BR0301954B1 - "conjunto de poço submarino e método para operar uma coluna de tubos". - Google Patents

Description

"CONJUNTO DE POÇO SUBMARINO E MÉTODO PARA OPERAR UMA COLUNA DE TUBOS" O presente pedido reivindica a prioridade do pedido provisório US No. 60/386.624, intitulado "Tubing Annulus Valve" e do pedido provisório US No. 60/425.377, intitulado "Drilling and Producing Deep Water Subsea Wells".

Campo da Invenção A presente invenção refere-se, genericamente, a sistemas para cabeça de poços submarinos e, particularmente, a uma válvula anular de tubo tendo características para facilitar a realização de testes.

Estado da técnica A patente US 3.360.048 trata de uma válvula anular operável dentro de um conduto interno para controlar o fluxo de fluido através de um anular formado entre condutos interno e externo, a válvula sendo capaz de seletivamente efetuar um fechamento positivo do anular em uma instalação de poço de petróleo que é operável dentro da tubulação por ferramentas padrão.

Fundamentos da Invenção Um conjunto de cabeça de poço submarino típico tem um alojamento de cabeça de poço de alta pressão sustentado em um alojamento de cabeça de poço de pressão inferior e fixado à coluna de revestimento que se estende para o interior do poço. Um ou mais suspensores de coluna de revestimento assentam-se no alojamento de cabeça de poço, o suspensor de coluna de revestimento sendo localizado na extremidade superior de uma coluna de tubos de revestimento que se estende para o interior do poço a uma maior profundidade. Uma coluna de tubos se estende através da coluna de revestimento para a produção de fluidos. Uma árvore de Natal ou de produção é montada na extremidade superior do alojamento de cabeça de poço para controlar o fluido do poço. A árvore de produção é tipicamente um pesado conjunto de grande porte tendo uma quantidade determinada de válvulas e controles montados na mesma.

Um tipo de árvore, por vezes designado de "convencional", tem dois furos através da mesma, um dos quais é o furo de produção e o outro é o furo de acesso anular de tubo. Neste tipo de conjunto de cabeça de poço, o suspensor de tubo assenta-se no alojamento da cabeça de poço. 0 suspensor de tubo tem duas passagens através do mesmo, uma sendo a passagem de produção e a outra sendo uma passagem anular que se comunica com o espaço anular de tubo circundando o tubo. 0 acesso ao espaço anular de tubo é necessário para a circulação de fluidos para baixo pelo tubo de produção e para cima através do espaço anular de tubo, ou vice versa, quer para neutralizar o poço quer para circular fluido pesado para fora durante a completação.

Após o suspensor de tubo ser instalado e antes de um riser (condutor submarino) de perfuração ser removido para instalação da árvore, tampões são temporariamente aplicados nas passagens do suspensor de tubo. A árvore tem tubos de isolamento que engatam com as passagens no suspensor de tubo quando a árvore assenta-se sobre o alojamento da cabeça de poço. Este tipo de árvore é normalmente instalado sobre um riser de completação que possui duas séries de condutos. Em uma coluna dupla de condutor submarino (riser) de completação, uma coluna se estende da passagem de produção da árvore para o navio na superfície, ao passo que a outra se estende da passagem anular de tubo na árvore para o navio na superfície. Todavia, montar e operar uma coluna dupla de riser de completação são processos que demandam muito tempo. Também, navios de perfuração podem não ter uma coluna de riser de completação disponível, exigindo que este seja fornecido na base de aluguel.

Em outro tipo de árvore, às vezes designada de arvore "horizontal", existe somente um único furo na árvore, este sendo a passagem de produção. A árvore é assentada antes do suspensor de tubo ser instalado, então, o suspensor de tubo é baixado e assentado na árvore. 0 suspensor de tubo é baixado através do riser, que é tipicamente um riser de perfuração. 0 acesso ao espaço anular de tubo é disponível através de linhas de obstrução e neutralização do riser de perfuração. 0 suspensor de tubo não possui uma passagem anular através do mesmo, porém uma derivação (bypass) se estende através da árvore para um espaço vazio localizado acima do suspensor de tubos. Este espaço vazio comunica-se com as linhas de obstrução e neutralização quando a válvula de segurança é fechada na coluna de operação do suspensor de tubo. Neste sistema, a árvore é operada no tubo de perfuração, assim previne que a torre de perfuração da plataforma flutuante seja empregada em outro poço enquanto a árvore está sendo operada.

Em outro, e menos comum, tipo de sistema de cabeça de poço, um suspensor de tubo concêntrico assenta-se no alojamento da cabeça de poço da mesma maneira que um conjunto de cabeça de poço convencional. 0 suspensor de tubo tem uma passagem de produção e uma passagem anular.

