BR102014024858A2 - junta telescópica e processo de extração de petróleo - Google Patents

Abstract

junta telescópica e processo de extração de petróleo. a presente invenção descreve uma junta telescópica e um processo de extração de petróleo utilizando a referida junta. especificamente, a presente invenção compreende uma junta que compreende meios para passagem de dispositivos funcionais através da junta; e meios para regulagem do comprimento total da junta. através destas característica, a justa da presente invenção provê as seguintes vantagens: viabilizar a utilização de completações inteligentes de múltiplas zonas; reduzir tempos de sonda em intervenções para trocas de conjuntos bcs conjugados com completação inteligente; e permitir completações com válvulas hidráulicas controladas remotamente. a presente invenção se situa nos campos da engenharia de petróleo e engenharia mecânica.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção Junta Telescópica e Processo de Extração de Petróleo Campo da Invenção [0001] A presente invenção descreve uma junta telescópica e um processo de extração de petróleo utilizando a referida junta telescópica. A presente invenção se situa nos campos da engenharia de petróleo e engenharia mecânica.

Antecedentes da Invenção [0002] Durante suas vidas produtivas, poços de petróleo e gás necessitam de intervenções com sonda para operações diversas com o objetivo de restabelecer condições de normalidade perdidas em algum momento. Tais operações podem envolver reparação de dano mecânico, hidráulico ou elétrico, que culminem em perda de produção ou de segurança do poço. Intervenções são também realizadas para investigar a origem de água ou gás, em operações de perfilagem, tentativas de aumento de produção, estimulação, abandono de zonas produtoras, etc.

[0003] Porém, considerando cenários de produção crescentemente mais desafiadores, sondas de maior capacidade agregando inovações tecnológicas são requeridas para cumprir tais tarefas. Consequentemente, os custos de operação dessas intervenções são cada vez maiores. Para tentar minimizar esses impactos, a indústria do petróleo investe continuamente em tecnologias para reduzir o uso de sondas por meio da ampliação do tempo entre intervenções, ou mesmo em dispositivos posicionados dentro dos poços operados remotamente. Uma destas técnicas é a chamada “completação inteligente”, onde se busca equipar os poços com dispositivos controlados elétrica ou hidraulicamente à distância. Assim, além de monitoramento em tempo real, é possível restringir, abrir e fechar zonas produtoras sem a necessidade intervenções com sondas.

[0004] Com a crescente complexidade e custos de poços, principalmente offshore, espera-se encontrar prolíferos reservatórios que justifiquem tais desenvolvimentos. Adicionalmente, busca-se extrair grandes volumes de hidrocarbonetos em espaços de tempo mais curtos, maximizando o retorno dos investimentos. Para tanto, a opção mais comum tem sido a instalação de conjuntos “motor x bomba” no fundo dos poços, BCS (Bomba Centrífuga Submersa). Este método de elevação consegue impulsionar o óleo até as instalações de produção, em grande número de casos, a significativas distâncias dos poços produtores. Porém, este método apresenta um significativo desafio: a vida útil das instalações de fundo são limitadas à um período entre 1,5 e 2 anos.

[0005] Poços com BCS e completação inteligente costumam ter uma convivência conflituosa. Se um, o BCS, demanda intervenções rotineiras, o outro, a completação inteligente, veio para tentar evitar frequentes intervenções com sonda. Ou seja, o efeito de um tende a anular o benefício do outro, e assim, toda vez que for necessário a intervenção em um poço para substituir o conjunto BCS, quase inevitavelmente, será necessário remover os dispositivos (válvulas e sensores) da completação inteligente também. Como o reparo de tais equipamentos não são feitos presencialmente nas sondas, torna-se necessário a disponibilização de um compreensivo inventário de equipamentos sobressalentes (backup), tornando a completação inteligente um método significativamente oneroso.

