BR102012027342A2

BR102012027342A2 - Niple estendido

Info

Publication number: BR102012027342A2
Application number: BR102012027342-0A
Authority: BR
Inventors: Gilberto Andre Busato; Andre Aquino De Araujo
Original assignee: Petroleo Brasileiro Sa
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-08-19
Also published as: BR102012027342B1

Abstract

NIPLE ESTENDIDO. Refere-se a presente invenção a um artefato que pode ser aplicado concomitante ao uso de válvulas de controle de fluxo reverso de construção simples e de grande confiabilidade, usualmente aplicadas na extremidade inferior de colunas de produção providas com sistemas de bombeio centrífugo submerso. O niple estendido objeto da presente invenção mantém a necessária proteção contra erosão da região crítica de saída de fluxo quando uma válvula de controle de fluxo reverso permanece instalada no niple.

Description

NIPLE ESTENDIDO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um acessório para ser aplicado em coluna de produção de um poço de petróleo.

A nova concepção construtiva do niple estendido objeto da presente

invenção, quando aplicada nas colunas de produção, logo acima da descarga da bomba submersa, mantêm a necessária proteção contra erosão da região crítica de saída de fluxo quando uma válvula de controle de fluxo reverso permanece instalada no niple.

O referido artefato pode ser aplicado concomitante ao uso de

válvulas de controle de fluxo reverso de construção simples e de grande confiabilidade, em substituição a válvulas mais complexas de controle de fluxo reverso que implicam na utilização de controles hidráulicos com várias peças móveis e também de custo maior.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Na indústria petrolífera é de conhecimento geral que o fluido petrolífero é extraído de um poço perfurado em uma formação rochosa.

A perfuração de um poço de petróleo é realizada por meio de uma sonda de perfuração, que pela ação da rotação e peso aplicados a uma broca existente na extremidade de uma coluna de perfuração, transpassa as diversas camadas geológicas até atingir um reservatório produtor.

Concluída a etapa de perfuração segue-se um conjunto de operações conhecidas como completação. A completação é a transformação de um poço em estado bruto de acabamento em uma 25 unidade produtiva completamente equipada e com os requisitos mínimos de segurança e produtividade atendidos. Um dos requisitos mínimos para que possa haver algum sucesso na completação de um poço é o estabelecimento de uma comunicação limpa e efetiva entre o poço e a formação do reservatório produtor, que por sua vez, dependendo da 30 estabilidade geológica apresentada pode necessitar de elementos de contenção de impurezas.

Assim, um reservatório pode ser classificado em relação ao acabamento basicamente em tipo aberto ou tipo revestido.

O reservatório aberto, sem aplicação de meios de contenção, é utilizado somente para formações muito bem consolidadas, com pouco risco de desmoronamento da formação.

Os reservatórios revestidos são providos com dispositivos desenvolvidos segundo alguma técnica de contenção de impurezas que retêm a produção de sólidos e libera o fluxo produtivo de petróleo para bombeio.

De acordo com muitos trabalhos publicados sobre produção de sólidos/areia, existem dois mecanismos principais responsáveis por estes distúrbios de desagregação dos sólidos da formação: a ruptura por tração e ruptura por cisalhamento dos poros da formação. Estes dois processos 15 estão relacionados com a diferença entre a pressão estática no reservatório e a pressão de fundo de poço (drawdown), as forças de percolação e as propriedades do meio poroso.

Resumidamente, a produção de sólidos em um reservatório está relacionada ao tipo de formação, à vazão/velocidade do fluido devido ao drawdown de permeabilidade local e à viscosidade do fluido. Esses fatores afetam diretamente a migração de finos, tanto em reservatórios abertos quanto em reservatórios revestidos.

A produção de sólidos pode ocorrer logo no primeiro fluxo do poço cessando em seguida, como também pode começar após um período de tempo. A produção de sólidos pode ser classificada como: transiente, contínua e catastrófica.

Transiente é inicialmente caracterizada por uma alta taxa de areia que vai diminuindo e equalizando até se tornar constante. O tipo contínuo o próprio nome define, e catastrófica define-se quando a areia é produzida com taxas muito elevadas que ocasionam o colapso do poço. A produção de sólidos acarreta uma série de conseqüências danosas, dentre as mais reconhecidas e evidentes podem ser destacadas o colapso da zona produtora, o tamponamento do poço, o bloqueio parcial das ranhuras do revestimento, a abrasão e desgaste de ferramentas, 5 hastes e equipamentos, tantos os internos ao poço como aqueles colocados na plataforma e finalmente os problemas ambientais devido à necessidade de descarte de resíduos impregnados por hidrocarbonetos.