Todavia, a passagem de produção é concêntrica com o eixo geométrico do suspensor de tubo, mais preferivelmente do que ligeiramente deslocada como nos suspensores de tubos convencionais. A árvore não tem uma passagem anular de tubo vertical através da mesma, assim um riser de completação não é requerido. Conseqiientemente, a árvore pode ser operada sobre um riser monofuro (monobore riser). Uma válvula anular de tubo é localizada no suspensor de tubo uma vez que um tarftpão não pode ser temporariamente instalado e recuperado da passagem anular de tubo com este tipo de árvore.

Normalmente, a válvula anular de tubo é uma válvula de controle que previne o fluxo ascendente que podería ocorrer através do espaço anular de tubo, porém permite o fluxo descendente. Uma desvantagem é que não se pode facilmente testar uma válvula de controle anular de tubo para determinar se está ou não corretamente fechada.

Propostas foram feitas para fazer uso de uma válvula anular que é hidraulicamente ativada e, assim, poderia ser testada a partir de cima. Todavia, as propostas requerem passagens hidráulicas no suspensor de tubo, que ocupam espaço e conferem maior complexidade ao suspensor de tubo.

Sumário da Invenção 0 conjunto de cabeça de poço submarino da presente invenção utiliza um suspensor de tubo essencialmente concêntrico e uma árvore de baixo peso, assim não requer a operação de uma coluna dupla de riser de completação. A árvore pode ser eficientemente operada com uma linha ou cabo de içamento, embora também possa ser operada com um riser de peso leve de pequeno diâmetro. A árvore é do tipo monofuro, desprovida de qualquer passagem anular que se estenda verticalmente através da mesma. De preferência, o acesso anular é fornecido por uma passagem que conduz a uma porção lateral exterior da árvore para conexão a uma linha externa. 0 suspensor de tubo assenta-se no alojamento de cabeça de poço na modalidade preferida. 0 suspensor de tubo tem uma passagem de produção que indica a passagem de produção da árvore quando a mesma se assenta. Um tubo de isolamento se estende da árvore para dentro do suspensor de tubo para comunicar o tubo de produção com a passagem de produção na árvore. 0 suspensor de tubo também possui preferivelmente uma passagem anular de tubo de deslocamento. A passagem anular de tubo comunica o espaço anular de tubo com um espaço vazio circundando o tubo de isolamento acima do suspensor de tubo. Uma válvula anular de tubo é localizada na extremidade superior da passagem anular de tubo para seletivamente bloquear a comunicação entre o espaço vazio e a passagem anular de tubo. A válvula anular de tubo da modalidade preferida tem uma vedação de metal com metal dinâmica primária para durabilidade melhorada. A válvula anular de tubo inclui um membro móvel que se desloca entre uma posição aberta e uma posição fechada. De preferência, o deslocamento é vertical, com a posição aberta situada abaixo da posição fechada. De preferência, a totalidade do circuito hidráulico para deslocar a válvula entre as posições aberta e fechada está localizada no exterior do suspensor de tubo. A válvula se desloca para a posição aberta em resposta a um membro de atuação da ferramenta de operação do suspensor de tubo, e subseqüentemente, um membro de atuação da árvore. Um dispositivo de retenção retém a válvula na posição fechada.

Isto permite que pressão de fluido de teste seja aplicada a partir de cima à passagem anular de tubo sem causar o deslocamento da válvula para a posição aberta. Quando o membro de atuação se engata com o membro móvel da válvula, ele libera o dispositivo de retenção.

Breve Descrição dos Desenhos As figuras IA e 1B são vistas em corte vertical de um conjunto de cabeça de poço construído de acordo com a presente invenção. A figura 2 é uma vista em corte ampliada de uma parte do conjunto de cabeça de poço da figura 1. A figura 3 é uma vista em corte ampliada de uma parte do conjunto de cabeça de poço das figuras 1A-1B, porém mostrada em um plano de corte diferente para ilustrar uma válvula anular de tubo em uma posição fechada. A figura 4 é uma vista em corte ampliada da válvula anular de tubo da figura 3, mostrada em uma posição aberta e engatada por um membro de atuação da árvore de produção. A figura 5 é uma vista em corte ampliada da válvula anular de tubo da figura 3, mostrada em uma posição fechada enquanto uma ferramenta de operação do suspensor de tubo está conectada com o suspensor de tubo. A figura 6 é uma vista em corte da válvula anular de tubo como mostrada na figura 5, porém mostrada em uma posição fechada.

Descrição Detalhada da Invenção Reportando-se à figura 1B, uma parte inferior de um conjunto de cabeça de poço 11 inclui um alojamento de cabeça de poço externo ou de baixa pressão 13 que se situa no fundo do mar e é fixado a uma coluna de tubos condutores de grande diâmetro 15 que se estende para o interior do poço. Nesta modalidade, uma primeira coluna de tubos de revestimento 17 é suspensa sobre uma extremidade inferior do alojamento de cabeça de poço externo 13 por um suspensor 19. Todavia, o tubo de revestimento 17 e o suspensor 19 nem sempre são suspensos do alojamento de cabeça de poço externo 13 e podem ser eliminados em muitos casos.

