço.
Um outro tipo de membro de vedação anular é formado por uma camada de cimento disposta em um espaço anular entre um revestimento de furo de poço e a parede do furo de sondagem. Embora, em geral, cimento proveja capacidade de vedação adequada, existem algumas desvantagens inerentes, tal como contração do cimento durante o endurecimento, resultando em desligamento da cobertura de cimento, ou fendimento da camada de cimento após o endurecimento, por exemplo em virtude de choques de pressão e temperatura durante a operação do poço.
Em vista disso, existe uma necessidade de um sistema de furo de poço aperfeiçoado, o qual provê a vedação adequada do espaço anular formado entre um elemento tubular estendendo-se para dentro do furo de sondagem e uma parede cilíndrica envolvendo o elemento tubular.
De acordo com a invenção, é provido um sistema de furo de poço compreendendo um furo de sondagem estendendo-se para dentro de uma formação terrestre, um elemento tubular estendendo-se para dentro do furo de sondagem, pelo que uma parede cilíndrica envolve o elemento tubular de uma maneira que um espaço anular é formado entre o elemento tubular e a parede cilíndrica, pelo menos um membro de vedação disposto no dito espaço anular, cada membro de vedação sendo movível entre um modo retraído, no qual o membro de vedação tem um primeiro volume, e um modo expandido, no qual o membro de vedação tem um segundo volume, maior do que o primeiro volume, sendo que o membro de vedação no seu modo expandido veda o espaço anular, e sendo que o membro de vedação inclui um material que intumesce por ocasião do contato com um fluido selecionado, de modo a mover o membro de vedação desde o modo retraído para o seu modo expandido.
Por colocar o membro de vedação em contato com o fluido selecionado, o membro de vedação se intumesce e, deste modo, se torna firmemente pressionado entre o elemento tubular e a parede cilíndrica. Como um resultado, o espaço tubular se torna adequadamente vedado, mesmo se um ou ambos dos elemento tubular e parede cilíndrica tiverem forma irregular.
Apropriadamente, a parede cilíndrica é uma da parede de furo. de sondagem e da parede de um revestimento estendendo-se para dentro do furo de sondagem.
O sistema da invenção também pode ser usado em aplicações, nas quais a parede cilíndrica é a parede do revestimento externo, disposta no furo de sondagem, e sendo que o elemento tubular é um revestimento interno, tubulação ou camisa disposto no furo de sondagem e estendendo-se pelo menos parcialmente para dentro do revestimento externo. Para obter um sistema de vedação até mesmo melhor, é preferido que o elemento tubular tenha sido radialmente expandido no furo de sondagem. Em tal aplicação, o membro de vedação pode ser, por exemplo, aplicado na superfície externa do elemento tubular antes de sua expansão radial, de modo a permitir a fácil montagem do elemento tubular e do membro de vedação no furo de sondagem. Em seguida, o elemento tubular pode ser facilmente expandido antes ou após do intumescimento do membro de vedação em virtude do contato com o fluido selecionado. Todavia, para reduzir as forças necessárias para expandir o elemento tubular, é preferido que o intumescimento do membro de vedação tenha lugar após a expansão do elemento tubular.
Adequadamente, o fluido selecionado é água ou fluido de hidrocarboneto contido na formação terrestre.
É preferido que o dito material do membro de vedação inclua um de um composto de borracha, um composto termocurado e um composto termoplástico. O composto de borracha é adequadamente selecionado de um composto de borracha termocurada e de um composto de borracha termoplástico.
Exemplos de borrachas termocuradas adequadas, as quais intumescem quando em contato com óleo são:
borracha natural, borracha de nitrila, borracha de nitrila hidrogenada, borracha de butadieno de acrilato, borracha de poliacrilato, borracha de butila, borracha de butila bromada, borracha de butila clorada, polietileno clorado, borracha de neoprene, borracha de copolímero de estireno butadieno, polietileno sulfonado, borracha de acrilato de etileno, copolímero de óxido de etileno de epicloridrina, copolímero de etileno-propileno (peróxido reticulado), copolímero de etileno-propileno (enxofre reticulado, borracha de terpolímero de etileno-propileno-dieno, copolímero de acetato de vinil etileno, borrachas de flúor, borracha de fluoro-silicone, e borrachas de silicone.
