BR102017015062A2

BR102017015062A2 - método de inserção de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petróleo, método de remoção de um dispositivo autônomo de um poço submarino de petróleo, e, sistema de inserção e remoção de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petróleo.

Info

Publication number: BR102017015062A2
Application number: BR102017015062-3A
Authority: BR
Inventors: Hugo Francisco Lisboa Santos; Ney Robinson Salvi Dos Reis; Igor Menes Ursine Krettli; Hardy Leonardo Da Cunha Pereira Pinto; Lincoln Homero Thomé Ferreira; Mauricio GALASSI
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2019-01-29
Also published as: AU2018300227A1; CN111386382B; CN111386382A; US20200165890A1; BR102017015062B1; US20210238948A1; WO2019012294A1; MX2020000364A; CA3069497A1; US11603732B2; US11668156B2

Abstract

metodo de inserçao de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petrôleo, método de remoção de um dispositivo autônomo de um poço submarino de petróleo, e, sistema de inserção e remoção de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petróleo" a presente invenção está relacionada a métodos de inserção e remoção de ferramentas elou robôs noldo interior de poços submarinos de petróleo. nesse cenário, a presente invenção provê um sistema de inserção e remoção de um dispositivo autônomo (30) em um poço submarino de petróleo (20), o sistema compreendendo (i) um conjunto de anm (10) compreendendo uma tampa de proteção (40) removível e (ii) uma ferramenta de anm (50) conectada a um receptáculo (60) compreendendo em seu interior o dispositivo autônomo (30), em que a ferramenta de anm (50) é adaptada para ser inserida no local onde a tampa de proteção (40) é acoplada, em que pelo menos um de receptáculo (60) e ferramenta de anm (50) é adaptado para ser aberto ou fechado, liberando o dispositivo autônomo (30) para o interior do poço submarino de petróleo (20) ou retendo o mesmo no interior do receptáculo (60). a invenção ainda provê métodos de inserção e remoção de um dispositivo autônomo (30) em/de um poço submarino de petróleo (20).

Description

“MÉTODO DE INSERÇÃO DE UM DISPOSITIVO AUTÔNOMO EM UM POÇO SUBMARINO DE PETRÓLEO, MÉTODO DE REMOÇÃO DE UM DISPOSITIVO AUTÔNOMO DE UM POÇO SUBMARINO DE PETRÓLEO, E, SISTEMA DE INSERÇÃO E REMOÇÃO DE UM DISPOSITIVO AUTÔNOMO EM UM POÇO SUBMARINO DE PETRÓLEO” CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a métodos de inserção e remoção de ferramentas e/ou robôs no/do interior de poços submarinos de petróleo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] É largamente conhecido no estado da técnica que petróleo e gás natural são extraídos de rochas porosas localizadas de centenas a milhares de metros abaixo do solo. Para permitir sua drenagem são construídas unidades para produção, denominadas poços. Essa construção é realizada através da utilização de embarcações próprias para esse fim, denominadas sondas.

[0003] Tais embarcações realizam a perfuração dos poços e, na sequência, posicionam tubos de aço, denominados revestimentos, entre a formação e a parte interna do poço a fim de garantir a integridade do sistema. Finalmente, diversos equipamentos são instalados no interior do poço, tais como válvulas de segurança, válvulas de controle, sistemas de bombeio, dentre outros. Esses equipamentos têm como objetivo garantir uma produção controlada e segura no poço.

[0004] Contudo, tais poços não conseguem produzir de forma ininterrupta durante toda sua vida útil. Eventualmente, é necessária a realização de operações de manutenção. Esse tipo de operação é denominada workover. Alguns motivos comuns para a realização dessas operações são a falha em algum equipamento, furos na coluna de produção, restrições devido à incrustação, produção elevada de água ou gás, produção de areia, etc.

[0005] Tais operações de manutenção de poços são realizadas no atual estado da técnica utilizando-se sondas dedicadas.

[0006] Para a realização dessas operações de manutenção, é realizado inicialmente o planejamento da intervenção. Após esse passo, as sondas são deslocadas até o poço e posicionadas sobre ele, seja pela utilização de âncoras, seja por sistemas de posicionamento dinâmico. Então, a sonda retira a capa da árvore de natal, também conhecida como tree cap.