Um alojamento de cabeça de poço interno ou de alta pressão 21 assenta-se e é suportado dentro do furo do alojamento de cabeça de poço externo 13. 0 alojamento de cabeça de poço interno 21 está localizado na extremidade superior de uma coluna de tubos de revestimento 23 que se estende através do tubo de revestimento 17 a uma maior profundidade. 0 alojamento de cabeça de poço interno 21 tem um furo 25 com pelo menos um suspensor de tubo de revestimento 27 localizado no seu interior. 0 suspensor de tubo de revestimento 27 é selado no interior do furo 25 e é fixado à extremidade superior de uma coluna de tubos de revestimento 29 que se estende através do tubo de revestimento 23 a uma maior profundidade. Na presente modalidade, um suspensor de tubo 31 é assentado no interior do furo 25 do alojamento de cabeça de poço interno 21.

Especificamente, o suspensor de tubo 31 assenta-se no interior do suspensor de tubo de revestimento 27. 0 suspensor de tubo 31 é selado com o suspensor de tubo de revestimento 27 e fixado à extremidade superior de uma coluna de tubos 33. 0 suspensor de tubo 31 tem uma passagem de produção 32 que é coaxial com o tubo 33.

Reportando-se à figura 2, o furo 25 tem uma parte inferior 25a que tem um menor diâmetro que a parte superior 25b. Isto resulta em um ombro ou parte de transição cônica genericamente voltada para cima 25c localizada entre as partes 25a e 25b. A parte superior 25b do furo do alojamento de cabeça de poço tem um perfil ranhurado 35 formado no seu interior acima do suspensor de tubo 31. 0 perfil 35 é localizado a uma curta distância abaixo de um aro 37, que é a extremidade superior do alojamento de cabeça de poço interno 21.

Como mostrado na figura IA, uma árvore de Natal ou de produção 39 tem uma parte inferior que se insere no interior do alojamento de cabeça de poço 21. A árvore de produção 39 tem uma passagem de produção 41 se estendendo através da mesma que tem um orifício de saída 41a se estendendo lateralmente para o exterior. A árvore de produção 39 tem um tubo de isolamento 43 que pende para baixo de sua extremidade inferior e se encaixa hermeticamente no interior da passagem de produção 32 do suspensor de tubo 31. A extremidade inferior da árvore de produção 39 se estende para o interior do furo 25 do alojamento de cabeça de poço interno 21 para a seção de transição do furo 25c (fig. 2).

Reportando-se mais uma vez à figura 2, um membro de orientação 44 constitui parte de e se estende para cima do suspensor de tubo 31. Uma manga de orientação 46 com uma superfície helicoidal é fixada à extremidade inferior da árvore de produção 39. Quando a árvore 39 é baixada no interior do alojamento de cabeça de poço 21, a manga de orientação 46 se engata com o membro de orientação 44 para girar a árvore de produção 39 e orientar a mesma na direção desejada em relação ao suspensor de tubo 31. A árvore 39 inclui um conjunto conector para fixar o mesmo ao alojamento de cabeça de poço 21. 0 conjunto conector inclui um corpo conector 45 que tem um ombro voltado para baixo 47 que se assenta sobre o aro 37. 0 corpo conector 45 é rigidamente afixado à árvore 39. Uma vedação 49 veda entre o aro 37 e o ombro 47. 0 corpo conector 45 também se estende para baixo para o interior do alojamento de cabeça de poço 21. Um elemento de travamento 51 é localizado na extremidade inferior do corpo conector 45 para se engatar com o perfil 35. 0 elemento de travamento 51 poderia ser de uma variedade de tipos. Na presente modalidade, o elemento de travamento 51 compreende um anel fendido externo que tem um perfil de junção com a ranhura 35. Uma pluralidade de orelhas 53 localizadas no diâmetro interno do elemento de travamento 51 pressionam o elemento de travamento 51 radialmente para fora quando movido por uma manga de carne 55. A manga de carne 55 se desloca axialmente e é hidraulicamente acionada por fluido hidráulico fornecido a um êmbolo 57. 0 conjunto conector tem uma parte estendida ou retentora 59 que se estende, do corpo conector 45 para baixo na presente modalidade. A parte estendida 59 está localizada acima e fixada à manga de orientação 46. Um colar 60 é passado através do diâmetro externo da parte estendida 59 para reter o elemento de travamento 51 e as orelhas 53 com o corpo conector 45. Alternativamente, as orelhas 53 poderíam ser usadas para se engatarem com o perfil 35 e o elemento de travamento 51 omitido. Naquele caso, janelas poderíam ser fornecidas para as orelhas no corpo conector 45, e a parte estendida 59 e o colar 60 seriam integralmente formados com o corpo conector 45.

Reportando-se à figura IA, uma passagem de fluido de controle 61 se estende através da árvore 39 para uma parte lateral exterior para fornecer o fluido de controle.