Uma revista de borrachas termocuradas e termoplásticas e sua capacidade de intumescer em certos fluidos, tais como óleos de hidrocarbonetos, pode ser encontrada em livros de referência padrão, tal como 'Manual da Tecnologia de Borrachas' ('Rubber Technology Handbook'), de autoria de Werner Hofmann (ISBN 3-446-14895-7, Editora Hanser, Munique), Capítulos 2 e 3. Preferivelmente, se selecionaria borrachas que intumescem substancialmente (em pelo menos 50% em volume) em hidrocarbonetos nas condições típicas de temperatura e pressão que as encontradas em poços de petróleo ou gás, mas agora permanecem integrais em um estado intumescido por prolongados períodos de tempo (isto é, anos). Exemplos de tais borrachas são copolímero de etileno-propileno (peróxido reticulado), também conhecida como borracha de EPDM, copolímero de etileno-propileno (enxofre reticulado), também conhecida como borracha de EPDM, borracha de terpolímero de etileno-propileno-dieno, também conhecida como borracha de EPT, borracha de butila, borracha de butila bromada, borracha de butila clorada, e polietileno clorado.
Exemplos de materiais adequados que intumescem quando em contato com água são: copolímero enxertado de ácido de amido-poliacrilato, copolímero enxertado de anidrido de ácido cíclico de álcool polivinílico, anidrido maléico de isobutileno, polímeros do tipo de ácido acrílico, copolímero de vinilacetato-acrilato, polímeros de óxido de polietileno, polímeros do tipo de carbóximetil celulose, copolímeros enxertados de amido- poliacrilonitrila e similares, e minerais de argila de alto intumescimento, tais como Bentonita de Sódio (tendo como ingrediente principal montmorilonita).
Fórmulas adequadas são, por exemplo, reveladas na patente US 5.011.875 (Corrosion Resistant Water Expandable Composition), patente USJ.290. 844_(Water Swelleable Water Stop), patente US 4.590.227 (Water- Swelleable Elastomer Composition), patente US 4.740.404 (Waterstop), patentes US 4.366.284, 4.443.019 e 4,558,875 (todas intituladas: " Aqueously- Swelling Water Stopper and a Process of Stopping Water thereby"). As composições de elastômero de intumescimento em água são comumente referidas como 'Waterstops' e são comercialmente disponíveis sob os nomes comerciais como HYDROTITE e SWELLSTOP.
A invenção será descrita doravante em maior detalhe e a título de exemplo, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:
a figura 1 mostra esquematicamente uma forma de realização do sistema de furo de poço da invenção; e
a figura 2 mostra esquematicamente um detalhe da figura 1.
Com referência à figura 1, é mostrado um sistema de furo de poço incluindo um furo de sondagem 1, o qual foi perfurado a partir da superfície 2 para o interior de uma formação terrestre 3. O furo de sondagem 1 penetra numa camada de sobrecarga 4 e numa zona de reservatório 6 contendo óleo de hidrocarboneto. Uma camada 8 contendo água de formação é comumente encontrada abaixo da zona de reservatório. O furo de sondagem 1 tem uma seção superior Ia substancialmente vertical, estendendo-se através da camada de sobrecarga 4, e uma seção inferior Ib estendendo-se para dentro da zona de reservatório 6.
Uma coluna de revestimento tubular 10, a qual é formada de um número de seções de revestimento (não mostradas), se estende desde uma cabeça de poço 12 na superfície, para dentro da seção de furo de sondagem superior la. Uma outra coluna de revestimento tubular 11 é provida com uma pluralidade de perfurações 15 (por clareza, nem todas as perfurações foram indicadas por um número de referência), as perfurações 15 provendo comunicação fluida entre o interior da coluna de revestimento lie seu exterior. Montagens de vedação anular 16, 18, 20, 22, 24 são dispostas a espaçamentos mútuos selecionados em um espaço anular formado 26, formado entre a coluna de revestimento inferior Ilea parede da seção de furo de sondagem inferior lb. Além disto, uma tubulação de produção 27 se estende desde a cabeça de poço 12 para o interior da seção de furo de sondagem vertical la, para uma posição ou próximo à transição da seção de furo de sondagem vertical Ia para a seção de furo de sondagem horizontal lb.
A tubulação 27 tem uma extremidade inferior aberta 28, e é provida com um obturador de vedação 29, o qual veda o espaço anular entre a tubulação 27 e a coluna de revestimento 10.
Com referência á figura 2, é mostrada uma montagem de vedação 18 em maior detalhe, as montagens de vedação anular sendo similares à mesma. A montagem de vedação anular 18 inclui membros de vedação individuais 30, 31, 32, 33, 34, cada um dos ditos membros de vedação sendo movível entre um modo retraído, no qual o membro de vedação tem um primeiro volume, e um modo expandido, no qual o membro de vedação tem um segundo volume, maior do que o primeiro volume, pelo que o membro de vedação, em seu modo expandido, veda o espaço anular 26.
