BR0316378B1 - método de tratamento de um poço que se estende desde uma cabeça de poço para dentro de uma formação subterránea. - Google Patents

Description

MÉTODO DE TRATAMENTO DE UM POÇO QUE SE ESTENDE DESDE UMA CABEÇA DE POÇO PARA DENTRO DE UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA

Campo da Invenção

Essa invenção se refere ao tratamento de poços que penetram formações subterrâneas e mais particularmente ao isolamento de um intervalo dentro de um poço para a introdução de um fluido de tratamento para o interior de uma formação adj acente.

Fundamentos da Invenção

Diversos procedimentos de tratamento são conhecidos na arte para o tratamento de um poço que penetra uma formação subterrânea. Um procedimento comum de tratamento envolve o fraturamento hidráulico de uma formação subterrânea a fim de aumentar a sua capacidade de fluxo. Desse modo, na indústria de petróleo, é uma prática convencional fraturar hidraulicamente um poço a fim de produzir fraturas ou fissuras nas formações circundantes e desse modo facilitar o fluxo de petróleo e/ou gás para o interior do poço a partir da formação ou a injeção de fluidos a partir do poço para o interior da formação. Tal fraturamento hidráulico pode ser conseguido mediante dispor um adequado fluido de fraturamento dentro do poço em oposto da formação a ser fraturada. 0 poço é aberto em relação à formação por meio de aberturas em um conduto, tal como uma seqüência de tubulações de revestimento, ou por meio de uma completação aberta na qual uma seqüência de tubulações de revestimento é montada ao topo do desejado intervalo de abertura e da face da formação então exposta diretamente ao poço abaixo da sapata da seqüência de tubulações de revestimento. Em qualquer dos casos, pressão suficiente é aplicada ao fluido de fraturamento e à formação para induzir o fluido a adentrar na formação sob uma pressão suficiente para provocar o colapso da formação com a formação de uma ou mais fraturas. Freqüentemente a formação é rompida para formar fraturas verticais. Particularmente, em formações relativamente profundas, as fraturas são naturalmente orientadas em uma direção predominantemente vertical. Uma ou mais fraturas pode ser produzida no transcurso de uma operação de fraturamento, ou o mesmo poço pode ser fraturado várias vezes em intervalos diferentes na mesma formação ou formação diferente.

Outra técnica de tratamento amplamente utilizada envolve acidulação, que é geralmente aplicada às formações calcárias tais como pedra calcária. Na acidulação, um fluido acidulante tal como o ácido clorídrico é introduzido dentro do poço e dentro do intervalo da formação a ser tratada que está exposto no poço. A acidulação pode ser realizada como procedimentos assim chamados de "matriz acidulante" ou procedimentos de "fraturamento ácido". No fraturamento ácido, o fluido acidulante é injetado para dentro do poço sob uma pressão suficiente para fraturar a formação do modo descrito anteriormente. Um aumento na permeabilidade na formação adjacente ao poço é produzido pelas fraturas formadas na formação bem como pela reação química do ácido com o material da formação. Na matriz acidulante, o fluido acidulante é introduzido através do poço para dentro da formação a uma pressão abaixo da pressão de colapso da formação. Nesse caso, a ação primária é um aumento na permeabilidade primariamente por meio da reação química do ácido dentro da formação com isso tendo pouco ou nenhum efeito de uma ruptura mecânica da formação, tal como ocorre no fraturamento hidráulico.

Várias outras técnicas de tratamento são conhecidas as quais visam aumentar a permeabilidade de uma formação adjacente a um poço ou de outro modo conferir uma desejada característica à formação. Por exemplo, solventes podem estar algumas vezes envolvidos como um fluido de tratamento a fim de remover material indesejado da formação na vizinhança do furo de poço.

Tratamentos em poços compreendendo a impermeabilização de furos de poços para isolar uma primeira região do furo de poço de estar em comunicação de fluido com uma segunda região do furo de poço podem ser observados na descrição dos documentos de patente GB 2 338 500, WO 02/10554 e US 5.697.441. Entretanto, observa-se na descrição desses documentos a carência na abordagem de etapas complementares no tratamento de poços, que são essenciais para se atingir um resultado mais apurado e que estão incluídas na presente invenção. Ou seja, o documento GB 2 338 500 não divulga a introdução de um fluido Iimpante na segunda trajetória de fluido no poço para deslocar o agente obturador e romper o enchimento ponte. 0 documento WO 02/10554 não revela em seu processo de tratamento a introdução de um fluido de tratamento no intervalo isolado do poço, nem o deslocamento ou remoção do enchimento ponte. Por sua vez, o documento US 5.697.441 não revela em seu processo de tratamento, a circulação de um fluido obturador de uma trajetória de fluxo para uma segunda trajetória de fluido, através de um conjunto de aberturas de telas, permitindo a passagem de um arrastador de fluido, enquanto se retém o agente obturador.

Outros documentos de patente como as patentes Norte- Americanas US 6.073.696, US 5.161.613 e US 5.947.200, também revelam técnicas de tratamentos de poços submarinos, porém não revelando as principais técnicas implementadas na presente invenção que proporcionam resultados mais precisos, como por exemplo, a presença de ambos os segmentos de tubulação (de retorno e de trabalho), com o segmento de tubulação de trabalho posicionado entre as seções de tela superior e inferior.