Embora não mostrado, existe um grande número destas passagens, e elas conduzem aos tubos conectores na extremidade inferior da árvore 39. Os tubos conectores se encaixam em passagens de junção na extremidade superior do suspensor de tubo 31. Estas passagens conduzem a linhas de controle hidráulico que não são mostradas, porém se estendem abaixo do suspensor de tubo 31 no exterior do tubo de produção 33. Estas linhas de controle conduzem a equipamento de fundo de poço na coluna de tubos, tal como uma válvula de segurança de fundo de poço e uma manga corrediça.

Pelo menos uma válvula é montada na árvore de produção 39 para controlar o fluxo de fluido. Na modalidade preferida, as válvulas incluem uma válvula mestra 63 e uma válvula de suabear (de limpeza - swab valve) 65 localizada na passagem de produção 41. Uma válvula lateral 67 é montada no orifício 41a. 0 atuador hidráulico 68 para a válvula lateral 67 é mostrado. As válvulas 63 e 65 podem tanto ser hidraulicamente comandadas quanto ser mecanicamente comandadas (tipicamente por um ROV). A válvula lateral 67 é conectada com um circuito fechado de linha de fluxo 69 que conduz a um conector de linha de fluxo 71 no lado oposto, como mostrado na figura 1B. 0 conector de linha de fluxo 71 se conectará com uma linha de fluxo 73 que tipicamente conduz a um complexo ou equipamento de processamento submarino. Na presente modalidade, a linha de fluxo 73 é montada em um pino guia vertical 75 que se encaixa em um funil 77. O funil 77 é sustentado pela árvore 39 por um braço 79. Outros tipos de conexões com o conector de linha de fluxo 71 também poderíam ser empregados.

Reportando-se mais uma vez à figura IA, a árvore 39 tem um mandril 81 na sua extremidade superior que sobressai para cima. 0 mandril 81 é dimensionado para tipicamente receber um conector para conexão com um riser de peso leve e pequeno diâmetro, tal como para determinadas finalidades de intervenção. 0 mandril 81 também habilita outros processos de intervenção. A figura 3 ilustra uma passagem anular de tubo 83, que não é mostrada nas figuras 1B ou 2 devido à passagem anular de tubo 83 ser localizada em um plano seccional vertical diferente daquele mostrado nas figuras 1B e 2. A passagem anular de tubo 83 se estende verticalmente através do suspensor de tubo 31 de uma parte da extremidade superior para uma extremidade inferior, onde se comunica com um anel de tubo 85 circundando o tubo 33.

As extremidades superior e inferior da passagem anular de tubo 83 podem ser ligeiramente radialmente deslocadas uma da outra, como mostrado na figura 3. Um espaço vazio anular 87 circunda o tubo de isolamento 43 entre a extremidade superior do suspensor de tubo 31 e a extremidade inferior da árvore 39.

Uma válvula anular de tubo 89 é montada na passagem anular de tubo 83 para bloquear a passagem anular de tubo 83 contra fluxo em uma e em outra direção quando fechada. Reportando-se à figura 4, a válvula anular de tubo 89 tem uma base de haste 91 que é fixada por cordas 93 à passagem anular de tubo 83. Uma haste 95 se estende para cima da base de haste 91 ao longo do eixo geométrico da passagem anular de tubo 83. Uma cabeça de válvula alargada 97 forma a extremidade superior da haste 95. A cabeça de válvula 97 tem uma vedação resiliente secundária assim como uma vedação de rebordo primária 99 que é constituída de metal na presente modalidade.

Uma manga de vaivém 101 é reciprocamente conduzida na passagem anular de tubo 83. Enquanto na posição fechada superior mostrada nas figuras 3 e 5, a extremidade superior de manga 101 está a uma curta distância abaixo de uma parte de extremidade superior do suspensor de tubo 31. Enquanto na posição aberta inferior, mostrada nas figuras 4 e 6, a manga 101 está em uma posição inferior em relação à cabeça de válvula 97. A manga 101 tem um orifício de diâmetro reduzido ou sede 103 formada no seu interior. A sede 103 é hermeticamente engatada pela vedação de rebordo 99 assim como pela vedação resiliente da cabeça de válvula 97 enquanto a manga 101 permanece na posição inferior.

