BR102019027099A2 - Método para a identificação de problemas operacionais em poços que produzem por gas-lift - Google Patents

Abstract

método para a identificação de problemas operacionais em poços que produzem por gas-lift. a presente invenção trata de um método para a identificação de problemas operacionais baseado na caracterização hidrodinâmica do conjunto poço/iinhas de gas-lift e produção, por meio da injeção de álcool, preferencialmente etanol, na linha de gas-lift. a detecção da passagem e do retorno do álcool é realizada pela análise direta das informações sobre as variáveis de processo (pressão e temperatura no fundo do poço, na árvore de natal e na superfície, medidores de vazão de gás ou líquido, etc.). preferencialmente, essa detecção também deve ser confirmada pela medição da concentração de álcool no retorno, seja pela coleta sequencial de amostras do líquido produzido pelo poço e posterior análise físico-química em laboratório, seja por um medidor online especialmente instalado para esse fim. um procedimento prático de coleta de amostras foi desenvolvido para aplicação em conjunto com esta invenção. métodos de análise química para a determinação de pequenas quantidades de água em álcool são conhecidos do estado da técnica, mas o inverso não é encontrado. assim, procedimentos de análise de pequenas quantidades de álcool em água foram especialmente desenvolvidos para aplicação em conjunto com esta invenção.

Description

MÉTODO PARA A IDENTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS EM POÇOS QUE PRODUZEM POR GAS-LIFT Campo da Invenção

[0001] A presente invenção trata de um método para a identificação de problemas operacionais baseado na caracterização hidrodinâmica do conjunto poço/Iinhas de gas-lift e produção, por meio da injeção de um álcool, preferencialmente etanol, na linha de gas-lift. A detecção da passagem e do retorno do álcool é realizada pela análise direta das informações sobre as variáveis de processo (pressão e temperatura no fundo do poço, na árvore de natal e na superfície, medidores de vazão de gás ou líquido, etc.). Preferencialmente, essa detecção também deve ser confirmada pela medição da concentração de álcool no retorno, seja pela coleta sequencial de amostras do líquido produzido pelo poço e posterior análise físico‐química em laboratório, seja por um medidor online especialmente instalado para esse fim. Métodos de análise química para a determinação de pequenas quantidades de água em álcool são conhecidos do Estado da Técnica, mas o inverso não é encontrado. Assim, procedimentos de análise de pequenas quantidades de álcool em água foram especialmente desenvolvidos para aplicação em conjunto com esta invenção.

[0002] O método desenvolvido tem aplicação na área tecnológica de Elevação e Escoamento de poços que produzam petróleo com o uso de gaslift, sejam poços onshore ou offshore (em completação seca ou molhada). Também pode ser aplicado em poços de petróleo surgentes ou em poços de gás, onde há possibilidade de injeção de gás nestes, fazendo-se um gas-lift provisório e, ainda, em outros sistemas onde um fluido, particularmente um gás, circula e retorna sozinho ou misturado a outros fluidos, como por exemplo, em manifolds diversos, poços de petróleo ou gás, poços sob intervenção de sonda para completação ou workover, etc.

[0003] Esta invenção baseia-se no desenvolvimento de um método direto e eficaz na determinação de pontos de injeção e fuga de gás, podendo ser aplicado de forma simples e com baixo custo em poços offshore, particularmente os de completação molhada, além da vantagem de utilizar preferencialmente o etanol, um solvente menos agressivo ao meio ambiente e que está disponível nas plataformas, pois é muito usado em procedimentos de rotina. Assim sendo, as plataformas já dispõem de toda a instalação necessária e os operadores têm familiaridade com a injeção de etanol e todos os cuidados necessários.

Descrição do Estado da Técnica

[0004] O gas-lift contínuo é um método de elevação artificial de petróleo, predominante usado em poços offshore devido à sua confiabilidade e flexibilidade. Nesse método, conforme pode ser visto na Figura 1, gás natural em alta pressão é injetado no espaço anular entre a coluna de revestimento e a coluna de produção. Em algumas posições ao longo da coluna de produção, colocam-se válvulas, conhecidas como válvulas de gas-lift, as quais controlam o fluxo de gás que escoa do espaço anular para o interior da coluna de produção. O gás deve ser continuamente injetado em uma válvula de gas-lift específica na coluna, denominada válvula operadora. No entanto, podem ocorrer situações em que há injeção indevida de gás em outras posições na coluna, seja por uma válvula de gas-lift que deveria estar fechada e encontrase aberta (o que se convenciona chamar de “válvula dando passagem”), seja por um furo na coluna (devido a processos corrosivos, por exemplo). Outro problema que pode ocorrer é o aparecimento de furos ou avarias no revestimento que causam perda de gás para as formações rochosas atravessadas pelo poço.