Sumário da Invenção

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um método para o tratamento de uma formação subterrânea penetrada por um poço. Na realização da invenção, o primeiro e segundo caminhos de fluxo são estabelecidos, dentro do poço, se estendendo a partir da cabeça do poço para o interior da vizinhança da formação subterrânea. Um fluido obturador compreendendo uma suspensão de um agente obturador particulado em um veículo líquido é circulado para dentro do primeiro dos caminhos de fluxo e para dentro do poço em contato com a parede do poço dentro da formação subterrânea. 0 veículo líquido é separado do agente obturador particulado mediante circular o veículo líquido dentro de um segundo caminho de fluxo. A circulação do líquido é conseguida através de um conjunto de aberturas que levam ao segundo caminho de fluxo, as quais são dimensionadas para permitir a passagem do veículo líquido ao mesmo tempo em que retêm o agente obturador particulado em contato com o conjunto de aberturas. A circulação do fluido obturador continua até que o agente obturador particulado se acumule para formar um enchimento ponte dentro do poço. 0 enchimento ponte atua de modo similar como um enchimento mecânico para formar uma barreira dentro do poço. Subsequente ao estabelecimento do enchimento ponte, um fluido de tratamento é introduzido dentro do poço através do primeiro caminho de fluxo e em contato com a superfície da formação no poço adjacente ao agente obturador acumulado que forma o enchimento ponte e subsequente à introdução do fluido de tratamento no poço, um fluido limpante é circulado ao longo do poço para dentro do segundo caminho de fluxo para deslocar o agente obturador particulado acumulado para fora das seções de telas e romper e remover o enchimento ponte.

Em um aspecto adicional da invenção, um procedimento de tratamento é realizado em uma seção de um poço que penetra uma formação subterrânea e que possui uma seqüência de tubulação de retorno provida com seções de telas espaçadas em uma alocação no poço adjacentes da formação subterrânea. Uma seqüência de tubulação de trabalho se abre dentro da parte interna do poço intermediário das seções de tela espaçadas. Na realização da invenção um agente obturador que compreende uma suspensão de um agente obturador particulado em um veículo líquido é circulado através da seqüência de trabalho ao interior do intervalo intermediário entre as seções de tela. 0 veículo líquido é fluído através das aberturas, na seção de tela espaçada, as quais são dimensionadas para permitir a passagem do veículo líquido ao mesmo tempo em que retêm o agente obturador particulado no poço em contato com as seções de tela. O fluxo do agente obturador particulado dentro do poço é continuado até que o agente obturador particulado no fluido se acumule no poço adjacente das seções de tela para formar enchimentos ponte espaçados dentro do poço e circundando a seqüência de retorno. Em seguida, um fluido de tratamento é introduzido para dentro do poço e para dentro do intervalo do poço intermediário aos enchimentos ponte espaçados e introduzido para dentro da formação. Em uma aplicação específica da invenção, o fluido de tratamento é um fluido de fraturamento introduzido ao interior do intervalo de tratamento sob pressão suficiente para fraturar hidraulicamente a formação. Em uma outra modalidade da invenção, o fluido de tratamento é um fluido acidulante eficaz para acidular a formação ou em uma matriz acidulante ou operação de fraturamento ácido. Preferivelmente, em seguida da introdução do fluido de tratamento ao interior do poço, um fluido limpante é circulado ao longo do poço para o interior da seqüência de tubulações parara deslocar o acumulado agente obturador particulado para fora das seções de telas e romper e remover os enchimentos ponte. Na realização das operações de fraturamento hidráulico, o fluido de tratamento está normalmente na natureza de um gel reticulado possuindo uma alta viscosidade. 0 fluido limpante pode incorporar um quebrador para fazer o colapso do agente de viscosidade no fluido de fraturamento. Por exemplo, onde o agente de viscosidade em um agente de fraturamento à base de água assume a forma de hidroxietilcelulose, o fluido limpante pode incorporar um ácido tal como o ácido clorídrico, que funciona para fazer o colapso do gel do fluido de fraturamento a um líquido de viscosidade muito mais baixa. Em seguida, as seqüências de tubulações podem ser movidas longitudinalmente através do poço para uma segunda posição dentro do furo de poço espaçada da posição originalmente tratada e a operação então é repetida para tratar uma diferente seção do furo de poço. As seqüências de tubulações empregadas em realizar a invenção podem ser seqüências de tubulações paralelas ou elas podem ser seqüências de tubulações concentricamente orientadas nas quais a seqüência de trabalho disposta dentro da seqüência de retorno proporciona um caminho de retorno formado pelo espaço anular da seqüência de trabalho e a seqüência de retorno.

Em uma aplicação adicional da invenção, um processo de tratamento é realizado em uma seção do poço que se estende em uma orientação horizontal dentro da formação subterrânea. A operação de fraturamento é realizada para fraturar hidraulicamente a formação e formar uma fratura verticalmente orientada dentro da formação que se estende a partir do furo de poço horizontalmente orientado. Em seguida as seqüências de retorno e de trabalho são movidas longitudinalmente através da seção de poço se estendendo horizontalmente até uma segunda posição, e a operação é repetida para formar um segundo conjunto de enchimentos ponte seguido por fraturamento hidráulico para formar uma segunda fratura verticalmente orientada dentro da seção de poço espaçada a alguma distância a partir da fratura verticalmente orientada inicialmente formada. Essas operações podem ser repetidas tantas vezes quanto desejadas a fim de produzir fraturas múltiplas.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um poço com partes em corte, que mostra a formação de enchimentos ponte espaçados usando seqüências de tubulações orientadas.

A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um poço com partes em corte que mostra a invenção como realizada empregando seqüências de tubulações em paralelo.

A Figura 3 é uma ilustração esquemática de uma seção de um poço que mostra uma forma preferida de seção guarnecida por tela em uma configuração de seqüência paralela.

A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um poço com partes em corte que mostra a aplicação da invenção em um poço desviado que possui uma seção de poço horizontal dentro de uma formação subterrânea.

As Figuras 5 e 6 são ilustrações esquemáticas com partes em corte de uma seção de poço horizontal que mostra operações seqüenciais dentro da seção de poço.

A Figura 7 é uma ilustração esquemática de um poço com partes em corte que mostra a aplicação da invenção em formar um único enchimento ponte com uma montagem de seqüência de tubulações concêntricas.

A Figura 8 é uma ilustração esquemática de um poço com partes em corte que mostra a aplicação da invenção na formação de um único enchimento ponte com configuração de seqüência de tubulações paralelas.

A Figura 9 é uma vista lateral em elevação com partes em corte que mostra uma montagem de fundo de furo de poço adequada para uso na realização da presente invenção.