Um anel fendido 105 compelido para o exterior é montado no diâmetro externo da manga 101 próximo à sua extremidade superior. 0 anel fendido 105 tem uma superfície superior estreitado para baixo e uma superfície inferior que está localizada em um plano perpendicular ao eixo geométrico da passagem anular de tubo 83. Uma ranhura de junção 107 é engatada pelo anel fendido 105 enquanto a manga 101 se encontra na posição fechada superior. 0 anel fendido 105 se encaixa no interior da ranhura 107, operando como um obstáculo mecânico ou retentor para prevenir o deslocamento para baixo da manga 101. A figura 4 mostra uma ferramenta ou membro de engate 109 se estendendo para o interior da extremidade superior da passagem anular de tubo 83 se engatando com a extremidade superior da manga 101. O membro de engate 109 é um componente voltado para baixo da árvore 39 e é usado para deslocar a manga 101 da posição superior para a inferior. Um segundo membro de engate idêntico 109', mostrado nas figuras 5 e 6, é montado em uma ferramenta de operação 111 usada para operar o suspensor de tubo 31. O membro de engate 109 tem um rebordo 113 na sua extremidade inferior que casa com a parte estreitada voltada para cima sobre o anel fendido 105. O rebordo 113 desliza sobre e causa a contração do anel fendido 105, habilitando o membro de engate 109 a empurrar a manga 101 para baixo para a posição aberta. Uma mola 115, que pode ser constituída por uma pluralidade de arruelas Belleville, é localizada entre a base de haste 91 e a extremidade inferior da manga 101. A mola 115 compele a manga 101 para a posição superior fechada. Qualquer pressão na passagem 83 auxiliaria a mola 155 no deslocar da manga 101 para a posição fechada. O membro de engate 109 é fixado à extremidade inferior de um atuador 117, que é montado na árvore 39. O atuador 117 é um membro tubular oco com extremidades abertas conduzido de forma recíproca em uma passagem anular de tubo 118 na árvore 39 (fig. 2) . O atuador 117 tem uma parte de êmbolo sobre sua parede lateral exterior que é seletivamente alimentado com fluido hidráulico para movimentar o atuador 117 entre as posições superior e inferior. A passagem anular de tubo 118 se estende através da árvore 39 para uma parte lateral exterior da árvore 39 para conexão com uma linha anular de tubo que conduz tipicamente a um complexo submarino. A passagem anular de tubo na árvore 118 não se estende axialmente para a extremidade superior da árvore 39.

Quando o atuador 117 é movido para a posição inferior, o membro de engate 109 se engata com e impele a manga 101 da posição fechada para a posição aberta. As figuras 5 e 6 mostram um atuador similar 117' que forma uma parte da ferramenta de operação 111 e trabalha da mesma maneira que o atuador 117. De modo idêntico ao atuador 117, o atuador 117' tem uma parte de êmbolo que é conduzida em uma câmara de fluido hidráulico para causar o deslocamento para cima e para baixo em resposta à pressão hidráulica. A passagem 118' conduz a uma parte superior exterior da ferramenta de operação 111 para entregar e receber fluido do espaço anular de tubo. A ferramenta de operação 111 tem características convencionais para operar o suspensor de tubo 31 inclusive estabelecer uma vedação entre o suspensor de tubo 31 e o furo 25 do alojamento de cabeça de poço 21 (fig. 3) . A ferramenta de operação 111 tem um membro de travamento 119 que é radialmente e externamente expansível para o interior de uma ranhura de junção formada em uma parte de manga voltada para cima interior ao suspensor de tubo 31. 0 membro de travamento 119 fixa a ferramenta de operação 111 ao suspensor de tubo 31 enquanto o tubo 33 está sendo baixado no interior do poço. O membro de travamento 119 é ativado e liberado por um atuador de membro de travamento 121, que é também hidraulicamente acionado. A ferramenta de operação 111 tem uma manga 123 que desliza hermeticamente no interior do furo 32 do suspensor de tubo 31. A manga 123 isola a extremidade superior da passagem de furo de tubo de produção 83 da passagem de produção 32 (fig. 3) no suspensor de tubo 31.

Em operação, o alojamento de cabeça de poço externo 13 é fixado ao condutor 15, que é instalado em uma primeira seção do poço. 0 alojamento de cabeça de poço 21 é fixado ao tubo de revestimento 23, que é instalado no poço.

Um riser de perfuração e um pacote submarino inferior que inclui uma válvula de segurança são operados sobre o alojamento de cabeça de poço 21. 0 poço é perfurado mais profundamente e o tubo de revestimento 29 é operado e suspenso pelo suspensor de tubo de revestimento 27 no furo 25 do alojamento de cabeça de poço 21. A seguir, o tubo de produção 33 é operado através do riser de perfuração com o suspensor de tubo 31.

Como mostrado na figura 5, a ferramenta de operação 111 é fixada ao suspensor de tubo 31 para operar e instalar o suspensor de tubo 31. Uma vez conectado, o atuador 117' é, de preferência, golpeado para deslocar o membro de engate 109' para baixo, desse modo induzindo a manga de vaivém 101 a se deslocar para baixo. Isto abre a passagem anular de tubo 83 para fluxo para cima e para baixo. Um conduto, tipicamente o tubo de perfuração, será conectado com a extremidade superior da ferramenta de operação 111 para operar o tubo 33.

Após o suspensor de tubo 31 ter sido assentado, o operador pode testar a válvula anular 89 ao golpear o atuador 117' para cima, desengatando o membro de engate 109 da manga 101, como mostrado na figura 5. A mola 115 empurra a manga 101 para a posição fechada superior. Nesta posição, a vedação de cabeça de válvula 99 estará se engatando com a sede de manga 103, bloqueando o fluxo na direção quer para cima quer para baixo. Enquanto na posição superior, o anel fendido de detenção 105 se engata com a ranhura 107, prevenindo qualquer deslocamento para baixo. 0 operador aplica, a seguir, pressão de fluido à passagem 118' no interior da ferramenta de operação 111.