[0005] As soluções tradicionais para determinar os pontos de injeção de gás na coluna de produção utilizam um método direto, que consiste na descida no poço de um registrador preso a um cabo de aço, gerando perfis de pressão e temperatura ao longo da sua profundidade. É um método eficaz e muito aplicado em poços onshore, onde é economicamente viável. No entanto, em poços offshore de completação seca, essa operação é bem mais difícil e custosa. Já em poços de completação molhada, o emprego desses registradores é proibitivo, devido à necessidade de intervenção com sonda, ainda que light workover. Assim, métodos indiretos com uso de simuladores matemáticos e algumas manobras operacionais são adotados; porém, com boa margem de incerteza nas conclusões obtidas.

[0006] Para avaliar a ocorrência de perdas indevidas de gás através de eventuais furos no revestimento, a descida de registradores no espaço anular não é possível e há alguns métodos semidiretos conhecidos no Estado da Técnica; em geral, com uso de pulso acústico, mas que são imprecisos e sofrem de limitações similares às já descritas com o uso de registradores.

[0007] As patentes US 4,972,704, US 5,031,697, e US 5,063,772 descrevem um método para diagnosticar problemas em poços com gas-lift através da injeção de um determinado volume de traçador gasoso, normalmente CO2, na corrente de gás natural que promove o gas-lift. Na cabeça do poço, acopIa-se um equipamento que realiza a coleta automática e sequencial de amostras do gás produzido pelo poço e a análise em tempo real para a determinação da concentração de CO2 no gás produzido. Com isso, pelo perfil de concentração do CO2 no retorno (forma, tempo, valores de concentração, etc.), associado aos dados de produção do poço e aos dados de geometria deste, é possível inferir a posição dos pontos de injeção ou fuga e o quanto de gás está sendo injetado ou perdido em cada ponto.

[0008] Entretanto, o uso de traçadores gasosos apresenta algumas limitações, principalmente em plataformas offshore. Uma delas é a necessidade do embarque de cilindros pressurizados com o traçador e equipamentos de análise, o que não é prático especialmente em poços de alta vazão, os quais exigirão quantidades apreciáveis de traçador. A movimentação de cargas pressurizadas e o acoplamento desses equipamentos representam também um risco operacional. Outra desvantagem é que o analisador precisa de energia elétrica para seu funcionamento, o que nem sempre está disponível nas Plataformas e requer cuidados, por conta de o equipamento ser colocado em área classificada; ou seja, com risco de explosão, entre outros. O embarque de equipe especializada pela operação também aumenta custos e muitas vezes vagas de alojamento na plataforma são disputadas com outras prioridades de serviço. Além disso, em poços com elevado teor de CO2 no gás produzido, como no caso do Pré-Sal brasileiro, o uso desse traçador é inviável. Outros traçadores gasosos, contudo, são bem mais caros e difíceis de detectar, ou apresentam características altamente indesejáveis, como agressividade/toxicidade ao ser humano e ao meio ambiente.

[0009] Para solucionar os inconvenientes do uso de traçadores gasosos, a patente PI 0804625-5 propõe um método em que um traçador seja solúvel em água e em álcool. Normalmente, um composto fluorescente, como a uranina, é dissolvido em álcool (geralmente etanol), na plataforma, e certo volume da solução álcooI-traçador resultante é injetado na corrente de gas-lift do poço em estudo. Embora o traçador seja miscível em álcool, ao entrar na coluna de produção, ele entra em solução na água produzida pelo poço, uma vez que esse traçador também é escolhido de forma que sua partição na água seja de quase 100% num sistema óleo-água (o álcool, por sua vez, é totalmente miscível na água). Amostras da água produzida são coletadas de forma sequencial usando o ponto de coleta usual na plataforma para amostras diversas de fluidos produzidos pelo poço. Assim, de posse dos dados de produção do poço (vazões de óleo, água e gás), dos dados de geometria do poço e outros parâmetros relevantes, e do perfil de concentração do traçador na água produzida, é possível, através de alguns cálculos, a determinação de pontos de injeção ou fuga de gás de forma similar ao que seria feito com o traçador gasoso.