Perante tamanho impacto na produção foram criadas e estão disponíveis no mercado algumas técnicas de contenção de impurezas. As mais conhecidas e aplicadas são o empacotamento, a consolidação química, e a aplicação de tubos ranhurados ou de telas.

No entanto todos os métodos disponíveis não podem ser aplicados indistintamente, pois foram criados para cenários específicos, dependendo da geometria do poço (vertical ou direcional revestido; horizontal aberto), 15 das características do arenito (granulometria, quantidade de finos, laminações, gradiente de fratura, etc.), vazão esperada, dentre outros fatores.

Assim o petróleo bombeado para a superfície poderá sempre apresentar uma percentagem de sólidos em suspensão, apesar das técnicas de contenção de impureza aplicadas.

Até a atualidade as conseqüências da circulação de impurezas sólidas em suspensão pelo sistema de bombeio tinham seus efeitos notadamente observados diretamente no meio de bombeio, principalmente quando se aplicava o Bombeio Centrífugo Submerso (BCS).

Como o BCS é um equipamento que opera sob um regime de

grandes rotações, apresentava até a poucos anos um desgaste acentuado de seus componentes internos, causado pelas partículas sólidas em suspensão. Sua durabilidade era pequena, chegando a ser trocada em intervalos de até um ano de operação contínua.

Todavia, a qualidade dos materiais e as técnicas construtivas evoluíram tornando os equipamentos de bombeio mais resistentes, especialmente as BCS, que passaram a ter vida útil de até quatro anos de operação ininterrupta, criando um cenário novo.

No fundo do poço, até então, as conseqüências dos sólidos em 5 suspensão estavam focadas principalmente ao desgaste acentuado e rápido dos equipamentos de bombeio, mas atualmente com a resistência ao desgaste superior destes equipamentos, notou-se a ocorrência de erosão em trechos do sistema de circulação que são foco de uma concentração ou direcionamento de fluxos de fluido produtivo. 10 Especificamente os pontos próximos a saída do sistema de bombeio.

Para melhor entender este novo cenário, vale lembrar que atualmente é empregado no fundo do poço, como uma técnica padrão, a aplicação de um mecanismo de controle de reversão de fluxo imediatamente acima da BCS, para que nas ocasiões de alguma parada 15 de bombeio na plataforma de produção, o refluxo repentino da coluna de produção não cause danos no equipamento de bombeio submerso.

Esta técnica prevê a instalação de uma válvula de controle de fluxo reverso, instalada por meio de niple em basicamente duas situações: como já foi revelado acima, no caso de instalações com bombeio 20 centrífugo submerso (BCS), onde é utilizada como proteção contra reversão de fluxo na bomba por ocasião de paradas na plataforma, ou alternativamente logo após o assentamento do obturador (packer) hidráulico em teste de estanqueidade da coluna.

Ultimamente tem-se adotado a pratica de manter uma válvula de 25 controle de fluxo reverso instalada nos poços equipados com BCS, pois a mesma impede que após o desligamento da bomba o fluido presente na coluna desça para equilibrar com o nível estático do anular do poço. Este fluido descendo faz com que o conjunto de BCS gire em sentido contrário ao de operação, que pode danificar a bomba, e para se dar partida 30 novamente na referida bomba é necessário esperar que todo o fluido escoe até atingir o equilíbrio estático.

Assim, a técnica prevê a especificação de um niple dotado com válvula de controle de fluxo reverso, cujas características principais atendam os requisitos de maior confiabilidade possível e que seja possível 5 a sua eventual retirada por meio de operação com arame, o qual se conecta ao pescoço da válvula de controle de fluxo reverso. A operação é conhecida no meio técnico como retirada da válvula de controle de fluxo reverso.

Para satisfazer a estas características básicas, as válvulas de 10 controle de fluxo reverso existentes no mercado sempre apresentam duas características construtivas básicas: a existência de um pescoço de pescaria, o qual consequentemente direciona o fluxo do fluido que a atravessa obrigatoriamente para a lateral, em algum grau em relação ao seu eixo central.