Isto pode ser realizado pelo fechamento da válvula de segurança ou preventor anular de explosão (blowout preventer) no tubo de perfuração acima da ferramenta de operação 111. A extremidade superior da passagem 118' comunica-se com um anel circundando o tubo de perfuração abaixo da válvula de segurança. Este espaço anular está também em comunicação com uma das linhas de obstrução e neutralização. 0 operador bombeia fluido para baixo pela linha de obstrução e neutralização, que escoa para baixo pela passagem 118' e atua contra a manga 101. O anel fendido 105 impede que a manga de vaivém 101 se desloque para baixo, permitindo que o operador determine se as vedações 99 sobre a cabeça de válvula 97 estão ou não vazando. O poço é perfurado e completado de uma maneira convencional. Em uma técnica, isto pode ser realizado anteriormente à instalação da árvore de Natal 39 pelo abaixamento de um canhão de perfuração através da coluna de operação do suspensor de tubo no riser de perfuração e através do tubo 33. A coluna de operação de suspensor de tubo pode opcionalmente incluir uma árvore submarina para teste que se estende através do riser de perfuração. Se desejado, o operador pode circular fluido pesado contido no poço anteriormente à perfuração. Isto pode ser realizado por abrir da válvula anular de tubo 89 pelo golpe do atuador 117'e do membro de engate 109' para baixo. O membro de engate 109' libera o anel fendido 105 da ranhura 107 e empurra a manga 101 para baixo para a posição aberta da figura 6. Um orifício tal como uma manga corrediça (não mostrada) na extremidade inferior do tubo 33 é convencionalmente aberta e a válvula de segurança é fechada em torno da coluna de operação de suspensor de tubo. 0 operador pode circular fluido para baixo pela coluna de operação e tubo 33, com o fluxo retornando para cima pelo anel de tubo 85 para o interior do riser de perfuração e para cima pela linha de obstrução e neutralização.

Circulação reversa também podería ser efetuada.

Após perfurar e testar, o operador assentará um tampão conduzido por cabo (não mostrado) em um perfil na passagem de produção do suspensor de tubo 32. A válvula de anel de tubo 89 é fechada pelo golpe do atuador 117' para cima, causando a mola 115 a deslocar a manga 101 para cima. O operador, então, recupera a ferramenta de operação 111 na coluna de operação através da válvula de segurança e do riser de perfuração. A válvula de segurança no fundo do furo (não mostrada) no tubo 33 está acima das perfurações e está, de preferência, fechada para fornecer uma primeira barreira de pressão. 0 tampão conduzido por cabo na passagem de produção 32 do suspensor de tubo fornece uma segunda barreira de pressão. 0 anel no tubo 85 normalmente não teria qualquer pressão, e a válvula anular de tubo 89 fornece uma barreira de pressão no caso de existência de pressão. O operador, então, desengatará o riser de perfuração do alojamento de cabeça de poço 21 e operará a árvore de Natal 39. A árvore 39, de preferência, não é operada no riser, embora pudesse ser. Se não é operada no riser, isto libera a torre sobre a plataforma flutuante para trabalhar sobre poços próximos no campo que está sendo desenvolvido. A plataforma a ser deslocada por uma curta distância para uma nova locação para perfurar um novo poço ou completar trabalho sobre um poço parcialmente perfurado. A árvore 39, de preferência, é operada por um cabo ou linha de suspensão com assistência de um ROV (veículo de operação remota). O guincho da linha de suspensão pode ser localizado sobre a mesma plataforma, deslocado para um lado da torre, ou podería estar situado sobre uma plataforma separada que pode ter um guindaste para várias finalidades, porém não de torre. Num e noutro caso, o guincho para o cabo está localizado em um local que está fora do trajeto crítico para operações de perfuração. O cabo (não mostrado) tem um conector que se conecta com o mandril 81 da árvore de produção 39.

Quando a árvore de Natal 39 se assenta no alojamento de cabeça de poço 21, sua extremidade inferior penetra no furo 25 do alojamento de cabeça de poço 21, e o tubo de isolamento 43 se encaixa no interior da passagem 32 do suspensor de tubo 31. Enquanto está sendo baixado, o membro de orientação 44 se engata com a manga de orientação 46 para orientar corretamente a árvore 39 em relação ao suspensor de tubo 31. Uma vez assentada, o operador fornece fluido hidráulico sob pressão à manga de carne 55, levando as orelhas 53 a compelirem o elemento de travamento 51 (figura 2) para a posição engatada externa com o perfil 35. 0 conector da linha de fluxo 71 (fig. 1B) da árvore 39 é conectado com a linha de fluxo 73 e a passagem anular de tubo (não mostrada) na árvore 39 é conectada com um complexo ou com uma instalação correlata.

