BR102018000013B1 - Processo e sistema para partida e reinício de operação de poços produtores de petróleo que operam com sistemas pneumáticos de elevação - Google Patents

Abstract

Refere-se a presente invenção a um processo e sistema desenvolvido para reduzir, individualmente, a pressão no ponto de injeção de gás dos poços produtores de petróleo que produzem submetidos a métodos de elevação pneumáticos tais como, gas lift contínuo (GLC), gas lift intermitente (GLI) e bombeio pneumático tipo BPZ, para permitir a partida ou reinício de operação desses poços de uma maneira segura utilizando líquidos ou espumas com densidade e volume programados. O sistema proposto para esse processo é mais seguro, econômico, ambientalmente correto e facilmente transportável, o que facilitará a logística para essas operações.

Description

CAMPO DE UTILIZAÇÃO

[001] Refere-se a presente invenção a um sistema desenvolvido para reduzir, individualmente, a pressão no ponto de injeção de gás dos poços produtores de petróleo que produzem submetidos a métodos de elevação pneumáticos tais como, gas lift contínuo (GLC), gas lift intermitente (GLI) e bombeio pneumático tipo BPZ, para permitir a partida ou reinício de operação desses poços de uma maneira segura utilizando líquidos ou espumas com densidade e volume programados.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Em poços de petróleo equipados para produzir com métodos pneumáticos de elevação, quando acontecem desvios do comportamento dinâmico de produção podem ocorrer afogamentos do poço. Em outro caso, após um poço de petróleo ter passado por uma intervenção com sonda para realização de alguma operação, este poço encontrara-se cheio de fluido de amortecimento. Em ambos casos, uma coluna hidrostática encontra-se impedindo os fluidos do reservatório de migrarem para o poço. Diante disso, o líquido contido dentro do poço precisa ser retirado para que o poço possa ser colocado em produção.

[003] Esses problemas algumas vezes estão associados a obstruções parciais decorrentes do depósito, dentro da coluna de produção, de asfaltenos e parafinas e também incrustações devido à precipitação de sais inorgânicos. Nesses casos além da necessidade do gás comprimido a altas pressões (maiores que a pressão disponível para operar o sistema de elevação) é necessário também a remoção mecânica ou química dos depósitos de asfaltenos/parafinas e incrustações.

[004] A maioria das recomendações de operação para desafogamento ou partida de poços não estão reportadas em patentes, e sim, em manuais de práticas recomendadas por institutos de referência na área de Exploração &Produção de petróleo.

[005] O American Petroleum Institute (API) estabelece algumas práticas recomendadas para desafogamento e partida de poços no seu manual intitulado “Recommended Practices for Operation, Maintenance, Surveillance, and Troubleshooting of Gas Lift Installations” API RP 11V5, 3a edição de junho de 2008.

[006] Quando um poço equipado com gas lift estiver afogado e não houver pressão de gás comprimido suficiente para colocá-lo em operação, uma das recomendações da API é que seja feita uma injeção de gás comprimido pela coluna interna para empurrar o líquido de volta à formação, para que assim seja reduzida a altura de fluido dentro da coluna e o gás comprimido disponível consiga circular e desafogar ou dar partida no poço, chamando esta técnica de “rocking the well”. Esse procedimento pode demorar muitas horas em poços de baixa permeabilidade. Além disso, se houver uma standing valve nesta coluna, isso não poderá ser realizado. Esta prática implica alguns problemas que podem vir a danificar a formação produtora de petróleo. Se houver um sistema de contenção de areia na frente da formação, esse sistema pode ser danificado. Além do mais, a formação pode sofrer danos devido ao carreamento de impurezas e de material do sistema de contenção de areia para dentro da formação produtora, o que prejudicará a produtividade destas zonas.

[007] Outra recomendação da API diz respeito à realização de um “swab” no poço que consiste em descer à cabo um copo de swab, dentro da coluna de produção. Depois de posicionado o copo de swab, acima do mandril de gas lift da coluna de produção, o copo é puxado rapidamente de forma a criar uma zona de baixa pressão na frente do mandril de gas lift e possibilitar que o gás comprimido, presente no anular do poço, consiga entrar na coluna de produção através dele e com isso, seja capaz de desafogar ou dar partida no poço. Esta prática pode ocasionar problemas como a quebra do copo de swab, desassentar acidentalmente uma válvula de gas lift ou provocar um influxo de fluido da formação (kick).

[008] A API recomenda que essas práticas sejam realizadas com extremo cuidado visto que podem ocasionar sérios danos à formação e problemas operacionais.