A Figura 10 é uma vista lateral em elevação com partes em corte que mostra uma outra forma de uma montagem de fundo de furo de poço adequada para uso na realização da presente invenção.

A Figura 11 é ma vista lateral em elevação de uma seção de tubulação empregada em uma preferida seção guarnecida de tela para uso na presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção proporciona quanto à formação de um ou mais enchimentos ponte de fundo de furo que pode ser colocado em posições precisas em um poço mediante técnicas de circulação de fluido a fim de permitir acesso bem definido para uma formação através de um agente de tratamento adequado. Os enchimentos ponte podem ser montados dentro do poço sem a utilização de obturadores mecânicos de fundo de furo especiais e podem ser facilmente removidos após o procedimento de tratamento mediante uma técnica de circulação reversa. Os enchimentos ponte são formados pela circulação ao fundo do furo de um agente obturador particulado o qual é suspenso em um veículo liquido adequado. 0 fluido obturador é circulado através de uma tela de fundo de furo a uma posição desejada que permite ao líquido da suspensão fluir facilmente através das aberturas da tela, mas retarda a passagem do agente obturador particulado de modo que ele se acumula no poço na desejada posição no fundo do furo. 0 agente obturador pode assumir a forma de cascalho ou uma mistura de cascalho/areia como descrito em maiores detalhes adiante. Outras misturas adequadas para materiais permeáveis porosos podem ser empregadas. 0 agente obturador de cascalho é suspenso em um líquido que pode ser ou à base de óleo ou à base de água para a circulação ao longo do poço até a desejada posição no fundo de furo. 0 veículo líquido tipicamente é tratado com um agente de espessamento a fim de prover uma viscosidade, normalmente dentro da faixa de 10-1000 centipoises, preferivelmente dentro da faixa de 30- 200 centipoises, que é eficaz para manter o agente obturador em suspensão à medida que o fluido obturador é circulado através do poço. Todavia, líquidos de baixa viscosidade, por exemplo, água que possui uma viscosidade de cerca de 1 cp pode ser usada com agentes obturadores de baixa densidade.

A invenção pode ser realizada empregando seções de tubulações suspensas do fundo do furo a partir de um obturador mecânico, que podem estar equipadas com uma ferramenta de travessão, ou pode ser realizada empregando seqüências de tubulações que se estendem de a partir da cabeça do poço até a posição de fundo de furo do poço que está sendo tratado. A invenção será descrita inicialmente com respeito ao último arranjo mencionado, o qual normalmente será empregado apenas em poços relativamente rasos, a fim de ilustrar em um modo simples o fluxo de fluidos no transcurso da realização da invenção.

Voltando agora aos desenhos e referindo primeiramente a Figura 1, é ilustrado um poço 10, que se estende desde a superfície do solo 12 para o interior de uma formação subterrânea 14. A formação 14 pode ser de qualquer estrutura geológica adequada e normalmente será produtiva de petróleo e/ou gás. O poço 10 é provido com uma seqüência de tubulações de revestimento 15 que se estende desde a superfície do solo até o topo da formação 14. Tipicamente, a seqüência de tubulações de revestimento 15 será cimentada dentro do poço para proporcionar um estojo envoltório de cimento (não mostrado) entre a superfície externa da tubulação de revestimento e a parede do poço. É para ser identificado que a estrutura do poço da Figura 1 é altamente esquemática. Embora apenas uma única seqüência de revestimento seja mostrada, como um modo prático uma pluralidade de seqüências de revestimento pode existir e usualmente será empregada na completação do poço. Também, embora a Figura 1 descreva uma assim chamada completação de "furo aberto", o poço pode ser montado com tubulação de revestimento e cimentada através da formação 14 e a tubulação de revestimento então perfurada para proporcionar um intervalo de produção aberto para o poço.

0 poço é completado com seqüências de tubulações que correm concentricamente que compreendem uma tubulação externa 17 e uma seqüência de tubulações internas 18. As seqüências de tubulações 17 e 18 são penduradas no poço a partir da superfície por meio de adequada estrutura de suporte na cabeça do poço (não mostrada) . Uma linha de fluxo equipada com uma válvula 20 se estende a partir da tubulação 18 para permitir quanto à introdução e extração de fluidos. Uma linha de fluxo similar com válvula 21 se estende a partir da seqüência de tubulações 17 e permite quanto à introdução e a extração de fluidos através do espaço anular 22, definido pelas seqüências de tubulações 17 e 18. A seqüência de tubulações é provida com uma linha de fluxo e válvula 23 que proporciona acesso ao espaço anular da tubulação-revestimento. As seqüências de tubulações 17 e 18 são ambas fechadas no fundo por tampões de fechamento 17a e 18a. A seqüência de tubulações 17 é provida com seções de tela espaçadas 24 e 25. As seções de tela podem ser de qualquer tipo adequado contanto que elas proporcionem quanto a aberturas suficientes para permitir a entrada e a saída do veículo líquido ao mesmo tempo em que bloqueie a passagem da totalidade ou de pelo menos uma parcela substancial do agente obturador particulado. Em uma típica configuração de fundo de furo envolvendo um conjunto de tubulações de 10,16 cm de diâmetro montado dentro e um furo de poço possuindo um diâmetro nominal de cerca de 20,32 a 22,86 cm, as seções de tela podem ser formuladas através de grades de tela possuído aberturas de malha dentro da faixa de cerca de 0,152 mm a 0,254 mm, correspondendo geralmente a um padrão de peneiras de 60-100 mesh. Outras configurações podem ser usadas. Por exemplo, as seções de tela podem ser providas através de perfuradas seções de tubulações ou tubulações que tenham sido entalhadas verticalmente e horizontalmente, provendo aberturas suficientes para bloquear a passagem do agente obturador. Também, telas metálicas sinterizadas podem ser empregadas. As seções de tela podem ser de qualquer dimensão adequada. Em uma configuração de poço como descrito acima, as seções de tela 24 e 25 podem ser cada uma de cerca de 0,61 m a 9,14 m de comprimento com um intervalo entre as seções de tela (desde o topo da seção mais inferior até o fundo da seção mais superior) de cerca de 1,52 ma 9,14 m. A montagem de fundo de furo do poço é provida com uma ou mais portas de fluxo tais como as proporcionadas por uma montagem aranha 28 composta de uma pluralidade de tubos se estendendo de a partir do interior da seqüência de tubulações 18 até o exterior da seqüência de tubulações 17 para permitir o fluxo de fluido entre o interior da seqüência de tubulações 18 e o exterior da seqüência de tubulações 17.