Os membros de vedação 30, 32, 34 são feitos de um material que intumesce por ocasião do contato com um óleo de hidrocarboneto, de modo a mover o membro de vedação 30, 32, 34 desde o modo retraído para o seu modo expandido. Os membros de vedação 31, 33 são feitos de um material que intumesce por ocasião do contato com água, de modo a mover o membro de vedação 31, 33 desde o modo retraído para o seu modo expandido. Um material adequado para os membros de vedação 30, 32, 34 é, por exemplo, borracha de EPDM (copolímero de etileno-propileno, ou enxofre ou peróxido reticulado), borracha de EPT (borracha de terpolímero de etileno-propileno- dieno), borracha de butila ou borracha de butila halogenada. Um material adequado para os membros de vedação 31, 33 é, por exemplo, uma borracha termocurada ou termoplástica, enchida com uma quantidade substancial (60%) agente intumescível em água, por exemplo, bentonita, mas qualquer uma das formulações de 'WaterStop', acima citadas, poderia ser usada. Durante o uso normal, a seção de furo de sondagem vertical Ia é perfurada e as seções de revestimento da coluna de revestimento 10 são instaladas na mesma à medida em que a perfuração prossegue. Cada seção de revestimento é radialmente expandida na seção de furo de sondagem vertical la e convencionalmente cimentada na mesma por meio de camada de cimento 14. Subseqüentemente, a seção de furo de sondagem horizontal Ib é perfurada e a coluna de revestimento inferior 11 é instalada na mesma. Antes do abaixamento da coluna de revestimento inferior 11 no furo de sondagem 1, as montagens de vedação 16, 18, 20, 22, 24 são dispostas em torno da superfície externa da coluna de revestimento inferior 11 nos indicados espaçamentos mútuos, por meio do que cada membro de vedação individual 30, 31, 32, 33, 34 das montagens de vedação está em seu modo retraído. Após a montagem da coluna de revestimento inferior 11 no interior da seção de furo de sondagem inferior lb, a coluna de revestimento inferior 11 é radialmente expandida para um diâmetro maior do que o anterior, de modo que as montagens de vedação 16, 18, 20, 22, 24 não estão, ou somente estão frouxamente, em contato com a parede de furo de sondagem.
Quando a produção de óleo de hidrocarboneto é iniciada, uma válvula (não mostrada) na cabeça de poço 12 é aberta e óleo de hidrocarboneto flui desde a zona de reservatório 6 para o interior da seção de furo de sondagem inferior lb. O óleo flui através das perfurações 15 para dentro da coluna de revestimento inferior 11 e dali, através da tubulação de produção, para a cabeça de poço 12, onde o óleo é transportado adiante através de uma linha de tubulação (não mostrada) para uma instalação de produção adequada (não mostrada).
A medida em que óleo flui para dentro da seção de furo de sondagem inferior lb, o óleo entra em contato com os membros de vedação individuais de cada montagem de vedação 16, 18, 20, 22, 24. Os membros de vedação 30, 32, 34, deste modo, intumescem e, como um resultado, se movem para o modo expandido, de modo a se tornarem firmemente pressionados entre a parte de revestimento inferior e a parede de furo de sondagem. Desta maneira, cada montagem de vedação veda o espaço anular 26 e divide a seção de furo de sondagem horizontal Ib (seção inferior) em respectivas zonas de furo de sondagem 40, 41, 42, 43, pelo que a zona 40 é definida entre as montagens de vedação 16 e 18, a zona 41 é definida entre as montagens de vedação 18 e 20, e a zona 42 é definida entre as montagens de vedação 20 e 22, e a zona 43 é definida entre as montagens de vedação 22 e 24.
Após algum tempo, pode ocorrer que água proveniente da camada de formação 8 penetre na seção de furo de sondagem horizontal lb, por exemplo em virtude de fenômenos bem conhecidos de obstrução de água. Para determinar a zona da seção de furo de sondagem lb, onde a água flui para dentro do furo de sondagem, uma adequada ferramenta de registro de sondagem de produção é abaixada na coluna de revestimento inferior 11 e operada. Tendo sido uma vez determinada a zona de entrada de água, por exemplo a zona 42, um remendo é instalado na coluna de revestimento inferior 11, entre as montagens de vedação 20, 22, de modo a fechar as perfurações 15 localizadas entre as montagens de vedação 20, 22. Um remendo adequado é, por exemplo, um comprimento de tubo (não mostrado), o qual é radialmente expandido contra a superfície interna da coluna de revestimento inferior 11. O remendo pode ser recoberto com uma gaxeta que intumesce em água.