[0010] Embora solucione alguns inconvenientes do uso de traçadores gasosos, a solução proposta na patente PI 0804625-5 também apresenta importantes limitações. A primeira é que exige a mistura do traçador no álcool. Uma vez que o álcool é um produto inflamável, não é possível o uso de bombonas individuais para solubilizar o traçador antes de sua injeção e, assim, o composto precisa ser dissolvido no tanque de álcool que serve à plataforma como um todo. Como esse tanque normalmente apresenta um volume grande, pode haver dificuldade de homogeneizar a solução. Uma quantidade bem maior de traçador do que aquela necessária para um poço específico acabará sendo empregada e a solução álcool-traçador acabará sendo também injetada em outros poços, atendendo às finalidades usuais do álcool. Um grande volume de traçador na água produzida descartada pode causar eventual coloração que, embora seja de curta duração e inofensiva ao homem e ao meio ambiente, não é conveniente. Outro grave inconveniente é que em muitos casos o álcool em sua trajetória acompanhando o gás poderá passar por temperaturas muito elevadas, resultando na evaporação deste e o traçador (que, isoladamente, é sólido) sairá de solução, depositando-se pelo caminho. Numa situação mais extrema, esse traçador acaba por se depositar em pontos críticos como por exemplo, no interior de uma válvula de gas-lift, o que pode ser danoso. O processo de coleta de amostras, embora bem mais simples, prático e conveniente do que no caso do uso do traçador gasoso, é trabalhoso e as amostras têm de ser enviadas para laboratório para análise. Além disso, no trajeto há certa perda de etanol nas amostras por evaporação que pode, em caso de demora excessiva no envio da amostra ao laboratório, resultar em leituras subestimadas de concentração.

[0011] A necessidade de coleta de amostras e de análise em laboratório faz com que a resposta à operação realizada leve um certo tempo, reduzindo a eficiência desta, pois muitas vezes é importante obter o diagnóstico do poço o mais rápido possível, de modo a não atrasar eventuais medidas corretivas. Ainda, como o tempo de retorno do traçador não é conhecido a priori, mas sim estimado por simulação envolvendo algumas premissas e certo grau de incerteza, há a necessidade de se coletar amostras por um período longo, tornando a operação demorada e trabalhosa. Também é possível que o resultado da análise das amostras acabe revelando que o tempo de coleta foi insuficiente, obrigando a repetição da operação. Assim, o ideal é se dispor de um método que forneça respostas em tempo real.

[0012] Finalmente, o método da patente PI 0804625-5 não pode ser usado em poços que não produzam água junto com o petróleo, uma vez que é baseado na solubilização do traçador na água produzida que será coletada no retorno. Embora pouco comum, essa situação ocorre em poços no estágio inicial de produção, como no Pré-Sal. Não havendo água, o traçador a ser usado teria de ser solúvel em hidrocarbonetos e álcool, o que é raro de encontrar, sendo as poucas substâncias conhecidas extremamente agressivas ao homem e ao meio ambiente.

[0013] Assim, o método apresentado na patente PI 0804625-5, embora tenha vantagens e possa ser aplicado em certos casos com resultados efetivos, ainda possui inconvenientes que a invenção aqui descrita resolve.

[0014] O documento US10030508 revela um método para avaliar os pontos de injeção ou fuga de gás em um poço de produção contendo um espaço anular entre uma coluna de produção e uma (s) coluna (s) de revestimento circundante (s). O método consiste basicamente em determinar a composição dos fluidos produzidos pelo poço e injetar um ou mais compostos traçadores via gas-lift, sendo eles: Ar, N2, O2, SF6, He, Xe, ou combinações destes. Cada um dos traçadores escolhidos é constituído de uma substância não nativa dos fluidos de produção, e cada uma possui uma taxa diferente de difusividade no gas-lift. Os materiais traçadores são detectados ao serem produzidos na superfície. Para isso, utiliza-se um espectrômetro de massa ou outro analisador capaz de detectar compostos traçadores gasosos em concentrações menores que 1.000 ppm. Com isso, é possível determinar os pontos de injeção de um ou mais traçadores e verificar se cada um desses pontos de injeção representa uma válvula de gas-lift ao longo da tubulação de produção. No entanto, o método descrito no documento US10030508 apresenta essencialmente as mesmas limitações já citadas anteriormente quando da discussão dos métodos descritos nas patentes US 4,972,704, US 5,031,697, e US 5,063,772, os quais utilizam o CO2.