Em uma técnica preferencial, com a assistência de um ROV, o operador conecta uma ferramenta de recuperação (não mostrada) ao mandril 81 e remove o tampão (não mostrado) no suspensor de tubo 31. A ferramenta de recuperação tem uma haste que se estende para baixo e que se estende através da passagem de produção da árvore 41 para o interior da passagem de produção do suspensor de tubo 32. A válvula de segurança no fundo do poço pode ser fechada durante este procedimento para isolar qualquer pressão da passagem de produção da árvore 41. Também, a ferramenta de recuperação utiliza vedações controladoras de pressão em torno de sua haste. Uma vez que o tampão é removido do suspensor de tubo 31, a árvore 39 deve estar pronta para produção.

Durante a produção, a válvula anular de tubo 89 pode permanecer fechada, porém, tipicamente, é mantida aberta para monitorar a pressão no anel de tubo 85. Se a válvula de anel de tubo 8 9 está fechada, ela pode ser aberta a qualquer tempo pelo acionamento do atuador 117 (fig. 4) da árvore 39 para baixo. Qualquer pressão no interior do anel de tubo 85 é comunicada através da passagem anular de tubo 118 na árvore 39 e a uma instalação de monitoração.

Para uma operação de intervenção em poço que não envolva a aplicação de tração sobre tubos 33, um riser leve com válvula de segurança pode ser fixado ao mandril de árvore 81. Um cabo de alimentação tipicamente conectaria a passagem anular de tubo na árvore 39 com o navio na superfície. Ferramentas conduzidas por cabo podem ser baixadas através do riser, da passagem de árvore 41 e dos tubos 33. 0 poço pode ser neutralizado pelo golpe do atuador 117 (fig. 4) para baixo, para abrir a válvula anular de tubo 89. A circulação pode ser efetuada pela extração pelo riser, através do tubo 31, e por um orifício inferior no tubo 33 para o anel 85 do tubo. 0 fluido retorna através da passagem anular de tubo 83 e da passagem 118 na árvore 39 para a linha de alimentação.

Para operações de intervenção em poço que requerem tração dos tubos 33, a árvore 39 tem de ser removida do alojamento da cabeça de poço 21. 0 riser leve não seria requerido se o tampão do suspensor de tubo fosse reposicionado no suspensor de tubo 31 com a ferramenta conduzida pelo ROV. A válvula de segurança no fundo do poço seria fechada. A árvore de Natal 39 é recuperada com um cabo com a assistência de um ROV. A seguir, um riser de perfuração é baixado e engatado com o alojamento da cabeça de poço 11. 0 operador recupera o tubo 33 e realiza a intervenção no poço de uma maneira convencional.

A invenção apresenta significativas vantagens. O acesso ao anel de tubo é facilmente obtenível por golpear um atuador na árvore ou na ferramenta de operação do suspensor de tubo. 0 dispositivo de retenção permite que a válvula anular de tubo seja testada a partir de cima. Todas as passagens e componentes hidráulicos para golpear o atuador para a válvula anular de tubo de produção são localizadas no exterior do suspensor de tubo. Isto evita a utilização de um espaço interno na parede do suspensor de tubo que é necessário para outras passagens.

Embora a invenção tenha sido ilustrada em somente uma de suas modalidades, deve ser evidente para aqueles versados na técnica que não está assim limitada, porém suscetível a várias alterações sem se afastar do escopo da invenção. Por exemplo, embora a válvula anular de tubo seja mostrada em conjunção com uma árvore que se conecta internamente com o alojamento da cabeça de poço, ela também podería ser utilizada com árvores que são externamente conectadas. Além disto, a válvula anular de tubo podería ser utilizada com um suspensor de tubo assentado em uma árvore, tal como uma árvore horizontal, mais exatamente em um alojamento de cabeça de poço. Outros tipos de dispositivos de retenção poderíam ser empregados para reter a válvula anular na posição fechada para testes. Por exemplo, um dispositivo de pressão sobre o membro de engate da ferramenta de operação podería ser utilizado para segurar a manga de vaivém e manter a mesma em uma posição superior durante o transcorrer do teste. A árvore podería ser operada sobre um riser mais exatamente um cabo de içamento, neste caso o tampão temporário de cabo na passagem de produção do suspensor de tubo seria convencionalmente recuperado pelo cabo. Se operada em um riser, a perfuração podería ser realizada após a árvore de natal estar em posição por baixar o canhão de perfuração através do riser e da árvore.