[0006] Se fosse possível remover os conjuntos BCS dos poços sem a necessidade de intervir nas completações inteligentes, o resultado seria significativos ganhos financeiros. No entanto, existem vários desafios tecnológicos ainda não adequadamente abordados pela indústria petrolífera.

[0007] Em uma completação inteligente busca-se produzir de zonas proliferas em conjunto, ou separadamente com válvulas hidráulicas, sensores de pressão e temperatura. Isso possibilita o monitoramento e controle independente de cada zona produtora. O isolamento entre as zonas produtoras se dá através de um dispositivo denominado “packer de produção”, o qual possui elementos eiastoméricos para vedar o espaço anular “revestimento x coluna”. Além disso, tais elementos possuem em seus corpos de aço passagens para linhas hidráulicas, produtos químicos e cabos elétricos para controle e monitoração de cada intervalo produtor. Para viabilizar a retirada do conjunto BCS sem intervenções na completação inteligente, seria necessário um dispositivo chamado “conector/disconector eletro-hidráulico molhado”.

[0008] Este dispositivo permitiría a liberação e o acoplamento hidráulico entre a parte superior da completação (onde está o conjunto BCS), e a parte inferior (os elementos da completação inteligente). O conector/disconector eletro-hidráulico é uma tecnologia já existente no mercado, mas que depende de um acoplamento justo e perfeito para funcionar. Ou seja, é necessário que tudo seja travado para garantir a coincidência de todas as funções eletro-hidráulicas acima e abaixo do mesmo. Porém, conforme já mencionado anteriormente, devido os frequentes erros de medidas, expansões e retrações de uma coluna de produção, impedem a utilização prática deste dispositivo, só há funcionalidade mediante a um perfeito ajuste de todo o sistema.

[0009] O mercado ainda carece de um dispositivo confiável que compense as inevitáveis variações e imprecisões de comprimento nas colunas de produção. Este dispositivo é denominado “junta de expansão” ou “telescópica convencional”, mas com uma inovadora inclusão de passagens (conectores) para linhas hidráulicas e cabos elétricos. Este dispositivo inova dor seria então denominado “Juntas de Expansão Eletro-Hidráulicas”, objeto da consulta sobre viabilidade para registro de patente. Este dispositivo tornaria viável a utilização dos conectores/desconectores eletro-hidráulicos molhados, o que viabilizaria a retirada parcial de uma coluna de produção, permitindo deixar no fundo do poço todos os dispositivos de uma completação inteligente. Adicionalmente, este dispositivo evitaria o bi-engastastamento das colunas de produção, o qual é um motivo de constante preocupação em operações para desequipar poços.

[0010] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, não foram encontrados documentos que tratam sobre o tema, [0011] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

Sumário da Invenção [0012] Dessa forma, a presente invenção tem por objetivo resolver os problemas constantes no estado da técnica a partir do provimento de uma Junta Telescópica Eletro-Hidráulica” (JTEH), a qual as seguintes funções: ajustar diferenças nas medidas de colunas de produção por erros acumulados de medições e efeitos de elongações devido ao peso próprio; encurtamentos pelo arraste nas paredes do poço; compensar efeitos de temperatura e pressão; e adicionalmente, permite a passagem de linhas hidráulicas, produtos químicos e de cabos elétricos para sensores de temperatura e pressão.

[0013] A presente invenção apresenta uma junta telescópica que compreende meios para passagem de dispositivos funcionais através da junta, e meios para regulagem do comprimento total da junta.

[0014] Ademais, a presente invenção também apresenta um processo de extração de petróleo que utiliza uma junta telescópica conforme definida anteriormente.

[0015] A presenta invenção viabiliza inúmeras aplicações que um conector/desconector eletro-hidráulico molhado permite realizar em completações de poços petrolíferos. Com isto, cenários desafiadores podem ser viabilizados com o uso de completações inteligentes em múltiplas zonas, atualmente inviável pela necessidade de utilização de todas as zonas engatadas uma nas outras, através de “packers feed thru” (com passagem de linhas hidráulicas, de produtos químicos e elétricas). Este tipo de completação inteligente se torna significativamente arriscada para ser utilizada simultaneamente com conjuntos BCS (principal aplicação dos atuais cenários).