[0015] Dessa forma, configura-se a necessidade de utilização de um método direto e eficaz para a determinação de pontos de injeção e fuga de gás que possa ser aplicado de forma simples e com baixo custo em poços offshore, particularmente os de completação molhada.

[0016] Nas plataformas offshore, álcoois estão normalmente disponíveis, porque são muito usados em procedimentos operacionais de rotina, como por exemplo, na inibição de formação de hidratos de gás em linhas de gas-lift. Em geral, os álcoois normalmente utilizados nas plataformas são o metanol, o etanol e o MEG (monoetilenoglicol), mas o mais recomendável para a aplicação da presente invenção é o etanol, largamente adotado nas plataformas offshore no Brasil.

[0017] No método proposto nesta invenção não é utilizada nenhuma substância traçadora; assim, não há necessidade de embarcar nenhum produto químico adicional na plataforma e, consequentemente, não é necessário realizar nenhum tipo de manipulação. O fato de também não ser preciso dissolver nenhuma substância no tanque de etanol simplifica a operação, aumenta a segurança, e não deixa inventário de etanol “desnaturado” para ser usado em outras operações, eliminando qualquer risco operacional que eventualmente possa ocorrer em consequência disso. Por ser a aplicação de etanol de uso corriqueiro, as plataformas já dispõem de toda a instalação necessária, incluindo tanques, tubos, manifolds, bombas injetoras, etc. Ainda, os operadores têm familiaridade com a injeção de etanol e com todos os cuidados necessários associados a esse tipo de operação.

[0018] Outra vantagem do método da presente invenção é que o álcool pode passar por diversas condições de pressão e temperatura em seu trajeto, mudando inclusive de estado físico (líquido para vapor, por exemplo) sem que isso represente qualquer risco ou problema, uma vez que nenhum produto é adicionado a ele.

[0019] Outra característica importante é que o álcool, quando em contato com água, na proporção adequada, promove alterações sensíveis em certas propriedades dessa substância. Por exemplo, a mistura álcool-água é exotérmica. Essa geração de calor provoca um aumento na temperatura da água e do fluido produzido. Embora o incremento seja pequeno, é suficiente para ser detectado nos sensores de temperatura que se encontram na árvore de natal, em poços de completação seca ou molhada. Neste último caso, o aumento de temperatura pode ser sentido até mesmo pelo sensor localizado na chegada do fluido produzido à plataforma, desde que o comprimento da linha de produção (flowline + riser) não seja tão grande que o fluido entre em equilíbrio térmico com o mar.

[0020] Outra propriedade da água que o álcool altera é a tensão superficial. Isso acaba interferindo no escoamento bifásico, por conta de mudanças relacionadas ao tamanho e forma de bolhas, escorregamento, transições de arranjo de fases, etc. Essa perturbação pode ser sentida pelos sensores de pressão (com consequências em alguns casos na temperatura por conta da mudança de vazão). Outra alteração ocasionada pela dissolução de álcool em água é a desestabilização de emulsões água-óleo, com a consequente alteração da viscosidade do fluido produzido. O álcool também provoca alterações no escoamento na linha de gas-lift e no anular do poço, pois onde antes escoava gás praticamente seco, passa a escoar gás com líquido em um padrão provavelmente de névoa. Embora seja também uma pequena perturbação, esta pode ser sentida em termos da vazão de gás, da pressão de injeção na plataforma, e da pressão no anular do poço.

[0021] Enfim, a conjugação dos vários sinais de processo pode marcar a passagem do álcool nos pontos notáveis do sistema. Com isso, essa passagem pode ser detectada mesmo sem a coleta de amostras. A depender do caso específico, o diagnóstico operacional pode ser realizado com a injeção simples de um colchão de álcool, sem coleta de amostras, ou pode ser realizada uma injeção inicial apenas para definir de maneira precisa a janela de tempo de retorno do álcool e, com isso, otimizar a coleta das amostras, simplificando sobremaneira a operação. Isso reduz o tamanho da equipe embarcada para realização dos testes ou até a elimina, passando a coleta das amostras a ser realizada pelos operadores de rotina. Além disso, como o tempo de coleta é reduzido, pode-se realizar operações em um número maior de poços no mesmo período de tempo.

[0022] A presença de álcool no petróleo, se houver, se dá sempre em quantidades ínfimas que não interferem nas análises e, assim, o produto pode ser usado em qualquer tipo de poço; como, por exemplo, os do Pré-Sal, que produzem muito gás e contêm muito CO2, inviabilizando o uso de CO2 como traçador. O álcool também pode ser usado em poços que produzem pouca ou nenhuma água, uma vez que este provavelmente acabará entrando em solução no óleo. Nesse caso, deve-se proceder à análise química de amostras coletadas do óleo.