Na realização da invenção, a lama de agente obturador particulado no veículo líquido é circulada através da linha 20 e ao longo do poço através da tubulação 18. A lama flui através da montagem aranha no fundo de furo 28 para o interior do espaço anular 30 entre a parede do poço e a superfície externa da tubulação 17. Dentro do espaço anular do poço 30, a lama flui através das telas 24 e 25 para dentro do espaço anular 22 definido pelas seqüências de tubulações 17 e 18. Se desejado, um obturador (não mostrado) pode ser montado no espaço anular do poço acima da tela 24 a fim de direcionar o fluxo de fluido para o interior do espaço anular 22 em lugar de subir o espaço anular do poço 30. Todavia, isso muitas vezes não será necessário. O fluido obturador que flui ao longo do poço (possuindo uma suspensão de cascalho ou similar no veículo líquido) terá uma densidade mássica maior que aquela do veículo líquido propriamente. Desse modo, à medida que o veículo líquido flui através das telas 24 e 25 induzindo o agente obturador granular a se acumular na vizinhança das telas, o gradiente de pressão através das telas será menor que o gradiente de pressão na subida do poço. Desse modo, o fluxo será predominantemente através da tela e para o interior do espaço anular da tubulação 22.

Ao final da etapa preliminar de circulação, são formados eficazes enchimentos ponte 32 e 34 adjacentes às telas 24 e 25. Os obturadores são mantidos no lugar através da pressão hidrostática no espaço anular do poço 30, e os obturadores são suficientemente impermeáveis para prevenir qualquer migração significativa de fluido a partir de um lado de um obturador para o outro.

Ao final da formação dos tampões formadores de ponte, um adequado fluido de tratamento é injetado por meio da linha 20 ao interior da tubulação 18 e através da montagem aranha 28 para o interior do espaço entre os enchimentos ponte 32 e 34. A título de exemplo, um fluido de fraturamento pode ser injetado ao longo da tubulação 18 e sob pressão suficiente para formar uma fratura 36 na formação 14. De modo alternativo, o procedimento de tratamento pode assumir a forma de um procedimento acidulante ou de um procedimento de fraturamento ácido.

Os procedimentos padrões podem ser empregados na realização da operação de tratamento. Onde a operação de tratamento está envolvida, o fluido de ataque inicial será injetado de acordo com a prática aceita sob uma pressão suficiente para superar a pressão de colapso da formação e fraturar a formação. Normalmente, o fluido de ataque será um fluido viscoso, tipicamente possuindo uma viscosidade situada dentro da faixa de 10-1000 centipoises que é livre de agente de sustentação ou tem uma concentração muito baixa de agente de sustentação. A fim de assegurar que os enchimentos ponte permaneçam no lugar durante o procedimento de fraturamento inicial, o fluido de ataque pode incorporar um agente de formação de ponte tal como areia empregada em concentração relativamente baixa, tipicamente dentro da faixa de 0,454 kg a 22,68 kg por barril.

Após o fraturamento ser iniciado, o fluido de fraturamento que transporta um agente de sustentação, é bombeado ao longo da tubulação 18 para propagar a fratura na formação e deixa-la obturada com o agente de sustentação. Tipicamente, uma condição de "saída de areia" irá ocorrer, como indicado pelo aumento na pressão, e a operação de fraturamento é então concluída.

Ao final do procedimento de tratamento, os enchimentos ponte podem ser removidos. A fim de remover os enchimentos ponte 32 e 34, um fluido de circulação reversa, que pode ser igual ou diferente do fluido empregado como o veículo líquido inicialmente, é injetado através da válvula 21 para dentro do espaço anular da tubulação 22. Isso cria um diferencial de pressão reversa através das seções de tela 24 e 25 e induz os enchimentos ponte a começar a se desintegrar. Finalmente, os enchimentos ponte são removidos pelo agente obturador particulado se tornando suspenso no veículo líquido e carreado para fora da vizinhança da formação. Normalmente, o agente obturador particulado será circulado de modo reverso para cima na seqüência de tubulações 18 até a superfície e removido do poço. A suspensão de obturador particulado no veículo líquido pode ser circulada para cima no espaço anular 30. 0 fluido de circulação reversa pode ser diferente do fluido empregado como o veículo líquido inicial. 0 fluido de circulação reversa pode assumir a forma inicialmente de um fluido de viscosidade mais baixa para facilitar a remoção inicial do agente obturador particulado. Onde o veículo líquido incorpora um gel reticulado, o fluxo de circulação reversa pode conter um agente colapsibilizante para ajudar a remover o gel reticulado do enchimento ponte. Adequados agentes de formação de gel incluem goma guar ou hidroxietilcelulose. Eles podem ser usados em quaisquer quantidades adequadas. Tipicamente, eles são usados em quantidades mínimas de cerca de 9,07 kg a 11,34 kg até talvez 13,61 kg por 3,78 m3. 0 gel pode ser quebrado através do uso de oxidantes ou enzimas para efetuar adequadas reações de decomposição. Tipicamente, oxidantes são usados. Oxidantes adequados incluem hipoclorito de sódio e persulfato de amônio.

