BR102014028656A2 - sistema de completação inteligente e processo de extração de petróleo - Google Patents

Abstract

sistema de completação inteligente e processo de extração de petróleo. a presente invenção descreve um sistema de completação inteligente e um processo de extração de petróleo compreendo o referido sistema. especificamente, a presente invenção compreende um sistema que permite a instalação de múltiplas zonas produtoras, compreendendo locators feed-thru (7) com seal bores (13) e elastômero (14) para vedação. a presente invenção se situa nos campos da engenharia de petróleo e engenharia mecânica.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção Sistema de Completação Inteligente e Processo de Extração de Petróleo Campo da Invenção [0001] A presente invenção descreve um sistema de completação inteligente com múltiplas zonas produtoras e um processo de e método para extração de petróleo. A presente invenção se situa nos campos da engenharia de petróleo, e engenharia mecânica.

Antecedentes da Invenção [0002] 0s poços de petróleo necessitam, em algum momento, de mecanismos para suplementar a perda de pressão natural das rochas portadoras de hidrocarbonetos. Os métodos são bastante variados, mas o gás-lift e o Bombeio Centrífugo Submerso (BCS) são normalmente preferidos quando os poços são submarinos e/ou de grande vazão. Dependendo da viscosidade do óleo, um ou outro destes dois métodos ganha a preferência. Para altas viscosidades e altas vazões o BCS é, invariavelmente, o método de elevação escolhido.

[0003] Para um monitoramento adequado das pressões e temperaturas dos reservatórios petrolíferos, sensores eletrônicos são instalados na coluna de produção (o mais profundo possível). Normalmente isto se dá abaixo da cápsula onde ficam alojados os BCSs. Dessa forma, faz-se necessário a passagem de cabos elétricos e linhas hidráulicas e/ou de produtos químicos, os quais conectam os dispositivos até a superfície. O método mais usual de instalação destas linhas e cabos é anexando-os às colunas de produção com grampos metálicos em cada luva dos tubos. A passagem pela cápsula, externamente, requer um poço com maiores diâmetros internos construtivamente, de forma a poder acomodar as cápsulas com os grampos que fixarão tais linhas e cabos às mesmas. Muitas vezes, nem com maiores diâmetros de poços, isto é possível, exigindo que tais componentes sejam passados pelo interior das cápsulas, resultando em outros problemas mais complexos construtivamente.

[0004] Normalmente, para a realização das passagens de cabos elétricos e linhas hidráulicas pelo interior da cápsula, faz-se necessário a utilização de conectores e/ou juntas de expansão eletro-hidráulicas molhadas para fazer a interligação da parte superior com a inferior da cápsula. Além disto, é necessário realizar o ajuste do comprimento de todo conjunto de bomba elétrica submersa com o comprimento da cápsula. Ou seja, como o conjunto BCS terá que se ajustar a dois pontos fixos dentro da cápsula, faz-se necessário o uso de uma junta de expansão eletro-hidráulica molhada, que o mercado petrolífero ainda busca desenvolvimento.

[0005] Outro grande problema enfrentado com as composições convencionais, ou seja, quando o conjunto de bomba elétrica submersa desce solidário às cápsulas, é a grande probabilidade de objetos, que ficam no poço, oriundos das colunas de produção, como os ganchos metálicos de fixação do cabo elétrico de potência, caírem no interior do poço, principalmente em poços horizontais e de grande inclinação. No arraste da coluna, quando de sua retirada para trocas de bombas, um ou mais ganchos poderão romper e cair para o fundo do poço, sobre o packer de gravei. Este tipo de evento normalmente gera a necessidade de operações especiais complexas, denominadas “pescarias”, de difícil êxito, com elevado risco de perda do poço. Este tipo de problema é inerente ao método de elevação BCS e é necessário conviver com tal risco da melhor forma possível, apostando muito na confiabilidade dos materiais dos ganchos.

[0006] Além disto, a queda acidental de objetos no poço é frequente (faz parte do cotidiano da operação), mas suas consequências desastrosas. Sempre que isto ocorre, sempre acompanhadas de grandes incertezas, as chances de grandes perdas econômicas na identificação do objeto caído, denominado “peixe”, e sua posterior remoção, são significativas.