[0023] Com a realização de testes em poços, também foi desenvolvido um procedimento de coleta que é parte desta invenção. No método em questão, as amostras do líquido produzido são coletadas no ponto usual de amostragem de cada poço. O líquido é recolhido em sacos plásticos. Se necessário, algumas gotas de desemulsificante são adicionadas para evidenciar a presença de água livre. O saco é então perfurado na parte inferior e um frasco de coleta preenchido. Um ponto importante do procedimento é deixar uma pequena quantidade de óleo presente no frasco, o que formará na superfície um selo, impedindo a perda do álcool por evaporação.

[0024] Outra característica relevante da invenção refere-se ao método de análise das amostras coletadas. Métodos para quantificação de água em álcool são bem conhecidos do Estado da Técnica, mas o inverso não. Assim, foram implementadas duas técnicas analíticas com êxito: (1) Ressonância Magnética Nuclear (RMN), onde sinais característicos do etanol, e distintos dos demais componentes, podem ser observados, mesmo em pequenas concentrações e (2) Determinação das Propriedades Físico-Químicas (massa específica, viscosidade, índice de refração, condutividade elétrica, etc.), uma vez que tais propriedades são alteradas pela presença do álcool na água produzida. No caso (2), a propriedade mais prática de se avaliar e que mostrou resultados precisos foi a massa específica. Constatou-se que, para pequenas quantidades de álcool em água, há uma relação fortemente linear entre a massa específica e a concentração de álcool. Para uma calibração precisa do método de análise, amostras do álcool a ser injetado e da água produzida pelo poço (sem álcool) devem ser coletadas e suas massas específicas obtidas. A depender da propriedade a ser medida, será possível realizar as análises na própria plataforma, diminuindo-se o tempo de resposta. Além disso, um medidor online pode ser configurado de forma a ficar conectado ao ponto de amostragem e realizar as leituras em tempo real.

[0025] Dessa forma, testes para diagnóstico de problemas operacionais em um poço com injeção de gas-lift, de completação seca ou molhada, podem ser realizados em muitos casos apenas mediante a injeção do álcool já disponível na plataforma e o acompanhamento do seu retorno em tempo real, através dos sinais das variáveis de processo. Adicionalmente, coletas de amostras podem ser realizadas para melhorar a qualidade da resposta, particularmente quanto ao balanço mássico. As coletas devem seguir o procedimento descrito nesta invenção e as análises devem ser preferencialmente realizadas pelos métodos também relatados na invenção. Considera-se, ainda, a possibilidade de avaliação da concentração do álcool em linha; ou seja, em tempo real usando, por exemplo, um método de determinação das propriedades físico-químicas das soluções.

[0026] O método descrito nesta invenção é aplicável na identificação de problemas operacionais em poços de petróleo que produzam por gas-lift, sejam onshore ou offshore, de completação seca ou molhada.

[0027] O método da presente invenção também pode ser aplicado em poços de petróleo surgentes, ou em poços de gás, onde há possibilidade de injeção de gás, fazendo-se um gas-lift provisório.

[0028] Além disso, com adaptações, o método pode ser adotado em outros sistemas onde um fluido, particularmente um gás, circula e retorna sozinho ou misturado a outros fluidos. O álcool pode ser injetado em um ponto do sistema e seu retorno monitorado, obtendo-se informações sobre a trajetória e distribuição dos diversos fluidos. Exemplos desses sistemas são manifolds diversos, poços de petróleo ou gás produzindo petróleo com uso de bombeio hidráulico, poços que recebem injeção de produtos químicos, poços sob intervenção de sonda para completação ou workover, etc.

[0029] Nenhum documento do Estado da Técnica revela um método para identificação de problemas operacionais em poços que produzam por gas-lift tal como este da presente invenção.