[009] A API também recomenda as seguintes práticas: Reduzir a pressão de cabeça do poço temporariamente Isto diminuirá a contra-pressão que impede o gás comprimido de circular, o que poderá ajudar o gás a circular. Porém, pode não ser o suficiente para desafogar ou dar partida no poço. Aumentar a pressão de gás comprimido disponível temporariamente. Para isso, pode-se usar um caminhão de gás nitrogênio para desafogar ou dar partida no poço ou, ainda, aumentar a pressão de descarga do compressor de gás para ter um gás comprimido com pressão mais elevada e realizar o desafogamento ou partida do poço. - A utilização do caminhão de nitrogênio pode não ser possível em alguns casos devido à logística e/ou pode demandar custos altos. O aumento da pressão no sistema de compressão pode gerar problemas no sistema de gas lift que geralmente alimenta diversos poços. Desequipar o poço, retirando a coluna de produção e reposicionando os mandris de gas lift. Segundo a API pode ser menos dispendioso do que causar danos à formação ou ao sistema de contenção de areia. - Porém, por menos dispendioso que seja em comparação à danos à formação e ao sistema de contenção de areia, uma intervenção com sonda no poço implica em altos valores de investimento.

[010] Alguns processos foram desenvolvidos para desafogamento e partida de poços como reportados nas patentes US2797648, US2838008 e US20030085036. Em todos esses casos, foram desenvolvidos processos que visam realizar a partida ou desafogamento do poço automaticamente, utilizando para isso aparatos especiais que utilizam somente o gás comprimido para colocar o poço em produção.

[011] Com o objetivo de disponibilizar um processo capaz de dar partida e reiniciar a operação em poços afogados de forma prática, barata e segura, desenvolveu-se o presente processo intitulado de "PROCESSO E SISTEMA PARA PARTIDA E REINÍCIO DE OPERAÇÃO DE POÇOS PRODUTORES DE PETROLEO QUE OPERAM COM SISTEMAS PNEUMÁTICOS DE ELEVAÇÃO".

DESCRIÇÃO DO CONCEITO INVENTIVO

[012] O processo proposto utilizará a pressão hidrostática de uma coluna de líquido e gás para promover a partida ou desafogamento de poços. Essa coluna de líquido e gás poderá ser formada pelos dois fluidos separados ou unidos em forma de uma de espuma. O líquido pode ser, por exemplo, água e solventes orgânicos. A pressão hidrostática formada por essa coluna de líquido atuará aumentando a pressão no fundo do poço e promovendo a partida/desafogamento do poço ao empurrar a coluna de líquido que está amortecendo a produção para fora do poço.

[013] O sistema proposto para esse processo é mais seguro, econômico, ambientalmente correto e facilmente transportável, o que facilitará a logística para essas operações.

[014] A presente invenção deverá operar promovendo a substituição parcial da pressão devido a coluna de gás pela pressão de uma coluna hidrostática composta de líquidos e gás com densidade e volume programados de maneira que a pressão hidrostática no fundo seja igual a necessária para elevação da coluna hidrostática que se deseja elevar - com a vantagem da pressão no ponto de injeção ser, na maioria dos casos, mantida constante e igual a pressão do sistema de gás comprimido que opera o sistema de produção.

[015] Além disso, outra vantagem do processo desenvolvido é que permite que a operação se desenvolva com fluidos capazes de interagir com os depósitos de asfalteno e parafina existentes promovendo sua dissolução.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[016] A presente invenção é melhor compreendida em consonância com as Figuras 1 a 8. A Figura 1 apresenta um poço equipado com o método de elevação gas lift e a Figura 2 apresenta o sistema de desafogamento e partida de poços, objeto deste pedido, instalado neste poço. Já a Figura 3 apresenta um poço equipado com o método de elevação BPZ e a Figura 4 apresenta o sistema de desafogamento e partida de poços, objeto deste pedido, instalado neste poço.

[017] Um poço instalado com o método gas lift para produzir os hidrocarbonetos contidos na zona produtora (24) é equipado conforme a Figura 1. O poço possui uma coluna de produção (8), com um mandril de gas lift (16), um packer (17) hidráulico ou mecânico e uma standing valve (18) (no caso de gas lift intermitente) na sua composição de sub- superfície. Na superfície, o poço recebe o gás comprimido através da alimentação de gás comprimido (14) que acessa o poço pela válvula (19). O monitoramento da pressão de trabalho é realizado pelo manômetro (20). O gás comprimido acessa o poço pelo anular (6) formado pela coluna de produção (8) e o revestimento (7). A produção de líquido e gás é direcionada do poço para o oleoduto (21) através da válvula (22) e monitorada a pressão pelo manômetro (23).