[0007] Na sequência, é baixado um conjunto de tubos, denominados risers, unidos à ferramenta da árvore de natal de modo que ferramentas de arame {slickline tools), ferramentas a cabo, também denominadas wireline tools, ou ferramentas de flexitubo, também denominadas coiled tubing tools sejam descidas pelo interior do riser. Tais ferramentas realizam as operações de manutenção no poço.

[0008] O principal problema dessa abordagem é o custo, uma vez que as sondas possuem taxas diárias bastante elevadas, especialmente em ambiente offshore. Além disso, para a realização dessas intervenções, deve-se aguardar até que a sonda esteja disponível, algo que pode demorar meses, de modo que, desde a falha até o reparo, tais poços são mantidos fechados ou com produção reduzida, o que pode gerar uma perda de produção relativamente alta em poços de elevada produtividade.

[0009] Na tentativa de solução do problema acima exposto, o documento WO2011159563A2 provê um sistema para executar operações submarinas. O sistema compreende um aparato de serviço suportado sobre uma unidade flutuante, dispensando a necessidade de uma sonda para operações de serviço em poços submarinos. Entretanto, ainda assim haverá a dependência de uma embarcação flutuante ao longo de toda a operação de workover dentro do poço. [0010] De modo a eliminar a necessidade de qualquer embarcação dedicada à operação de workover ao longo de toda sua duração, robôs autônomos residentes são utilizados nos poços para executarem as operações de manutenção necessárias. O robô permanece no interior do poço ao longo de toda sua vida útil, sendo removido ou substituído somente em caso de falha. O documento US6378627B1, por exemplo, revela um equipamento autônomo para poços de petróleo compreendendo (a) um corpo para ser posicionado em um poço; (b) uma fonte de energia elétrica; (c) pelo menos um sensor para monitoramento de pelo menos um parâmetro; (d) um microprocessador recebendo dados do sensor; (e) uma memória conectada ao microprocessador; (f) um mecanismo de transporte controlado pelo microprocessador para movimentar o corpo do equipamento no interior do poço; (g) uma extremidade de trabalho para realização de operações no interior do poço. O equipamento autônomo é controlado remotamente para realização das tarefas de manutenção ou de coleta w I Ό de dados no interior do poço.

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[0011] Entretanto, uma vez que o equipamento do documento US6378627B1 é residente, há necessidade que cada poço possua seu robô, fazendo com que os custos sejam altos, comparáveis à utilização de sondas para as intervenções.

[0012] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0013] A presente invenção tem por objetivo prover métodos de inserção e remoção de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petróleo que dispense a necessidade de uma sonda dedicada a esse serviço.

[0014] A presente invenção ainda tem por objetivo prover métodos de inserção e remoção de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petróleo de modo a permitir que um mesmo dispositivo autônomo consiga realizar tarefas de manutenção em diferentes poços submarinos de petróleo, dispensando a necessidade de um dispositivo residente no interior do poço.

[0015] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um método de inserção de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petróleo, o método compreendendo as etapas de (i) retirar uma tampa de proteção de um conjunto de ANM, (ii) inserir uma ferramenta de ANM no local onde previamente estava acoplada a tampa de proteção, em que a ferramenta de ANM está conectada a um receptáculo compreendendo em seu interior o dispositivo autônomo e (iii) abrir pelo menos um de receptáculo e ferramenta de ANM de modo a liberar o dispositivo autônomo para o interior do poço submarino de petróleo.

[0016] Adicionalmente, a presente invenção provê um método de remoção de um dispositivo autônomo de um poço submarino de petróleo, o método compreendendo as etapas de (i) retirar uma tampa de proteção de um conjunto de ANM, (ii) inserir uma ferramenta de ANM no local onde previamente estava acoplada a tampa de proteção, em que a ferramenta de ANM está conectada a um receptáculo adaptado para receber em seu interior o dispositivo autônomo e (iii) guiar o dispositivo autônomo do interior do poço submarino de petróleo para o receptáculo. cc KUU —- [0017] Ainda, a presente invenção provê um sistema de inserção e °'JeN I remoção de um dispositivo autônomo em um poço submarino de petróleo, o sistema compreendendo (i) um conjunto de ANM compreendendo uma tampa de proteção removível e (ii) uma ferramenta de ANM conectada a um receptáculo compreendendo em seu interior o dispositivo autônomo, em que a ferramenta de ANM é adaptada para ser inserida no local onde a tampa de proteção é acoplada, em que pelo menos um de receptáculo e ferramenta de ANM é adaptado para ser aberto ou fechado, liberando o dispositivo autônomo para o interior do poço submarino de petróleo ou retendo o mesmo no interior do receptáculo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0018] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0019] A Figura 1 ilustra uma vista em corte de um conjunto de ANM e de um poço submarino de petróleo onde são aplicados os métodos de acordo com a concretização preferencial da presente invenção.