Voltando agora à Figura 2, nela é ilustrada uma estrutura de poço alternativa para uso na realização da presente invenção onde seqüências de tubulações paralelas são empregadas. Na Figura 2, elementos similares são designados pelas mesmas referências numerais como mostrado na Figura Iea descrição que segue é aplicável à Figura 2 com exceção da modificação que envolve o uso de seqüências de tubulações paralelas. Na Figura 2, a seqüência 3 8 (análoga em função à seqüência de tubulações 18) e a seqüência de tubulações 4 0 (análoga em função à seqüência de tubulações 17) são corridas em uma configuração paralela. As seqüências de tubulações são dimensionadas para levar em conta a configuração paralela. A título de exemplo, em um poço que possui um diâmetro nominal de 20,32 a 22,86 cm, cada uma das seqüências 38 e 40 pode ser seqüências de tubulações de 5,08 cm a 7,62 cm. A seqüência de tubulações 40 é provida com seções de tela 41 e 42, que podem ser configuradas com respeito ao tamanho das aberturas, de modo similar como descrito acima com respeito à Figura 1. A seqüência de tubulação 40 é fechada em sua ponta mais inferior com um tampão adequado indicado pela referência numerai 4 0a. A seqüência de tubulações 38 é provida com um fechamento ou selo 44 em sua ponta de fundo e é provida com uma seção perfurada 45 para permitir quanto ao fluxo de fluido proveniente da tubulação 3 8 para o interior do furo de poço. De modo alternativo, em lugar de prover a seqüência de tubulações 38 com uma seção perfurada, a seqüência de tubulações pode ser aberta em sua ponta de fundo para proporcionar quanto ao fluxo de fluidos proveniente do interior da seqüência de tubulações para o interior do poço. Nesse caso a ponta mais inferior da seqüência de tubulações deverá estar posicionada aproximadamente na parte de meio entre as posições das seções de tela 41 e 42. A operação da invenção empregando a configuração paralela de tubulações mostrada na Figura 2 é similar à operação empregando as seqüências de tubulações concêntricas como mostrado na Figura 1. Um fluido obturador compreendendo uma suspensão de agente obturador particulado é circulado ao longo do poço através da tubulação 38. As aberturas na seção perfurada 45 da tubulação 38 são suficientes para permitir a passagem do agente obturador particulado em suspensão no veículo líquido sem o agente obturador ser separado da suspensão pela tela e se acumular no interior da seqüência de tubulações 38.

Um fluido obturador é circulado ao longo da tubulação 38 para dentro do poço e através das seções de tela 41 e 42 a fim de formar enchimentos ponte 47 e 48. À medida que o veículo líquido passa através das seções de tela e para dentro da seqüência de tubulações 40, os enchimentos ponte 47 e 4 8 são formados de modo similar como descrito acima. Ao término da formação dos enchimentos ponte, o fluido de tratamento é então injetado ao longo da seqüência de tubulações 38 e para dentro do intervalo do poço entre os enchimentos ponte 47 e 48 para realizar a desejada operação de tratamento. Ao final da operação de tratamento, os enchimentos ponte 4 7 e 48 podem ser removidos mediante circulação do veículo líquido viscoso ao longo do poço nas seqüências de tubulações 40. De modo alternativo, um fluido diferente pode ser usado como descrito anteriormente.

Na realização da invenção com a configuração de tubulação paralela da Figura 2, o enchimento ponte 47 irá ocupar uma área de seção transversal substancialmente maior do furo de poço que no caso de se empregar seqüências de tubulações concêntricas. Em uma modalidade preferida da invenção, a fim de facilitar a remoção da seção de tela mais inferior em conjunto com a dispersão do enchimento ponte, a seção de tela mais inferior pode ser formada em uma configuração cônica. Essa modalidade da invenção é mostrada na Figura 3, onde a tubulação 4 0 é mostrada terminar em uma seção de tela afunilada 49. A título de exemplo, onde a seqüência de tubulações 40 é uma tubulação de 7,72 cm, a seção de tela pode se afunilar na descendente para prover uma dimensão menor indicada pela referência numerai 50 de cerca da metade da dimensão da seqüência de tubulações.

Uma aplicação preferida da presente invenção está em realizar múltiplos tratamentos em um único furo de poço. Isso é facilitado pelo fato de que os enchimentos ponte podem ser facilmente removidos mediante uma técnica de circulação reversa, a montagem de tubulação então movida para uma nova posição no poço, e um novo conjunto de enchimentos ponte colocado no lugar. Esse modo de operação é particularmente proveitoso na operação de poços nos quais a seção de produção está substancialmente inclinada a partir da vertical em alguns casos até uma orientação nominalmente horizontal. Tais furos de poços horizontais são tipicamente empregados em formações relativamente grossas de gás ou de petróleo onde a inclinação do poço segue geralmente o declive da formação e especialmente onde a permeabilidade da formação é relativamente baixa. Tais poços inclinados ou poços horizontais podem ser formados através de qualquer técnica adequada. Uma técnica envolve a perfuração de um poço vertical seguido pelo uso de guias de sonda para progressivamente desviar da vertical em uma direção para chegar na orientação horizontal. Tais poços horizontais podem ser também formados usando equipamento de tubulação em espiral do tipo revelado, por exemplo, na Patente U.S. No. 5.215.151 para Smith e outros. Voltando agora à Figura 4, é ilustrado um poço 52 que foi desviado da vertical para uma configuração horizontal para de modo geral seguir o declive da formação subterrânea 54. 0 poço está equipado com um arranjo de tubulações concêntricas possuindo seqüência de tubulações interna e externa 56 e 57 correspondentes geralmente à seqüência de tubulações 17 e .18 da Figura 1. A seqüência de tubulações 57 está equipada com seções de tela superior e inferior 58 e 59, as quais são dispostas acima e abaixo de uma montagem aranha 60 que provê quanto ao fluxo do fluido entre o interior da seqüência de tubulações 56 e o exterior da seqüência de tubulações 57. Na operação do sistema da Figura 4, a suspensão de um agente obturador particulado é circulada ao longo da seqüência de tubulações 56 e através da montagem aranha 60 para dentro do espaço anular 62 entre a parede do poço 52 e a seqüência externa de tubulações 57. 0 veículo líquido flui através dos elementos de tela 58 e 59 e para dentro do espaço anular da tubulação 64, resultando na formação de enchimentos ponte de modo similar como descrito acima. Uma operação de fraturamento por tubulação é então iniciada a fim de formar uma ou mais fraturas verticais como indicado pelo caractere de referência 65.