Opta-se por válvulas de controle de fluxo reverso com a construção

mais simples possível, pois quanto menor o número de componentes móveis menores são as chances de travamento ou obstrução, bem como possibilita instalação e retirada com rapidez e simplicidade, por meio de arame, método tradicional na indústria do petróleo.

Tais válvulas obrigatoriamente necessitam de um arranjo com niples

normais conectados diretamente ao tubo de produção.

E assim surge um novo cenário de erosão, localizado acima das BCS. Bombas centrífugas submersas de melhor qualidade, bombeando continuamente durante pelo menos quatro anos, tendo seu fluxo de saída 25 controlado por válvulas de controle de fluxo reverso instaladas em niples. As referidas válvulas existentes no mercado, atualmente especificadas devido à confiabilidade e baixo custo, direcionam o fluxo de saída do fluido, que Ihe transpassa o corpo, contra a parede interna da coluna de produção imediatamente acima da conexão com o niple, acarretando 30 perfurações inesperadas antes inexistentes nestas situações. A cada dia aumentam os casos de recirculação pela coluna de produção em contrapartida à redução de casos de falhas na BCS. Assim com este novo cenário, os trechos das colunas de produção imediatamente acima da conexão ao niple tornaram-se o ponto mais frágil do sistema de bombeio.

Como solução tem-se tentado evitar o choque do fluxo de saída da válvula de controle de fluxo reverso contra a parede interna da coluna de produção por meio da adaptação de uma luva de fluxo conectada diretamente ao niple, a qual consiste em tubo de parede espessa capaz de resistir à erosão.

Entretanto, devido às características construtivas dos niples existentes no mercado, a instalação de uma luva de fluxo evitou a perfuração do tubo, mas ocorreu a transferência do ponto de erosão para o pino da conexão entre válvula de controle de fluxo reverso e luva de fluxo.

Como já foi citado, existem válvulas de controle de fluxo reverso que não direcionam seu fluxo de saída para as laterais, no entanto são válvulas com características construtivas complexas, providas com muitos componentes móveis, tais como janelas deslizantes, pistões etc., que 20 podem apresentar falhas de funcionamento exatamente devido às impurezas existentes no fluido petrolífero. Além de apresentarem um custo muito elevado e serem instaladas conectadas à coluna de produção, fato que não permite a retirada com operações de arame em caso de falha.

Exemplos de válvulas com estas características são reportados nos documentos US 4,259,041, US 4,688,593, US 7,708,066.

O documento US 4,259,041 se refere a uma válvula do tipo Standing Valve (STV) que fica abaixo da unidade de bombeio e não pode ser retirada em operações de arame (slick line), de construção complexa, possuindo várias partes móveis. A STV tradicional consiste de uma esfera com mola, e também dirige o fluxo longitudinalmente. O documento US 4,688,593 apresenta uma válvula de prevenção de fluxo reverso, que desce no poço conectada à coluna e não pode ser retirada; possui uma camisa deslizante que move uma segunda válvula do tipo “flapper”.

O documento US 7,708,066 apresenta uma válvula de prevenção de

fluxo reverso que também não permite retirada com operação “slick line”.

Cabe salientar que nenhuma das técnicas apresentadas até atualidade foi capaz de conjugar baixo custo, alta confiabilidade e uma solução definitiva para eliminar a erosão da coluna, com conseqüente recirculação de fluido.

Diante desses desafios técnicos, surgiu a preocupação com o desenvolvimento de um artefato que não só pudesse fornecer a máxima proteção das seções de coluna acima da BCS, quanto também pudesse manter a confiabilidade e simplicidade das válvulas de controle de fluxo reverso empregadas atualmente.

A invenção descrita a seguir decorre da contínua pesquisa neste segmento, cujo enfoque objetiva dimensionar e estruturar uma solução que resista a erosão, sem repassá-la a um ponto superior.

Outros objetivos que o niple estendido, objeto da presente invenção, se propõem alcançar são a seguir elencados:

a) permitir a proteção interna das colunas de produção;

b) manter uma solução eficaz e barata de controle de fluxo reverso;

c) eliminar problemas de recirculação; e

d) evitar comunicações da coluna com o anular em poços

equipados com “packer”, onde por motivos inesperados, não tenha sido possível retirar a válvula de retenção (STV) que é utilizada para assentar o “packer” hidráulico.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Refere-se a presente invenção a um niple para interconexão da extremidade de uma coluna de produção a um equipamento de bombeio centrífugo submerso. O referido niple apresenta a configuração construtiva padrão de um corpo tubular cujas extremidades são providas de conexão superior e inferior, e internamente de uma ancoragem para assentar uma válvula de controle de fluxo reverso.