[0016] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.

Breve Descrição das Figuras [0017] Com o intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo do presente pedido de patente, as presentes figuras são apresentadas.

[0018] A Figura 1 mostra uma junta telescópica de acordo com a presente invenção.

[0019] A Figura 2.1 mostra um exemplo de um poço que não utiliza a junta da presente invenção.

[0020] A Figura 2.2 mostra um exemplo de um poço que utiliza a junta da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [0021] Em um primeiro objeto, a presente invenção provê uma junta telescópica que compreende meios para passagem de dispositivos funcionais através da junta; e meios para regulagem do comprimento total da junta.

[0022] Em uma concretização, os dispositivos funcionais compreendem linhas hidráulicas.

[0023] Em uma concretização os dispositivos funcionais compreendem cabos elétricos.

[0024] Em uma concretização os dispositivos funcionais compreendem tubulações de produtos químicos.

[0025] Em uma concretização, os meios de regulagem do comprimento compreendem unidades hidráulicas expansíveis.

[0026] Em uma concretização, a junta compreende: camisa externa (a); luva concêntrica superior (1); tubo de fluxo externo (2); cabo elétrico para sensor de pressão e temperatura (3); unidtade hidráulica expansível (4); luva deslizante (5); camisa interna (b); tubo de fluxo interno (6); luva concêntrica inferior (7); linha hidráulica para acionamento da trava mecânica (8); e trava mecânica acionada hidraulicamente (9), [0027] Em um segundo objeto, a presente invenção provê um processo de extração de petróleo que utiliza uma junta telescópica conforme definida anteriormente.

[0028] A presente invenção apresenta as seguintes vantagens: viabilizar a utilização de completações inteligentes de múltiplas zonas; reduzir tempos de sonda em intervenções para trocas de conjuntos BCS conjugados com completação inteligente; e permitir completações com válvulas hidráulicas controladas remotamente.

Exemplo 1. Realização Preferenciai [0029] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

Exemplo I

[0030] A “Junta Telescópica Eletro-Hidráulica” compõe-se dos seguintes itens: Camisa Externa (A); Luva Concêntrica Superior (1); Tubo de Fluxo Externo (2); Cabo Elétrico para Sensor de Pressão e Temperatura (3); Unidade Hidráulica Expansível (4); Luva Deslizante (5); Camisa Interna (B); Tubo de Fluxo Interno (6); Luva Concêntrica Inferior (7); Linha Hidráulica para Acionamento da Trava Mecânica (8); Trava Mecânica Acionada Hidraulicamente (9).

[0031] A montagem da “Junta Telescópica Eletro-Hidráulica” é iniciada enrascando a “camisa externa” (A) na “luva concêntrica superior” (1), a qual possui um furo central para enrascar o “tubo de fluxo externo” (2) e vários furos menores concêntricos onde serão enrascadas as primeiras “unidades hidráulicas expansíveis” (4). Por aí passará o fluido hidráulico para acionamento de válvulas e produtos químicos para mandris de injeção química. As “unidades hidráulicas expansíveis” serão acopladas uma nas outras, de forma a se conseguir, quando totalmente abertas, um comprimento maior que o curso total da “Junta Telescópica Eletro-Hidráulica” totalmente aberta. Isto faz-se necessário para evitar que a transferência de esforços seja para estas unidades e sim para as camisas externa (A) e interna (B). O passo seguinte é enrascar o conjunto tubo de fluxo fique restrita apenas a “luva concêntrica superior” (1). O cabo elétrico para sensores de pressão e temperatura (3) é montado espiralando, e em mola em torno do “tubo de fluxo interno” (6). Ao longo do “tubo de fluxo externo” (2) o “cabo elétrico” é afixado, mantido ligeiramente tracionado pela “luva deslizante” (5). Este dispositivo, ao correr em torno do “tubo de fluxo interno” (6), promove a contração e expansão do “cabo elétrico em mola” (3).