[0007] Outro aspecto importante, que deve ser mencionado, é que a vida útil média dos BCS é de 1,5 a 2 anos. Ou seja, neste intervalo de tempo médio, uma intervenção com sonda deverá ocorrer para a substituição do BCS que parou de funcionar. Esta intervenção dura em média 45 dias e, além dos elevados gastos com “diárias de sonda”, é necessário internalizar o tempo que o poço deixou de produzir (lucro cessante), aguardando sonda para intervenção. Para minimizar isto, normalmente se equipa o poço com BCS e mandril de gás-lift, que entrará em ação, assim que a bomba parar de funcionar, enquanto a sonda não chega. Este tempo pode ser longo e depende da demanda por sondas no período demandado.

[0008] Estes mandris são normalmente posicionados abaixo da cápsula onde os BCS são alojados. Isto impede seu acesso com slickline, para trocas de válvulas, pois ficam abaixo das bombas. O motivo para não serem posicionados acima é a possibilidade de poder utilizá-los também para circulações reversas, “anular x coluna”, removendo o maior volume possível do óleo da coluna de produção, durante as operações de intervenção (workovers) para troca de bomba. Por seu posicionamento em local inacessível para operação com slickline, qualquer problema nas válvulas só poderão ser solucionados com a retirada total da coluna com o conjunto BCS. Ressalta-se que as válvulas de gás-lift operam de forma ótima com grandes volumes de gás, mas são pouco tolerantes sob cenários de circulação de fluidos em grandes vazões. Sendo este o principal motivo de falhas quando se pretende circular de forma reversa para “amortecer o poço” durante uma intervenção, limitando a vazão da circulação, resultando grandes perdas de tempos de sonda (sondas são alugadas por hora).

[0009] Para sistemas com duas ou mais zonas produtoras, existe um problema no estado da técnica, no que se refere à dificuldade de recuperação de hidrocarbonetos de duas ou mais sub-zonas produtoras.

[0010] 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 [0011] 0 novo sistema e método propostos têm como objetivo suprir todas as deficiências dos sistemas atuais.

[0012] O sistema de complementação inteligente proposto compreende múltiplas zonas produtoras, compreendendo locators feed-thru (7) com seal bores (13) e elastômero (14) para vedação..

[0013] O processo de extração de petróleo compreende um sistema de múltiplas zonas produtoras dotado de locators feed-thru (7) com seal bores (13) e elastômero (14) para vedação.

[0014] 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 [0015] Com o intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo do presente pedido de patente, as presentes figuras são apresentadas.

[0016] A Figura 1 mostra um arranjo esquemático de uma variante do sistema da de completação da presente invenção, com duas zonas produtoras.

[0017] A Figura 2 mostra uma vista em detalhe do arranjo ilustrado na figura 1, com uma ferramenta de acionamento de válvula (19).

Descrição Detalhada da Invenção [0018] A presente invenção apresenta um sistema de completação Inteligente com pelo menos duas zonas produtoras, visto que a separação dos intervalos produtores em sub-zonas possibilita um maior controle de cada intervalo e, mesmo produzindo conjuntamente, otimiza a recuperação de hidrocarbonetos de cada zona. Isto ocorre porque as válvulas da completação Inteligente funcionam restringindo, da plena abertura até o fechamento total, cada intervalo, uniformizando as pressões de fluxo de cada zona.

[0019] A recuperação total de hidrocarbonetos, quando produzindo os intervalos conjuntamente, apresenta vantagem econômica que supera significativamente a recuperação obtida com a produção individualizada de cada intervalo até seu completo esgotamento. Isto demonstra uma das vantagens da utilização de completações Inteligentes, além da economia demonstrada com intervenções utilizando sondas de última geração, é possível, ainda, ampliar o fator de recuperação dos reservatórios petrolíferos, ou seja, maiores taxas de recuperação com menores custos de produção.

[0020] Embora a indústria do petróleo já apresente variadas formas de completação inteligente, a maioria delas depende da aplicação de packers do tipo feed thru para o isolamento entre zonas produtoras, fazendo com que cada ponto de instalação haja um engastamento da coluna. A passagem de cabos elétricos, linhas hidráulicas e de produtos químicos se dá pelo interior do corpo maciço desses packers que devem prover vedação hidráulica nos pontos de passagem. Como ainda não há uma técnica consolidada de conectores/desconectores eletro-hidráulicos molhados, a utilização destas completações hoje é considerada inviável.

[0021] A invenção proposta, no entanto, permite a utilização de completações Inteligentes de múltiplas zonas sem a necessidade de packers feed thru. Ao invés disto, tais elementos são substituídos por locators feed thru, cujos elementos elastoméricos vedam áreas polidas (seal bores) no interior da cápsula sem, no entanto, prover ancoragem. A recuperação da Completação Inteligente é, dessa forma, simples e nenhum elemento (tais como: válvulas, sensores de pressão e temperatura, mandris de injeção química) precisa ser substituído, caso seus respectivos testes na superfície sejam positivos.