Caso os membros de vedação 30, 32, 34 de respectivas montagens de vedação 20, 22 devam se mover para seu modo retraído, em virtude de contato descontínuo com óleo de hidrocarboneto, a presença de água na zona 42 assegura que os membros de vedação 31, 33 das montagens de vedação 20, 22, intumesçam e, deste modo, se movam para o modo expandido. É atingido, assim, que pelo menos alguns dos membros de vedação 30,31,32,33,34 das montagens de vedação 20, 22 vedam o espaço anular 26, independentemente de se óleo ou água é o meio envolvente.
Em uma forma de realização alternativa do sistema da invenção, uma camisa tubular fendida expansível (EST)(EST é uma marca comercial) pode ser aplicado, em lugar da coluna de revestimento inferior 11 acima referida. Por exemplo, um camisa com fendas longitudinais que se superpõem, como descrito na patente US 5366012, poderia ser aplicado.
Durante a expansão radial da camisa, as parte de camisa de metal entre as fendas se comportam como dobradiças plásticas, de modo que as fendas se alargam e provêm desta maneira a comunicação fluida entre o interior da camisa e seu exterior. Para isolar zonas selecionadas do furo de sondagem de outras zonas, uma ou mais remendos na forma de seções de revestimento em bruto podem ser expandidas contra a superfície interna da camisa fendida.
Tais seções de revestimento de em bruto são adequadamente recobertas com membros de vedação anular alternantes de elastômeros que se intumescem em água ou hidrocarboneto. Desta maneira, é possível fechar certas seções fendidas do camisa, as quais apresentaram saída d'água no curso da vida útil do poço.
Em uma outra forma de realização alternativa do sistema da invenção, uma peneira de areia expansível (ESS)(ESS é uma marca comercial), tal como descrito na patente US 5901789, pode ser aplicado, em lugar da coluna de revestimento inferior perfurada 11, acima referida. Novamente, remendos na forma de seções de revestimento em bruto (preferivelmente recobertas com gaxetas intumescíveis em hidrocarboneto e/ou água) pode ser expandido contra a superfície interna da peneira de areia expansível para isolar zonas selecionadas. Especialmente em partes muito longas de poços horizontais ou de múltiplos ramos, certas seções da peneira de areia, as quais iriam iniciar a produzir água ("saída de água") e/ou elevados relações de gás ('liberação de gás'), podem ser isoladas desta maneira. Se não forem tomadas medidas corretivas contra tal indesejável produção de água ou gás, o poço rapidamente se tornariam antieconômico e sua recuperação de fluido de hidrocarboneto final seria significantemente reduzida.
A capacidade de suprimir zonas de saída de água ou de liberação de gás permite ao engenheiro de produção significantemente adiar o prazo de abandono do poço e maximizar a recuperação final do poço.
Em lugar de aplicar o material que intumesce por ocasião do contato com fluido de hidrocarboneto e o material que intumesce por ocasião do contato com água em membros de vedação separados, tal material pode ser aplicado em um único membro de vedação. Por exemplo, a capacidade de intumescimento em hidrocarboneto de uma borracha de EP(D)M ou EPT pode ser combinada com uma capacidade de intumescimento em água de um enchimento adequado, tal como, por exemplo, bentonita, em um único membro de vedação, de modo que somente um tipo de elemento de vedação com dupla funcionalidade é atingido.
Claims (14)
1. Sistema de furo de poço, compreendendo: - um furo de sondagem (1) estendendo-se para dentro de uma formação terrestre (3); - um elemento tubular (11) estendendo-se para dentro do furo de sondagem (1), pelo que uma parede cilíndrica envolve o elemento tubular (11) de uma maneira que um espaço anular (26) é formado entre o elemento tubular (11) e a parede cilíndrica; - pelo menos um membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) disposto no espaço anular (26), cada membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) sendo movível entre um modo retraído, no qual o membro de vedação (16, 18, -20, 22, 24) tem um primeiro volume, e um modo expandido, no qual o membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) tem um segundo volume, maior do que o primeiro volume, sendo que o membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24), em seu modo expandido, veda o espaço anular (26), e sendo que o membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) inclui um material que intumesce por ocasião do contato com um fluido selecionado, de modo a mover o membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) desde o modo retraído para o seu modo expandido, caracterizado pelo fato de que o elemento tubular (11) foi radialmente expandido no furo de sondagem (1).