[0032] Todo o conjunto, “camisa externa” (A), “unidades hidráulicas expansíveis” (4), “tubo de fluxo interno” (6) acoplado ao “tubo de fluxo externo” (2), enrascados na “luva concêntrica superior” (1) é acoplado à “luva concêntrica inferior” (7). Opcionalmente, é possível adicionar à “Junta Telescópica Eletro-Hidráulica" uma “Trava Mecânica Acionada Hidraulicamente” (9) que permitiría, através do acionamento da “linha hidráulica” para acionamento da “trava mecânica” (8), efetuar do travamento da “camisa externa” (A) na “camisa interna” (B).

[0033] Um exemplo comparativo da aplicação da “Junta Telescópica Eletro-Hidráulica (JTEH)" pode ser visto e comparado nas Figuras 2.1 e 2.2.

[0034] Na Figura 2.1, sem a JTEH, todo o conjunto “motor x bomba” (11) está engatado, através da “coluna de produção” em 2 (dois) pontos, que são os “packers feed thru” (13) e (16). Como estes elementos normalmente são desancorados dos revestimentos de produção através da aplicação de tração, dois destes elementos duplicam os esforços necessários para “desassentamento” destes dispositivos, o que normalmente não se consegue por ultrapassar as capacidades dos tubos de produção. Dessa forma, operações especiais significativamente onerosas seriam necessárias para cortar a coluna acima dos BCS e, posteriormente, a “descida” da coluna de trabalho com aparatos para “agarrar” e “percutir” o pedaço que ficou no poço, abaixo do ponto cortado e recuperado.

[0035] Na figura 2.2, a JTEH permite a utilização de um ou mais “conectores/desconectores eletro-hidráulico molhado” e, assim, recuperar o “conjunto BCS” danificado permitindo que toda a completação inteligente com seus conjuntos de “válvulas hidráulicas” (14) e “sensores de temperatura” e “sensores de pressão” (15) fiquem no fundo. Ao se descer um “novo conjunto BCS” o reacoplamento com a parte inferior da coluna (completação inteligente), é feito através do “conector/desconector eletro-hidráulico molhado”. As vantagens em ganho de “tempo de sonda” e redução dos gastos com “equipamentos backup” (reserva) são significativamente compensadores.

[0036] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.

Reivindicações Junta Telescópica e Processo de Extração de Petróleo

Claims (7)

1. Junta telescópica caracterizada pelo fato de compreender: i) meios para passagem de dispositivos funcionais através da junta; ii) meios para regulagem do comprimento total da junta.

2. Junta telescópica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato dos dispositivos funcionais compreenderem linhas hidráulicas.

3. Junta telescópica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e2, caracterizada pelo fato dos dispositivos funcionais compreenderem cabos elétricos.

4. Junta telescópica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a3, caracterizada pelo fato dos dispositivos funcionais compreenderem tubulações de produtos químicos.

5. Junta telescópica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a4, caracterizada pelo fato dos meios de regulagem do comprimento compreenderem unidades hidráulicas expansíveis.

6. Junta telescópica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a5, caracterizada pelo fato de compreender: camisa externa (a); luva concêntrica superior (1); tubo de fluxo externo (2); cabo elétrico para sensor de pressão e temperatura (3); unidade hidráulica expansível (4); luva deslizante (5); camisa interna (b); tubo de fluxo interno (6); luva concêntrica inferior (7); linha hidráulica para acionamento da trava mecânica (8); e trava mecânica acionada hidraulicamente (9).

7. Processo de extração de petróleo caracterizado pelo fato de utilizar uma junta telescópica conforme definida pelas reivindicações 1 a 6.