[0020] A figura 2 ilustra a vista da figura 1 onde adicionalmente uma ferramenta de ANM conectada a um receptáculo compreendendo em seu interior um dispositivo autônomo é mostrada.

[0021] A figura 3 ilustra uma configuração preferencial do dispositivo autônomo de acordo com a presente invenção.

[0022] A figura 4 ilustra uma vista isolada de um braço expansível de acordo com uma configuração opcional do dispositivo autônomo de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0023] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[0024] A figura 1 ilustra uma vista em corte de um conjunto de ANM 10 e de um poço submarino de petróleo 20 onde são aplicados os métodos de acordo com a concretização preferencial da presente invenção.

[0025] Primeiramente, um método de inserção de um dispositivo autônomo 30 no poço submarino de petróleo 20 é provido pela presente invenção. Uma primeira etapa do método de acordo com a concretização preferencial da •ο 'υ0 . presente invenção consiste em retirar uma tampa de proteção 40 (conhecida como tree cap) do conjunto de ANM 10.

[0026] Em uma segunda etapa do método de inserção, insere-se uma ferramenta de ANM 50 (conhecida como tree running tooi), ou alguma outra ferramenta de interface equivalente, no local onde previamente estava acoplada a tampa de proteção 40.

[0027] Preferencialmente, a ferramenta de ANM 50 está conectada a um receptáculo 60 adaptado para receber em seu interior o dispositivo autônomo 30. Preferencialmente, o receptáculo 60 compreende um formato correspondente ao formato do dispositivo autônomo 30. No exemplo ilustrado na figura 2 o receptáculo 60 e o dispositivo autônomo 30 possuem um formato alongado.

[0028] Preferencialmente, o receptáculo 60 é adaptado para ser aberto e fechado. Ainda mais preferencialmente, a extremidade inferior do receptáculo 60 é uma abertura fechável por onde passa o dispositivo autônomo 30.

[0029] Opcionalmente, a ferramenta de ANM 50 é adaptada para ser aberta e fechada, permitindo ou não a passagem do dispositivo autônomo 30. [0030] Em uma terceira etapa do método de inserção da presente invenção, abre-se o receptáculo 60 e/ou a ferramenta de ANM 50 de modo a liberar o dispositivo autônomo 30 para o interior do poço submarino de petróleo 20 [0031] A presente invenção ainda provê um método de remoção do dispositivo autônomo 30 do poço submarino de petróleo 20. Uma primeira etapa do método de remoção de acordo com a concretização preferencial da presente invenção também consiste em retirar a tampa de proteção 40 do conjunto de ANM 10.

[0032] Em uma segunda etapa do método de remoção, insere-se a ferramenta de ANM 50 ou alguma outra ferramenta de interface equivalente no local onde previamente estava acoplada a tampa de proteção 40.

[0033] Preferencialmente, a ferramenta de ANM 50 está conectada ao receptáculo 60, vazio, que é adaptado para receber em seu interior o dispositivo autônomo 30.

[0034] Por fim, guia-se o dispositivo autônomo 30 do interior do poço submarino de petróleo 20 para o receptáculo 60.

[0035] Opcionalmente, o receptáculo 60 é fechado com o dispositivo autônomo 30 em seu interior. Ainda opcionalmente, a ferramenta de ANM 50 é fechada, de modo encerrar dispositivo autônomo 30 no receptáculo 60 mesmo quando este último estiver aberto.

[0036] Preferencialmente, o conjunto formado pela ferramenta de ANM 50 e pelo receptáculo 60 compreendendo o dispositivo autônomo 30 é transportado entre a superfície marinha e o leito marinho através de uma embarcação de apoio e/ou de um ROV (do inglês, Remotely Operated Vehicle). [0037] A presente invenção ainda provê um sistema de inserção e remoção do dispositivo autônomo 30 no poço submarino de petróleo 20. O sistema da presente invenção vai compreender um conjunto de ANM 10 compreendendo uma tampa de proteção 40 removível e uma ferramenta de ANM 50 conectada a um receptáculo 60 compreendendo em seu interior o dispositivo autônomo 30, em que a ferramenta de ANM 50 é adaptada para ser inserida no local onde a tampa de proteção 40 é acoplada.