Na estimulação de formações penetradas por poços horizontais ou poços desviados como mostrado na Figura 4, é algumas vezes desejável formar uma série de fraturas verticais espaçadas. Essa seqüência de operações é mostrada pelas Figuras 5 e 6. A Figura 5 ilustra a alocação das seqüências de tubulações 56 e 57 numa segunda posição movida para cima do furo a partir da posição inicial onde a fratura 65 foi formada. 0 procedimento de circulação é repetido para novamente prover enchimentos ponte espaçados .67 e 68, seguido por uma operação de fraturamento a fim de formar um segundo sistema de fratura 70 espaçado horizontalmente a partir do primeiro sistema de fratura 65. Em seguida, a circulação é revertida como indicado na Figura 6 com um veículo líquido (sem agentes obturadores particulados) circulados ao longo do espaço anular 64 para romper os enchimentos ponte com o retorno do fluido até a seqüência de tubulações internas 56 e, se desejado, também dentro do espaço anular poço-tubulação 62. Se desejado, o processo pode ser repetido mediante novamente mover a montagem de tubulação para cima no furo e formar novos enchimentos ponte em ainda uma outra posição seguido por fraturamento para produzir um terceiro sistema de fratura vertical espaçado dos sistemas 65 e 70.

Usualmente na realização da invenção em poços desviados como descrito nas Figuras 4 a 6, será preferido empregar um arranjo de tubulações concêntricas preferentemente que uma configuração de arranjo de tubulações paralelas do tipo descrito na Figura 2. Quando da utilização do arranjo de tubulações concêntricas, centralizadores adequados podem ser empregados ao longo do comprimento das seqüências de tubulações a fim de manter o espaçamento geralmente espaço anular apresentado.

Uma modalidade adicional da invenção, como realizada empregando apenas um único enchimento ponte, é mostrada na Figura 7. No sistema da Figura 7, um arranjo de tubulações concêntricas, similar àquele mostrado na Figura 1 é empregado com exceção que a seqüência de tubulações 72 se estende através do fundo da seqüência de tubulações exteriores 74. A seqüência de tubulações exteriores é provida com um adequado elemento de fechamento 79 a fim de selar o espaço anular 76 entre as seqüências de tubulações internas e externas no fundo. Nessa modalidade da invenção, normalmente realizada próximo do fundo de um poço, a dispersão do agente obturador no veículo líquido é circulada ao longo da seqüência de tubulações 72 e para dentro do furo de poço. 0 veículo líquido é retornado proveniente do furo de poço através da tela da seqüência 77 para dentro do espaço anular da tubulação 76 para formar um enchimento ponte 78 similarmente como descrito anteriormente. Uma vez o obturador seja formado, uma adequada operação de tratamento pode ser realizada mediante a injeção de um fluido de tratamento tal como um fluido de fraturamento ou um fluido acidulante ao longo da seqüência de tubulações interiores 72 para dentro da seção do poço abaixo do enchimento ponte 78. Ao final da operação de tratamento, o fluxo pode ser revertido mediante circular o veículo líquido ao longo do espaço anular da tubulação 76 para deslocar a acumulação do agente obturador particulado para fora da seção de tela 77.

A Figura 8 ilustra uma configuração de seqüência de tubulações paralelas empregada para proporcionar um único enchimento ponte. Nesse ponto, a seqüência de tubulações 80 está aberta ao fundo, e a seqüência de tubulações 82 é provida com um fechamento 83 e uma seção de tela 84 espaçada de modo ascendente a partir da ponta mais inferior da seqüência de tubulações. Um veículo líquido contendo um agente obturador particulado em suspensão é circulado ao longo da seqüência de tubulações 80 através da seção de tela e para cima na seqüência de tubulações 82 a fim de formar um enchimento ponte 86. A operação de tratamento pode ser realizada através da seqüência de tubulações 80, e ao final da operação de tratamento, a circulação reversa ao longo da tubulação 82 é instituída para romper o enchimento ponte 86, de modo similar como descrito acima.

A invenção desse modo descrita envolve o uso de seqüências de tubulações separadas que correm em configuração em paralelo ou concêntrica a partir da cabeça do poço até a vizinhança da formação que experimenta o tratamento. Embora as aplicações dessa natureza sejam úteis, particularmente em poços relativamente rasos, os arranjos de tubulações envolvidos se tornam relativamente embaraçosos quando a invenção é realizada em poços de substancial profundidade, particularmente onde a profundidade do poço em relação à formação que experimenta tratamento excede cerca de 304,8 m a 609,6 m. Em tais casos será usualmente desejável correr uma ferramenta de poço provendo caminhos de fluxo em separado como descrito acima em uma seqüência de tubulações equipada com um obturador. Se desejado, o obturador pode estar equipado com uma ferramenta de controle de fluxo de configuração convencional para permitir diferentes caminhos de fluxo a partir da superfície do poço até a localização de fundo de furo através de uma única seqüência de tubulações e/ou através do espaço anular tubulação-revestimento.