[018] Na Figura 3, um poço produtor de petróleo é equipado com o método de elevação BPZ. O poço possui uma coluna de produção (8), também chamada de coluna externa, e uma coluna interna (25). Na extremidade destas duas colunas, são instaladas a standing valve superior (26) e a standing valve inferior (27). Na superfície, o poço recebe o gás comprimido através da alimentação de gás comprimido (14) e as válvulas automáticas XV1 (28) e XV2 (29) são responsáveis por controlar a entrada e saída, respectivamente, do gás comprimido no poço. O monitoramento da pressão de trabalho é realizado pelo manômetro (30). No funcionamento do BPZ, o gás comprimido acessa o poço pelo anular (31) formado pela coluna de produção (8) e a coluna interna (25). A produção de líquido e gás é direcionada do poço para o oleoduto (21) através da válvula (22) e monitorada a pressão pelo manômetro (23).

[019] Nas Figuras 2 e 4 é possível identificar o sistema de desafogamento e partida de poços (1) na seção tracejada. Esse sistema é instalado no poço, que está afogado, conectando a válvula (2) desse sistema ao sistema de alimentação de gás comprimido através da válvula (3), utilizando tubulação flexível (13) e com pressão de trabalho compatível com as pressões desenvolvidas durante a operação. Além disso, conecta-se também a conexão (4) à válvula (5) da cabeça de produção que permite acesso ao anular (6) formado pelo revestimento (7) e a coluna de produção (8).

[020] O sistema de desafogamento e partida de poços (1) é composto por: Misturador (9), para promover a mistura do gás com o líquido, gerando o fluido de trabalho, no caso de operações com espuma; Duas válvulas de retenção (10) que impedem o fluxo no sentido poço para as entradas de gás e de líquido; Bomba hidráulica (11) com pressão superior à pressão do gás comprimido do sistema de elevação. Opera succionando o fluido de trabalho do tanque (15) para a operação e injetando o mesmo através da válvula (12) para o poço; Conexão (4) para conectar esse sistema ao poço através da válvula (5); Tubulação flexível (13) que permita conectar a alimentação de gás comprimido (14) da válvula (3) para a válvula (2) que irá controlar a injeção de gás para o poço; Tanque (15) para armazenamento do líquido a ser utilizado na operação.

[021] Observando-se as Figuras 1 e 3, do gas lift e BPZ, respectivamente, antes da instalação do sistema de desafogamento e partida de poços (1) e as Figuras 2 e 4, após a instalação deste sistema, verifica-se que as alterações necessárias para instalação desse sistema são práticas. Essa estrutura simples e facilmente transportável facilita a logística para esta operação que se torna mais rápida, segura e econômica.

[022] O misturador (9) tem uma geometria apropriada para gerar espuma com características adequadas para a operação. O seu bocal possui uma abertura ajustável para as diferentes vazões praticadas na operação.

[023] Supondo-se, por exemplo, que em um poço equipado com o método de elevação gas lift, como na Figura 5, a pressão do gás comprimido disponível não é suficiente para realizar o desafogamento ou partida desse poço. Nesta situação, a coluna de líquido de amortecimento (32), presente dentro da coluna de produção (8), impõe uma pressão hidrostática na região da válvula do mandril de gas lift (16) que é maior que a pressão do gás comprimido disponível. Neste caso, o gás comprimido injetado pelo anular (6), através da válvula (19), não é capaz de acessar o interior da coluna de produção (8) e retirar a coluna de líquido de amortecimento (32) dentro dela e que está impedindo a zona produtora (24) de produzir os hidrocarbonetos. Neste caso, há um equilíbrio entre a pressão hidrostática coluna de líquido de amortecimento (32) e a pressão do gás (33). Diz-se, então, que o poço está afogado e necessita-se de artifícios especiais para promover a partida ou reinício da operação deste poço.

[024] Nessa condição de afogamento, o "PROCESSO E SISTEMA PARA PARTIDA E REINÍCIO DE OPERAÇÃO DE POÇOS PRODUTORES DE PETRÓLEO QUE OPERAM COM SISTEMAS PNEUMÁTICOS DE ELEVAÇÃO" irá fornecer as condições que elevarão a pressão hidrostática a montante da válvula do mandril de gas lift (16) para valores superiores ao da pressão hidrostática da coluna de líquido de amortecimento (32) a jusante da válvula do mandril de gas lift (16), dentro da coluna de produção (8), possibilitando a partida do poço e sua colocação na condição de operação normal por gas lift.

[025] O presente processo, conforme a Figura 6, será realizado ao conectar o sistema de desafogamento e partida de poços (1) à válvula (5) do poço e ao sistema de gás comprimido pela válvula (3). A injeção do fluido de trabalho (34) ocorrerá do sistema de desafogamento e partida de poços (1) para o anular (6) através da válvula (5). O volume do fluido de trabalho (34), de densidade especificada em projeto, irá desenvolver uma coluna hidrostática com pressão maior que a pressão da coluna de gás (33), de altura equivalente, presente no anular (6) do poço. Adicionalmente, a injeção deste fluido de trabalho (34), irá promover uma queda de pressão na cabeça do poço devido à hidrostática do fluido de trabalho (34) em movimento descendente dentro do poço. Para que isso ocorra, a manutenção da pressão será continuamente compensada com a injeção de gás através da válvula (5).