A distância (d) entre a base da conexão superior do niple estendido e a ancoragem da válvula de controle de fluxo reverso é maior do que o comprimento total da referida válvula de controle.

A parede interna do niple estendido, adjacente à saída da válvula de controle de fluxo reverso, apresenta um rebaixo ao longo de toda a parede interna do niple, uma câmara de amortecimento, cuja área aberta superior de escape é igual ao somatório das áreas de saída da referida válvula de controle de fluxo reverso.

A função da referida câmara é reduzir a turbulência e evitar que os sólidos em suspensão no fluido petrolífero atinjam radialmente as paredes da coluna de produção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será descrita a seguir mais detalhadamente, em conjunto com os desenhos abaixo relacionados, os quais, meramente a título de exemplo, acompanham o presente relatório, do qual é parte integrante, e nos quais:

A Figura 1 retrata uma niple da TÉCNICA ANTERIOR.

A Figura 2 retrata uma vista em corte do niple estendido.

A Figura 3 retrata uma vista em corte de uma alternativa construtiva do niple estendido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A Figura 1 mostra um niple (1) típico do ESTADO DA TÉCNICA com um comprimento padrão e provido com a ancoragem (2) da válvula de controle de fluxo reverso (3) a uma profundidade dentro do niple (1), de modo que a referida válvula de controle (3) apresente sua saída (3’) acima da conexão (Γ) do niple (1).

A Figura 2 revela uma vista em corte do niple estendido (100) objeto da presente invenção. O dito niple foi desenvolvido a partir de pesquisas que visavam minimizar a turbulência gerada pela alteração repentina de 5 direção do fluxo de saída do fluido petrolífero dentro de um niple, mas principalmente com foco na eliminação da problemática da ocorrência de perfurações pela ação da erosão sobre as paredes da coluna de produção, causada pelos sólidos em suspensão no fluido petrolífero.

Nesta figura é possível verificar que o niple estendido (100) apresenta um comprimento maior que os niples existentes no mercado. Esta característica é conseqüência do completo envolvimento da válvula de controle de fluxo reverso (3) pelo corpo principal do niple estendido (100).

Assim, o niple estendido (100), objeto da invenção, apresenta a 15 configuração construtiva padrão de um corpo tubular de espessura de parede na faixa de 10 mm a 70 mm. As suas extremidades são providas de conexão superior (10) e inferior (11), e internamente de uma ancoragem (20) para assentar uma válvula de controle de fluxo reverso (3).

A distância (d) entre a base da conexão superior (10) do niple

estendido (100) e a ancoragem (20) da válvula de controle de fluxo reverso

(3) tem que ser maior do que o comprimento total da referida válvula de controle (3).

Na região de descarga da válvula de controle de fluxo reverso (3) pode-se verificar a formação, em rebaixo, de uma câmara de amortecimento (30) ao longo de toda a parede interna do niple, cuja área aberta superior (31) de escape é igual ao somatório das áreas das saídas (3’) da válvula de controle de fluxo reverso (3).

Mesmo que ocorra a erosão das paredes internas da câmara amortecimento (30), a maior espessura das paredes do niple estendido garante que não surjam perfurações causadas por erosão, no período de tempo de operação do BCS.

Estas características construtivas já seriam suficientes para restringir a acelerada erosão da parede da coluna de produção, próximo à conexão superior (10) do niple estendido (100), visto que a qualidade e espessura da parede do niple estendido (100) são superiores aos de uma coluna de produção.

No entanto, alternativamente a câmara de amortecimento (30) pode apresentar volume e perfis diferenciados que propiciem a redução da turbulência do fluxo de saída de fluido petrolífero, tal como o revelado na Figura 3.

Especificamente nesta alternativa construtiva, o niple estendido (100) apresenta um perfil em corte onde se pode verificar a câmara de amortecimento (30) com uma conformação em formato côncavo. O 15 formato da referida câmara reduz a turbulência e direciona o fluxo de modo a reduzir o atrito dos sólidos em suspensão contra a parede da coluna de produção.