[0038] No sistema da presente invenção, pelo menos um de receptáculo 60 e ferramenta de ANM 50 é adaptado para ser aberto ou fechado, liberando o dispositivo autônomo 30 para o interior do poço submarino de petróleo 20 ou retendo o mesmo no interior do receptáculo 60, dependendo do método (inserção ou remoção) que estiver sendo executado.

[0039] Preferencialmente, o dispositivo autônomo 30 é um robô autônomo adaptado para realizar operações de workover no interior do poço submarino de petróleo 20, tal como ilustrado na figura 3.

[0040] Como pode ser observado nas figuras 3 e 4, o dispositivo autônomo 30 compreende um corpo central 5 e braços expansíveis 1, em que cada braço expansível 1 compreende pelo menos uma roda deslizante 2 adaptada para tocar a parede interna de um duto.

[0041] Opcionalmente, o dispositivo autônomo 30 compreende pelo menos um conjunto 9 de braços expansíveis 1, em que cada conjunto 9 compreende três braços expansíveis 1. A configuração com três braços expansíveis 1 pode ser interessante por possibilitar um melhor centramento do mesmo, em comparação com outras configurações.

[0042] Em qualquer uma das configurações descritas, cada braço expansível 1 compreende pelo menos uma roda deslizante 2 adaptada para tocar a parede interna do duto. Dessa maneira, quando for adotada uma configuração com três braços expansiveis 1, serão adotadas três rodas deslizantes 2, sendo uma para cada braço expansível.

[0043] Em configurações alternativas (não ilustradas nas figuras) pode ser adotado apenas um conjunto 9 de braços expansiveis 1, em que o corpo central 5 seria envolto pelos braços expansiveis 1. Nessa configuração, preferencialmente são adotados três braços expansiveis 1 [0044] A figura 4 ilustra uma vista isolada de um braço expansível 1 de acordo com uma configuração opcional da invenção, nessa configuração, o braço expansível 1 é um elemento elástico do tipo mola. Mais particularmente, o braço expansível 1 compreende dois elementos elásticos 11 unidos em um ponto central, em que, no ponto central, é posicionada a roda deslizante 2. Nessa configuração, também pode ser adotado um suporte 3 para a roda deslizante 2, em que os braços expansiveis 1 seriam fixados ao suporte 3. [0045] Nessa configuração opcional, observa-se que cada elemento elástico 11 compreende um elemento de mola (do tipo feixe de molas) com duplo raio e meio reto. Assim, é possível chegar a uma configuração cujo perfil é reduzido para abranger maior faixa de diâmetros.

[0046] Opcionalmente, as rodas deslizantes 2 são posicionadas de maneira inclinada com relação ao eixo de movimento do corpo central 5 (ou eixo central do duto), de modo a provocar um movimento helicoidal no interior do duto. [0047] Em configurações opcionais, como a ilustrada na figura 1, em que são adotados quatro conjuntos 9 com três braços expansiveis 1 cada, sendo dois conjuntos 9 com três braços expansiveis 1 posicionados à frente do corpo central 5 e dois conjuntos 9 com três braços expansiveis 1 posicionados após o corpo central 5, todas as rodas deslizantes 2 podem ser inclinadas, provendo dois conjuntos 9 de rodas inclinadas, tanto na porção frontal como na porção traseira. Com isso, o corpo central 5 realiza uma trajetória bi-helicoidal ao se movimentar pelo duto, fazendo com que sua capacidade de tração seja duas vezes maior do que a de um robô convencional que realiza movimento helicoidal.

[0048] Nessa configuração opcional, os conjuntos 9 com três braços expansiveis 1 são unidos pelas extremidades dos braços expansiveis 1 por elementos de união. Esses elementos podem ser quaisquer elementos de união conhecidos.

[0049] Em adição, pode ser adotado um elo de ligação 4 conectando os conjuntos 9 de braços expansíveis 1 entre si. Esse elo de ligação 4 pode ser rígido ou flexível, de modo a permitir movimentos rotacionais e de flexão.

[0050] Assim, a presente invenção provê métodos e um sistema que dispensam a necessidade de uma sonda dedicada a esse serviço. Adicionalmente, uma vez que o dispositivo autônomo 30 não é residente, permite-se o mesmo consiga realizar tarefas de manutenção em diferentes poços submarinos de petróleo de forma prática e com um baixo custo.