Claims (13)

1. Conjunto de poço submarino com um membro tubular (21) localizado submerso em uma extremidade superior de um poço, um suspensor de tubo (31) assentado no membro tubular (21), o suspensor de tubo (31) sendo conectado a uma coluna de tubos (33) se estendendo para o interior do poço, em que o suspensor de tubo tem uma passagem de produção (41) para escoar o fluido de produção a partir do poço, o suspensor de tubo (31) tem uma passagem anular (83) associada a um anel de tubo (85) que circunda o tubo (33) de uma válvula anular (89) disposta na passagem anular, em que a válvula anular tem um membro móvel axialmente (101) adaptado para ser deslocado de uma posição fechada para uma posição aberta, caracterizado pelo fato de que: um dispositivo de retenção (105, 107) para reter o membro móvel (101) na posição fechada, enquanto um teste de pressão a partir de cima do membro móvel é aplicado à passagem anular de uma fonte externa, e uma ferramenta de engate (109, 109') montada externamente no suspensor de tubo (31) que libera seletivamente o dispositivo de retenção (107, 113) e desloca o membro móvel (101) da posição fechada para a posição aberta.

2. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de retenção (107) inclui um detentor (105, 107) que é assentado de modo cooperativo no membro móvel (101) e na passagem anular (83).

3. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de retenção inclui: uma ranhura (107) formada na passagem anular (83), e um anel fendido (105) montado no membro móvel (101) para engatamento com a ranhura.

4. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro móvel (101) é impelido em direção à posição fechada por uma mola (115) e novamente o movimento descendente do membro móvel causado pela ferramenta de engate (109, 109') induz a compressão da mola.

5. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro móvel (101) inclui uma manga, a válvula anular adicionalmente incluindo: uma cabeça da válvula (97) montada de modo estacionário na passagem anular (83) e se estendendo para dentro do tubo de acoplamento com um interior do tubo, enquanto o tubo está na posição fechada; e uma mola (115) montada em uma extremidade inferior do tubo por um tubo rigido. (b) após o suspensor de tubo (31) estar posicionado, retirar a ferramenta de engate (109') movendo assim o membro móvel (101) na posição fechada, para com este bloco de fluxo descendente, através da válvula anular (89), e em seguida, (c) aplicar pressão no fluido para testar passagem anular (83) do membro móvel (101) enquanto o membro móvel é mantido na posição fechada.

6. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente incluir: uma ferramenta de operação (121) que se fixa de modo liberável ao suspensor de tubo (31), onde a ferramenta de operação é adaptada para ser montada em um conduto para rebaixamento do suspensor de tubo para dentro do membro tubular (21); e em que a ferramenta de operação (109') é acionada hidraulicamente entre as posições superior e inferior e conduzida pela ferramenta de operação.

7. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro tubular (21) inclui um alojamento de cabeça de poço, o conjunto adicionalmente incluindo: uma árvore de produção (39) montada em uma cabeça de poço (21), em que a ferramenta de engate (109') é operada hidraulicamente entre as posições superior e inferior e transportada pela árvore.

8. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ferramenta de engate (109, 109') é hidraulicamente acionada por um circuito hidráulico localizado no exterior do suspensor de tubo (31), o suspensor de tubo sendo livre de passagens hidráulicas para movimento do membro móvel (101) a partir da posição fechada para a posição aberta.

9. Conjunto de poço submarino, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula inclui: uma manga (101) posicionada na passagem anular (83) em uma extremidade superior do suspensor de tubo (31), em que a manga tem uma sede (103) que é adaptada para se comunicar com o anel de tubo; uma mola (115) montada no tubo de acionamento (101) para cima para uma posição fechada, bloqueando assim o fluxo através do tubo do assento (103) e da passagem anular (83).

10. Método para operar uma coluna de tubos (33) e testar uma válvula anular (89) de montagem de um poço com um membro móvel axialmente (101) localizado em uma passagem (83) de um suspensor de tubo (31) para bloquear seletivamente um fluxo de um anel de tubo (85), em que o método inclui conectar um conjunto de ferramenta de operação (111) ao suspensor de tubo (31), reduzindo o tubo (33) para dentro do poço e colocando o suspensor de tubo (31) de um membro tubular (21) localizado em uma extremidade superior do poço, caracterizado por: (a) ferramenta de operação (111) em conjunto com uma ferramenta de intervenção (109) se conecta ao membro móvel (101) com a ferramenta de intervenção para mover o membro móvel para uma posição aberta.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que prover adicionalmente inclui prover o membro móvel (101) com uma mola (115), em que: (etapa a) é realizada fazendo com que a mola de compressão (115) com o membro móvel (101) se movam em direção à posição aberta, e (etapa b) é realizada através da mola (115) ao empurrar o membro móvel (101) para a posição fechada.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a retirada do membro móvel (101) na posição fechada, é executada na etapa c) induzindo o engate com o detentor no membro móvel (105, 107).

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato adicionalmente incluir: após a etapa (c), recuperar a ferramenta de operação (111) e instalar uma árvore de produção (39) no membro tubular (21), a árvore de produção sendo provida de uma segunda ferramenta de engate (109) além da ferramenta de engate (109')» e estender a segunda ferramenta de engate (109) para envolver o membro móvel (101) e mover o membro móvel com a segunda ferramenta de engate para a posição aberta.