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parede cilíndrica é uma dentre a parede de furo de sondagem (1) e a parede de um revestimento estendendo-se para dentro do furo de sondagem (1).
3. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o elemento tubular (11) é um dentre um revestimento perfurado ou camisa, uma tubulação fendida expansível, e uma peneira de areia expansível.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parede cilíndrica é a parede de um revestimento externo disposto no furo de sondagem (l),eo elemento tubular (11) é um revestimento interno disposto no furo de sondagem (1) e estendendo-se pelo menos parcialmente para dentro do revestimento externo.
5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade dos membro de vedação (16, - 18, 20, 22, 24) é disposta em espaçamentos mútuos selecionados no espaço anular (26), e cada seção do elemento tubular (11) entre membros de vedação (16, 18, 20, 22, 24) adjacentes é provida com pelo menos uma abertura (15) que provê comunicação fluida entre o interior do elemento tubular (11) e a formação terrestre (3) envolvendo o furo de sondagem (1).
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5 caracterizado pelo fato de que o furo de sondagem (1) inclui uma seção substancialmente horizontal (lb), e a pluralidade de membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) é disposta na seção substancialmente horizontal (lb).
7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma seção do elemento tubular (11) entre os membros de vedação (16, 18, 20, 22, 24) adjacentes é provida com dispositivo de fechamento para fechar cada abertura (15) do elemento tubular (11).
8.Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fechamento inclui um tubo disposto na pelo menos uma seção do elemento tubular (11), tubo este que foi radialmente expandido contra a superfície interna do elemento tubular (11).
9. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) inclui pelo menos um material selecionado dentre um material que intumesce por ocasião do contato com fluido de hidrocarboneto e um material que intumesce por ocasião do contato com água.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o material do membro de vedação (16, 18, 20, 22, 24) inclui um composto selecionado dentre um composto de borracha termoplástico e um composto de borracha termocurada.
11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o material do membro de vedação (16, 18, 20, - 22, 24) intumesce por ocasião do contato com fluido de hidrocarboneto, e é selecionado de borracha natural, borracha de nitrila, borracha de nitrila hidrogenada, borracha de butadieno de acrilato, borracha de poliacrilato, borracha de butila, borracha de butila bromada, borracha de butila clorada, polietileno clorado, borracha de neoprene, borracha de copolímero de estireno butadieno, polietileno sulfonado, borracha de acrilato de etileno, copolímero de óxido de etileno de epicloridrina, copolímero de etileno-propileno (peróxido reticulado), copolímero de etileno-propileno (enxofre reticulado, borracha de terpolímero de etileno-propileno-dieno, copolímero de acetato de vinil etileno, borrachas de flúor, borracha de fluoro-silicone, e borrachas de silicone.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o material é selecionado de borracha de EP(D)M (copolímero de etileno-propileno, quer peróxido quer enxofre reticulado), borracha de EPT (borracha de terpolímero de etileno-propileno-dieno), borracha de butila, borracha de butila bromada, borracha de butila clorada, e polietileno clorado.
13. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o material do membro de vedação (16, 18, 20, - 22, 24) intumesce por ocasião do contato com água, e é selecionado de copolímero enxertado de amido-ácido de poliacrilato, copolímero enxertado de anidrido de ácido cíclico de álcool polivinílico, anidrido maléico de isobutileno, polímeros to tipo de ácido acrílico, copolímero de vinilacetato- acrilato, polímeros de óxido de polietileno, polímeros do tipo de carboximetil celulose, copolímeros enxertados de amido-poliacrilonitrila, e similares, e minerais argilosos de alto intumescimento, tais como Bentonita de Sódio (tendo montmorilonita como ingrediente principal).
14. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que cada membro de vedação (30, 32, 34) forma uma parte de uma montagem de vedação que inclui pelo menos um outro membro de vedação (31, 33), sendo que o membro de vedação (30, 32, 34) inclui um material que intumesce por ocasião do contato com fluido de hidrocarboneto, de modo a mover o membro de vedação (30, 32, 34) desde o modo retraído para o seu modo expandido, e sendo que o outro membro de vedação (31, 33) inclui um material que intumesce por ocasião do contato com água, de modo a mover o outro membro de vedação (31, 33) desde o modo retraído para o seu modo expandido.
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