[026] Quando o volume deste fluido de trabalho (34) entrar no poço, a pressão hidrostática devido à esta coluna do fluido de trabalho (34), que substituirá a coluna de gás (33), irá atuar diretamente no fundo do poço e no nível da válvula do mandril de gas lift (16). Além disso, essa pressão hidrostática atuará comprimindo a coluna de gás (33) contido abaixo dela. Esses dois fatores associados serão capazes de promover a passagem do gás (33) do anular (6) para o interior da coluna de produção (8), como pode ser visto na Figura 7. A entrada do gás (33), na coluna de produção (8), atuará empurrando o líquido de amortecimento (32) para a superfície, o que diminuirá a sua pressão hidrostática. Com isso, o gás (33) terá pressão suficiente para empurrar a coluna de líquido de amortecimento (32) que está amortecendo a produção da zona produtora (24) para fora do poço.

[027] O reinício de operação (ou a partida) do poço estará concluído quando o poço, mantida a injeção de gás e suspensa a injeção de líquido, apresente um fluxo constante de líquido produzido apenas com a pressão disponível de gás do sistema de elevação, de acordo com a Figura 8.

[028] A pressão que irá se desenvolver nessa operação será igual ou inferior à pressão do sistema de gás comprimido existente nas linhas de superfície. O incremento de pressão necessário para conseguir deslocar o líquido de amortecimento (32) será aquele devido à pressão hidrostática da coluna do fluido de trabalho (34). Isso torna esse sistema mais seguro que os mecanismos convencionais.

[029] No caso do BPZ, o processo é idêntico ao gas lift tendo como diferença, como pode ser visto na Figura 4, que a intercomunicação do anular (31) com a coluna interna (25) é feita pela extremidade da coluna interna (25) e através da standing valve superior (26).

Claims (4)

1) PROCESSO E SISTEMA PARA PARTIDA E REINÍCIO DE OPERAÇÃO DE POÇOS PRODUTORES DE PETRÓLEO QUE OPERAM COM SISTEMAS PNEUMÁTICOS DE ELEVAÇÃO, sendo um processo para operações de partida ou reinício de operação de poços produtores de petróleo que possibilita a partida ou desafogamento de poços caracterizado pela injeção de um volume de fluido de trabalho (34) no anular (6) de um poço que aumenta a pressão hidrostática do gás (33) contido no anular (6), na altura do mandril de gas lift (16), para que essa pressão hidrostática seja maior que a pressão hidrostática do fluido de amortecimento (32) contido no interior da coluna de produção (8) e, com isso, o gás (33) acessa o interior da coluna de produção (8) e, ascendentemente, expulsa o fluido de amortecimento (32) de dentro da coluna de produção, retomando-se, assim, a operação de elevação artificial do poço com as condições operacionais de pressão de gás comprimido convencionais.

2) PROCESSO E SISTEMA PARA PARTIDA E REINÍCIO DE OPERAÇÃO DE POÇOS PRODUTORES DE PETRÓLEO QUE OPERAM COM SISTEMAS PNEUMÁTICOS DE ELEVAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar um fluido de trabalho (34) que pode ser líquido, como água e solventes orgânicos, ou ainda, uma mistura de líquido e gás, em forma de espuma ou não.

3) PROCESSO E SISTEMA PARA PARTIDA E REINÍCIO DE OPERAÇÃO DE POÇOS PRODUTORES DE PETRÓLEO QUE OPERAM COM SISTEMAS PNEUMÁTICOS DE ELEVAÇÃO, sendo um sistema dito sistema de desafogamento e partida de poços (1), caracterizado por possuir um misturador (9) que mistura o gás com líquido e gera o fluido de trabalho (34), válvulas de retenção (10) que impedem o fluxo no sentido poço para as entradas de gás e líquido, bomba hidráulica (11), que succiona o fluido de trabalho (34) do tanque (15), tanque (15), que armazena o fluido de trabalho (34), válvula (12) que controla a entrada de fluido no sistema, válvula (2) que controla a entrada do gás comprimido no sistema, tubulação flexível (13) que conecta a alimentação de gás comprimido (14) da válvula (3) para a válvula (2) e uma conexão (4) que conecta todo o sistema ao poço através da válvula (5).

4) PROCESSO E SISTEMA PARA PARTIDA E REINÍCIO DE OPERAÇÃO DE POÇOS PRODUTORES DE PETRÓLEO QUE OPERAM COM SISTEMAS PNEUMÁTICOS DE ELEVAÇÃO, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por utilizar o sistema de desafogamento e partida de poços (1) para injetar o fluido de trabalho (34) no poço e realizar o processo de partida ou reinício de operação de poços produtores de petróleo.