Voltando à Figura 9, ê ilustrado um poço 10 possuindo uma única seqüência de tubulações 90 se estendendo a partir da superfície do poço (não mostrada). Suportada sobre a seqüência de tubulações 90 está um obturador mecânico 91 que suporta seções de tubulação 92 e 93. A seção de tubulação 93 está equipada com seções de tela superior e inferior 94 e 95 e é análoga em operação à seqüência de tubulações 40 descrita acima com referência à Figura 2. A seqüência de tubulações 92 é provida com uma seção perfurada 96 e é análoga em operação à seqüência de tubulações 38 descrita acima com referência à Figura 2. As seções de tubulação 92 e 93 são firmadas uma à outra em uma posição de espaço fixo por meio do obturador 91 e por meio de elementos espaçadores 97 que se estendem entre as seções de tubulação. Os elementos espaçadores 97, naturalmente, não proporcionam passagens de fluido entre as seções de tubulações. A tubulação 92 pode ser colocada em comunicação fluida com a seqüência de tubulações 90 através de uma via de passagem 99 no obturador, e o interior da seqüência de tubulações 93 colocado em comunicação fluida com o espaço anular tubulação-revestimento 98 por meio da via de passagem indicada pelas linhas pontilhadas 100. Na operação da ferramenta de poço mostrada na Figura 9, uma suspensão do agente obturador particulado em um veículo líquido adequado é circulada ao longo do poço através da tubulação 90 e sai para dentro do furo de poço através das perfurações 96. 0 veículo líquido é circulado através das seções de tela 94 e 95, as quais são configuradas como descrito anteriormente, para permitir a passagem do veículo líquido, mas reter o agente obturador particulado sobre as seções de tela para formar enchimentos ponte (não mostrados) de modo similar como descrito acima. 0 fluxo de retorno na configuração mostrado é através do espaço anular tubulação-revestimento 98. A seção de tela mais inferior 95 é afunilada como descrito anteriormente para facilitar a remoção da ferramenta de poço. Ao término da operação de tratamento realizada através das tubulações 90 e 92, o veículo líquido pode ser circulado ao longo do espaço anular da tubulação de revestimento 98 e para entro da seção de tubulação 93. Ao mesmo tempo, o obturador 97 pode ser liberado, e tensionado para cima pressionado pela tubulação de trabalho 90 com a seção afunilada 95 facilitando a remoção do enchimento ponte mais inferior como descrito anteriormente.

A Figura 10 é uma vista lateral em elevação com partes em corte de uma de uma ferramenta de fundo de furo que incorpora seções tubulações concêntricas, que funcionam de modo similar como descrito acima com referência à Figura 1. Na Figura 10, elementos similares como são apresentados na Figura 9 são designados pelas mesmas referências numerais como usadas na Figura 9. Na ferramenta da Figura 10, uma tubulação concêntrica externa 101 é provida com as seções de tela superior e inferior 102 e 103. Também, suspensa a partir do obturador 91, está uma seção de tubulação interna 105, que é provida com uma seção aranha superior 106, e uma seção aranha inferior (não mostrada) terminando em perfurações na seção de tubulação externa 101 indicado pela referência numerai 108. As seções aranha proporcionam passagens de fluxo proveniente do interior da seção de tubulação 105 para o exterior da seqüência de tubulações 101. 0 espaço anular 109 entre as seqüências de tubulações interna e externa está colocado em comunicação fluida com o espaço anular tubulação-revestimento 98 através de uma via de passagem 110 no obturador 91 como indicado pelas linhas pontilhadas. O interior da seqüência de tubulações 105 está colocado em comunicação fluida com a seqüência de tubulações de trabalho 90 como indicado pela via de passagem 112 de linha pontilhada. A operação da ferramenta de poço mostrada na Figura 10 é similar àquela descrita acima com referência à Figura 1. O veículo líquido contendo o agente obturador particulado é introduzido dentro do poço através da tubulação 90 dentro da seção de tubulação 105 e a partir daí para cima através das vias de passagem aranha ao exterior da seqüência de tubulações externas 101. 0 fluxo de retorno é direcionado para dentro do espaço anular 109 e em seguida para cima através do espaço anular tubulação-revestimento 98 para formar enchimentos ponte (não mostrados) adjacentes às seções de tela 102 e 103. Como anteriormente revelado, as seções de tela empregadas na presente invenção podem ser de qualquer tipo adequado, mas normalmente irá ter a forma e uma tela de malha 0,152 mm a 2,54 mm. A Figura 11 mostra uma adequada configuração de seção de tela na qual a seção de tela da tubulação 114 está provida com perfurações 116. Uma tela de malha aramada (não mostrada) é envolta ao redor da seção perfurada do tubo 114. O tubo funciona para sustentar o elemento de tela. Em adição, mediante o apropriado dimensionamento das perfurações 116 quando o veículo líquido de circulação reversa é bombeado ao longo do fluxo do poço e flui através das perfurações constringidas 111, ele sai a uma velocidade relativamente alta, facilitando desse modo a ruptura do agente obturador particulado em torno da seção de tela.

Como descrito anteriormente, a presente invenção pode ser realizada empregando fluídos de tratamento outros que aqueles comumente utilizados em acidulação, fraturamento, ou operações de fraturamento ácido. Um fluido de tratamento pode assumir a forma de um solvente, outro que um fluido acidulante, a fim de remover o material imediatamente adjacente ao furo de poço para facilitar o fluxo de fluido entre o furo de poço e a formação. De modo alternativo, um agente de tratamento da natureza de um agente obturador pode ser introduzido dentro do poço a fim de vedar uma seção da formação intermediária dos enchimentos ponte formados adjacentes das seções de tela. Por exemplo, uma suspensão de um polímero termofixado pode ser introduzida dentro do poço, seguida pela introdução de um agente de cura para reticular o polímero e formar uma vedação dentro de uma parte limitada do furo de poço. Materiais adequados úteis na modalidade dessa natureza incluem hidroxietilcelulose reticulada.

As seções de tela empregadas nas várias modalidades da invenção podem, como indicado anteriormente, ser relativamente curtas, por ex., da ordem de 30,48 cm ou 69,96 cm. Todavia, de um modo prático, as seções de tela irão usualmente ser providas variando em comprimentos de cerca de 1,52 m a 6,10 m. 0 intervalo entre as seções de tela pode variar na faixa de tão baixo quanto 0,61 m até cerca de 18,29 m em comprimento, dependendo do intervalo da formação a ser tratado. Entretanto, um típico espaçamento entre as seções de tela será de cerca de 3,05 m a 9,14 m a partir do topo da seção de tela mais inferior até o fundo da seção de tela superior.