A câmara de amortecimento (30) alternativamente ainda pode apresentar ou não concomitante ao perfil de formato côncavo, 20 conformações helicoidais em baixo relevo de passo longo, com o propósito de harmonizar a turbulência e evitar que os sólidos em suspensão no fluido petrolífero atinjam radialmente as paredes da coluna de produção, próximo a saída do o niple estendido (100). Esta alternativa construtiva não foi retratada.

O formato adotado pela câmara de amortecimento (30) pode variar

baseado em maior conhecimento da dinâmica do fluxo, onde a intenção é disseminar a turbulência gerada pela saída válvula de controle de fluxo reverso (3) de modo que as partículas em suspensão sejam preferencialmente direcionadas para o centro do acessório e fluam afastadas da superfície da parede da coluna de produção. A superfície interna do niple estendido (100) na região da câmara de amortecimento (30) apresenta preferencialmente um acabamento polido ou alternativamente provido com algum tipo de tratamento de endurecimento ou mesmo com uma camada de polímero antiaderente.

Outra grande vantagem no emprego desta configuração preferida é

a possibilidade atuar em condições extremas de impurezas, no limite operado pela BCS, sem, no entanto, constatar erosão na região baixa do poço e seus acessórios. Além de eliminar risco de recirculação ao longo da vida útil de uma BCS atual, o niple estendido (100) se mostra como uma solução de custo extremamente baixo e de alta confiabilidade.

Assim, o niple estendido (100), objeto da presente invenção, é uma solução capaz de oferecer meios de proteção à zona baixa da coluna de produção, sem alterar o uso de acessórios já consagrados pela técnica, tais como: as válvulas de controle de fluxo reverso (3) de configuração 15 simples, aplicadas com sucesso em experimentos efetuados pela empresa.

A solução apresentada não interfere na possibilidade da retirada válvula de controle de fluxo reverso (3) por meio de operação com arame, que se conecta ao pescoço (4) da referida válvula de controle.

A invenção foi aqui descrita com referência sendo feita à suas

concretizações preferidas. Deve, entretanto, ficar claro, que a invenção não está limitada a essas concretizações, e aqueles com habilidades na técnica irão imediatamente perceber que alterações e substituições podem ser feitas dentro deste conceito inventivo aqui descrito.

Claims

1. NIPLE ESTENDIDO, que apresenta uma configuração construtiva padrão de um corpo tubular cujas extremidades são providas de conexão superior (10) e inferior (11), e internamente de uma 5 ancoragem (20) para assentar uma válvula de controle de fluxo reverso (3) caracterizado por a distância (d) entre a base da conexão superior (10) do niple estendido (100) e a ancoragem (20) da válvula de controle de fluxo reverso (3) ser maior do que o comprimento total da referida válvula de controle (3); a parede interna do niple estendido (100), adjacente à saída (3’) da válvula de controle de fluxo reverso (3), apresentar em rebaixo ao longo de toda a parede interna do niple, uma câmara de amortecimento (30), cuja área aberta superior (31) de escape é igual ao somatório das áreas de saída (3’) da referida válvula de controle de fluxo reverso (3).

2. NIPLE ESTENDIDO, de acordo com a reivindicação principal, caracterizado por apresentar uma espessura de parede na faixa de 10 mm a 70 mm.

3. NIPLE ESTENDIDO, de acordo com a reivindicação principal, caracterizado por a câmara de amortecimento (30) alternativamente apresentar formato côncavo.

4. NIPLE ESTENDIDO, de acordo com a reivindicação principal, caracterizado por a câmara de amortecimento (30) alternativamente ainda apresentar conformações helicoidais em baixo relevo de passo longo.

5. NIPLE ESTENDIDO, de acordo com a reivindicação principal, caracterizado por da parede interna do niple estendido (100) adjacente à saída da válvula de controle de fluxo reverso (3) também apresentar conformações helicoidais em baixo relevo de passo longo.

6. NIPLE ESTENDIDO, de acordo com a reivindicação principal, caracterizado por a superfície interna do niple estendido (100) na região da câmara de amortecimento (30) apresentar preferencialmente um acabamento polido.

7. NIPLE ESTENDIDO, de acordo com a reivindicação principal, caracterizado por a superfície interna do niple estendido (100) na região da câmara de amortecimento (30) alternativamente receber tratamento de endurecimento.

8. NIPLE ESTENDIDO, de acordo com a reivindicação principal, caracterizado por a superfície interna do niple estendido (100) na região da câmara de amortecimento (30) alternativamente receber uma camada de polímero antiaderente.