[0051] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas. REIVINDICAÇÕES c<-

Claims

1. Método de inserção de um dispositivo autônomo (30) em um poço submarino de petróleo (20), caracterizado por compreender as etapas de: retirar uma tampa de proteção (40) de um conjunto de ANM (10); inserir uma ferramenta de ANM (50) no local onde previamente estava acoplada a tampa de proteção (40), em que a ferramenta de ANM (50) está conectada a um receptáculo (60) compreendendo em seu interior o dispositivo autônomo (30); e abrir pelo menos um de receptáculo (60) e ferramenta de ANM (50) de modo a liberar o dispositivo autônomo (30) para o interior do poço submarino de petróleo (20).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o receptáculo (60) compreender um formato correspondente ao formato do dispositivo autônomo (30).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por pelo menos um de receptáculo (60) e ferramenta de ANM (50) ser adaptado para ser aberto e fechado.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de transportar o conjunto formado pela ferramenta de ANM (50) e pelo receptáculo (60) compreendendo o dispositivo autônomo (30) entre a superfície marinha e o leito marinho através de pelo menos um de embarcação de apoio e ROV.

5. Método de remoção de um dispositivo autônomo (30) de um poço submarino de petróleo (20), caracterizado por compreender as etapas de; retirar uma tampa de proteção (40) de um conjunto de ANM (10); inserir uma ferramenta de ANM (50) no local onde previamente estava acoplada a tampa de proteção (40), em que a ferramenta de ANM (50) está conectada a um receptáculo (60) adaptado para receber em seu interior o dispositivo autônomo (30); e guiar o dispositivo autônomo (30) do interior do poço submarino de petróleo (20) para o receptáculo (60).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o receptáculo (60) compreender um formato correspondente ao formato do dispositivo autônomo (30). --v.j

7. Método, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por pelo menos um de receptáculo (60) e ferramenta de ANM (50) ser adaptado para ser aberto e fechado.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de transportar o conjunto formado pela ferramenta de ANM (50) e pelo receptáculo (60) compreendendo o dispositivo autônomo (30) entre a superfície marinha e o leito marinho através de pelo menos um de embarcação de apoio e ROV.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de desconectar o conjunto formado pela ferramenta de ANM (50) e pelo receptáculo (60) compreendendo o dispositivo autônomo (30) do conjunto de ANM (10).

10. Sistema de inserção e remoção de um dispositivo autônomo (30) em um poço submarino de petróleo (20), caracterizado por compreender: um conjunto de ANM (10) compreendendo uma tampa de proteção (40) removível; e uma ferramenta de ANM (50) conectada a um receptáculo (60) compreendendo em seu interior o dispositivo autônomo (30), em que a ferramenta de ANM (50) é adaptada para ser inserida no local onde a tampa de proteção (40) é acoplada, em que pelo menos um de receptáculo (60) e ferramenta de ANM (50) é adaptado para ser aberto ou fechado, liberando o dispositivo autônomo (30) para o interior do poço submarino de petróleo (20) ou retendo o mesmo no interior do receptáculo (60).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o dispositivo autônomo (30) compreender pelo menos um conjunto (9) de braços expansíveis (1), em que cada conjunto (9) de braços expansíveis (1) compreende três braços expansíveis (1).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por compreender quatro conjuntos (9) de braços expansíveis (1) com três braços expansíveis (1) cada, em que dois conjuntos (9) de braços expansíveis (1) são posicionados anteriormente a um corpo central (5), e dois conjuntos (9) de braços expansíveis (1) são posicionados posteriormente à ferramenta (5).

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado por o braço expansível (1) ser um elemento elástico do tipo motãL ru&

14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13,. caracterizado por o braço expansível compreender dois elementos elásticos (11) unidos em um ponto central, em que, no ponto central, é posicionada uma roda deslizante (2).

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender um suporte (3) para a roda deslizante (2), em que os elementos elásticos (11) são fixados ao suporte (3).

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado por cada elemento elástico (11) compreender um elemento de mola com duplo raio e meio reto.

17. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado por as rodas deslizantes (2) serem posicionadas de maneira inclinada com relação a um eixo de movimento do dispositivo autônomo (30), em que as rodas inclinadas são adaptadas para provocar um movimento helicoidal ou bi-helicoidal do dispositivo autônomo (30) no interior do poço submarino de petróleo (20).