A partir da descrição apresentada até agora, será identificado que a viscosidade do veículo líquido e a faixa de tamanho de partícula e a densidade do agente obturador particulado estão inter-relacionadas. Adicionalmente, o tamanho das aberturas da tela está relacionado às características do agente obturador particulado uma vez que a totalidade ou a maior parte do agente obturador deverá estar retida sobre a tela para formar o enchimento ponte. O agente obturador particulado preferivelmente irá assumir a forma de uma mistura de areia/cascalho possuindo um peso específico de 1,5 a 3,5 com uma distribuição de tamanho de partícula que promova o enchimento das partículas de areia relativamente finas dentro dos interstícios formados pelas partículas de cascalho um tanto mais grosseiras. Por exemplo, um adequado agente obturador particulado pode compreender cerca de 40 a 60% em peso de cascalho possuindo uma distribuição de tamanho de partícula de cerca de 20 a 40 mesh e uma parcela de areia relativamente fina de tamanho 4 0 a 60 mesh compreendendo cerca de 4 0 a 60% em peso da mistura. Para um tal agente obturador particulado, a viscosidade do veículo líquido deverá estar situada na faixa de cerca de 20 a 200 centipoises. A seção de tela pode assumir a forma de uma tela de malha 0,152 mm a 0,254 mm. Onde a tela está envolta em torno do tubo perfurado no fundo como mostrado na Figura 11, as perfurações podem ter um diâmetro de cerca de 3,175 mm a 9,525 mm com cerca de 2 a 50 perfurações por 30,48 cm de tubo.

Tendo descrito as modalidades especificas da presente invenção, será entendido que suas modificações podem ser ensejadas para aqueles versados na técnica, e é pretendido considerar todas as tais modificações como inseridas no escopo das reivindicações anexas.

Claims (13)

1. Método de tratamento de um poço (10) que se estende desde uma cabeça de poço para dentro de uma formação subterrânea (14), caracterizado por compreender as etapas de: (a) circular um fluido obturador compreendendo uma suspensão de um agente obturador particulado em um veículo líquido ao longo do poço através de um primeiro caminho de fluxo (18, 38) contido no poço e para dentro do poço em contato com a parede do poço inserida na formação subterrânea; (b) separar o líquido do agente obturador particulado mediante circulação do fluido obturador para dentro de um segundo caminho de fluxo (22) inserido no poço através de um conjunto de aberturas de tela (24, 41) que permite a passagem do veículo líquido ao mesmo tempo em que retém o agente obturador particulado em contato com o conjunto de aberturas para induzir o agente obturador a se acumular para formar um enchimento ponte (32, 47) dentro do poço para estabelecer um intervalo (3 0) dentro do poço o qual é isolado do restante do poço; e (c) subsequente ao estabelecimento do enchimento ponte (32, 47), introduzir um fluido de tratamento para dentro do intervalo isolado (30) do poço e para entrar em contato com a superfície da formação no poço adjacente ao agente obturador acumulado que define o enchimento ponte (32, 47), em que subsequente à etapa (c) , um fluido limpante é circulado ao longo do poço para dentro do segundo caminho de fluxo (22) para deslocar o agente obturador particulado acumulado para fora das aberturas e romper o enchimento ponte (32, 47).

2. Método, de acordo com a reivindicação I7 caracterizado por adicionalmente compreender circular o fluido obturador através do segundo caminho de fluxo através de um segundo conjunto de aberturas de tela (25, 42) espaçadas linearmente ao longo do poço a partir do primeiro conjunto de aberturas de tela (24, 41) para formar um segundo enchimento ponte (34, 48) dentro do poço espaçado linearmente a partir do primeiro enchimento ponte mencionado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de empregar uma seqüência de tubulação que se estende a partir da cabeça do poço até a alocação de fundo de furo de poço sendo tratada, em que subsequente à etapa (c) , definida na reivindicação 1, a seqüência de tubulação é movida longitudinalmente através do poço para chegar até uma segunda alocação dentro do referido poço, espaçada a partir da alocação originalmente tratada e em seguida repetir as operações apresentadas nas etapas (a) , (b) e (c) , definidas na reivindicação 1, para tratar uma diferente seção do furo de poço.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato do fluido de tratamento ser injetado para dentro do intervalo de tratamento (3 0) sob uma pressão suficiente para fraturar hidraulicamente a formação.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato do fluido de tratamento ser um fluido acidulante.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato do agente obturador particulado ter uma distribuição de tamanho de partícula provida por uma fração relativamente grosseira do referido agente obturador particulado e uma fração relativamente fina do referido agente obturador particulado possuindo um tamanho parcial médio menor que o tamanho de partícula da porção média da referida fração grosseira.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da fração grosseira ter um tamanho de partícula situado dentro da faixa de tamanho de 20 a 40 mesh e a fração fina ter um tamanho de partícula situado dentro da faixa de 40 a 60 mesh.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de empregar seqüências de tubulação que se estendem a partir da cabeça do poço até uma alocação de fundo de furo de poço sendo tratada e orientada paralela no poço.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da seção de tela inferior ser formada em uma configuração afunilada.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de empregar seqüências de tubulação que se estendem a partir da cabeça do poço até uma alocação de fundo de furo de poço sendo tratada, o segmento da tubulação de retorno e o segmento da tubulação de trabalho estando orientados concentricamente no poço com o segmento da tubulação de trabalho disposto dentro do segmento da tubulação de retorno para proporcionar um caminho de retorno entre o espaço anular do segmento da tubulação de trabalho e o segmento da tubulação de retorno.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracteriζado pelo fato da seção do poço se estender em uma orientação horizontal dentro da formação subterrânea.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do fluido de tratamento ser injetado dentro do referido intervalo de tratamento sob uma pressão suficiente para fraturar hidraulicamente a formação e formar uma fratura verticalmente orientada dentro da formação.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato do fluido de fraturamento estar na natureza de um gel reticulado possuindo uma alta viscosidade e o fluido limpante incorporar um quebrador para fazer o colapso do agente de viscosidade no fluido de fraturamento.