[0022] O isolamento dos intervalos produtores é realizado através de elastômeros como os atuais “Swelling Packef ou outros elementos similares, com a mesma função. Estes descem junto com a cápsula e não devem prover ancoragem contra o poço revestido.

[0023] Em uma realização, a presente invenção é combinada à um sistema para extração de petróleo que compreende pelo menos: i) uma cápsula de revestimento; ii) um conjunto de bomba elétrica submersa; sendo que o conjunto de bomba elétrica submersa é instalado de forma independente no interior da cápsula de revestimento.

[0024] A cápsula de extração compreende: tubo polido internamente, tubo de revestimento, alojador de mandril de gás-lift com entrada seletiva para gás e fluido, válvula de isolamento da formação, válvula de retenção, e uma âncora selante com elementos elastoméricos.

[0025] 0 conjunto de bomba elétrica submersa compreende: cabo elétrico, bomba, motor elétrico, tubos, e junta telescópica.

[0026] Pelo sistema utilizar uma bomba elétrica, torna-se necessário que um cabo elétrico de potência seja descido solidário à coluna de produção, preso à mesma por grampos, para fornecer energia elétrica para os motores que movem as bombas centrífugas.

[0027] Todo este conjunto de bomba elétrica submersa fica contido no interior da cápsula de revestimento estanque, isolando os fluidos produzidos da formação do resto do poço, denominado espaço anular (espaço formado entre o revestimento de produção e a coluna de produção + cápsula do BCS). Quanto maior a vazão produzida, maior é a potência requerida pelos motores, os quais terão maiores diâmetros externos e as cápsulas que os abrigarão precisarão ser, igualmente, maiores.

[0028] Nas operações de intervenções para troca dos conjuntos de bomba elétrica submersa, a cápsula não solidária permanece no poço possibilitando assim que qualquer objeto que caia no poço seja facilmente recuperado (pois os mesmos estarão dentro da cápsula). Este aspecto importantíssimo evita que tais objetos caiam acima do “packer de gravei’ o que resultaria na necessidade de uma operação especial de “pescaria”, complexa e arriscada, podendo levar à perda do poço.

[0029] Com respeito às paradas dos conjuntos de bomba elétrica submersa por danos, a opção de continuar produzindo o poço utilizando gás-lift pode ser utilizada com o gás injetado pelo anular entrando pelo alojador de mandril de gás-lift para atingir o mandril de gás-lift. O alojador de mandril de gás-lift pode direcionar o fluxo para o interior do mandril ou para o interior da coluna, dependendo da vazão de fluidos bombeados. Ou seja, o sistema da presente invenção é seletivo com relação às vazões bombeadas e os tipos de fluidos: se gás ou líquido. Este aspecto é fundamental para preservar as válvulas de gás-lift de altas velocidades geradas pelos fluidos bombeados para o espaço anular durante os amortecimentos.

Exemplo 1. Realização Preferencial [0030] 0s 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

[0031] A figura 1 ilustra um modelo proposto da presente invenção, compreendendo: tubo (1); clamp (2); MGL (3); área polida da capsula (4); pack-off feed-thru (5); locator feed-thru (7); camisa deslizante (9); válvula inteligente (10); mandril de PDG (11); shifting tool (12); seal bore (13); elastômero (14); válvula MFIV (15) e packer seal bore (16).

[0032] A figura 2 ilustra uma vista em detalhe de um modelo proposto da presente invenção, compreendendo: cápsula de revestimento (17); tubos (1); locator feed-thru (7); seal bore (13); elastômero (14); camisa deslizante (9); válvula inteligente (10); mandril de PDG (11); válvula de camisa deslizante (18) compreendendo orifícios (20); e ferramentas de acionamento da válvula deslizante (19).

[0033] 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 Sistema de Completação Inteligente e Processo de Extração de Petróleo

Claims (4)

1. Sistema de completação inteligente para extração de petróleo caracterizado pelo fato de compreender múltiplas zonas produtoras.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender locators feed-thru (7) com seal bores (13) e elastômero (14) para vedação.

3. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de compreender uma capsula acomodando os equipamentos das múltiplas zonas produtoras.

4. Processo de extração de petróleo caracterizado pelo fato de compreender um sistema de múltiplas zonas produtoras dotado de locators feed-thru (7) com seal bores (13) e elastômero (14) para vedação.