Descrição Resumida da Invenção

[0030] A presente invenção trata de um método para a identificação de problemas operacionais baseado na caracterização hidrodinâmica do conjunto poço/Iinhas de gas-lift e produção, por meio da injeção de um álcool, preferencialmente etanol, na linha de gas-lift. A detecção da passagem e do retorno do álcool é realizada pela análise direta das informações sobre as variáveis de processo (pressão e temperatura no fundo do poço, na árvore de natal e na superfície, medidores de vazão de gás ou líquido, etc.). Preferencialmente, essa detecção também deve ser confirmada pela medição da concentração de álcool no retorno, seja pela coleta sequencial de amostras do líquido produzido pelo poço e posterior análise físico‐química em laboratório, seja por um medidor online especialmente instalado para esse fim. Métodos de análise química para a determinação de pequenas quantidades de água em álcool são conhecidos do Estado da Técnica, mas o inverso não é encontrado. Assim, procedimentos de análise de pequenas quantidades de álcool em água foram especialmente desenvolvidos para aplicação em conjunto com esta invenção.

[0031] Esta invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de sua realização. Nos desenhos, têm-se:

• - A Figura 1 ilustrando um esquema de um poço equipado para gas-lift;
• - A Figura 2 ilustrando o perfil da temperatura de chegada na plataforma para um poço offshore de completação molhada e o perfil de concentração de álcool obtido pelo método de massa específica;
• - A Figura 3 ilustrando perfis de algumas variáveis de processo para um poço offshore de completação molhada, onde foi realizada uma operação de injeção de etanol no gas-lift;
• - A Figura 4 ilustrando a variação da fração mássica do etanol em relação à massa específica da mistura etanol em água destilada e em água produzida pelo poço, numa faixa de baixa concentração de etanol, a 20 ºC.

Descrição Detalhada da Invenção

[0032] A presente invenção revela um método para a identificação de problemas operacionais em poços que produzam por gas-lift, por meio da injeção de um álcool, preferencialmente etanol, na linha de gas-lift. A detecção da injeção e do retorno do álcool é realizada pela análise direta das informações sobre as variáveis de processo (pressão e temperatura, principalmente) fornecidas pela instrumentação do poço. Essa detecção também deve ser confirmada pela medição da concentração do álcool no líquido produzido no retorno, seja pela coleta sequencial de amostras e posterior análise físico-química em laboratório, seja por um medidor online especialmente instalado para esse fim. Procedimentos de análise de pequenas quantidades de álcool em água foram especialmente desenvolvidos para aplicação em conjunto com esta invenção.

[0033] Como pode ser observado esquematicamente na Figura 1, o sistema de um poço equipado para gas-Iift é constituído de: reservatório (1), coluna de revestimento (2), coluna de produção (3), packer (4), câmara abaixo do packer (5), espaço anular (6), canhoneados (7), ponto de coleta (8), fonte de gás (9), poço (10), árvore de natal (11), válvula de gas-Iift (12). Numa configuração comum para esse método, gás natural sob alta pressão, oriundo de uma fonte, em geral um compressor (9), é conduzido para a árvore de natal (11), em geral através de uma tubulação ou linha de gas-lift, e injetado no espaço anular (6) formado entre a coluna de revestimento (2) e a tubulação ou coluna de produção (3) através da qual escoa a produção de fluidos provenientes do reservatório (1). Em algumas posições ao longo da tubulação de produção, colocam-se válvulas, conhecidas como válvulas de gas-lift (12), que controlam o escoamento de gás proveniente do espaço anular (6) para o interior da coluna de produção (3). A expansão do gás pressurizado e a consequente redução de densidade aparente da mistura multifásica permitem que o escoamento dos fluidos provenientes do reservatório (1) seja possível em uma determinada vazão. A mistura dos fluidos provenientes do reservatório com o gás do gas-lift chega no ponto de coleta (8), que é uma plataforma ou estação de produção, em geral através de uma tubulação ou linha de produção.

[0034] Existem vários tipos de válvulas de gas-Iift (12). Em geral, algumas das válvulas ao longo da tubulação são usadas (isto é, só abrem) no caso da descarga do poço após intervenção com sonda ou na necessidade eventual de retomada da produção, após uma parada acidental (shutdown) ou preventiva da produção do poço. Estas são chamadas de válvulas de descarga (ou de partida). Normalmente, na operação cotidiana do poço, a injeção se dá por apenas uma válvula de gas-lift (12), em geral a mais profunda, que é chamada, então, de válvula operadora. Há situações, como visto na Figura 1, em que só se emprega uma única válvula de gas-Iift (12), que faz o papel de válvula operadora e de descarga.

[0035] O objetivo do método desta invenção é diagnosticar se o gás está sendo injetado apenas na válvula operadora (12), ou se há outros pontos indevidos de injeção. Também o método procura investigar se está havendo escape de gás do anular (6) para as formações rochosas atravessadas pelo poço.

[0036] O método desenvolvido nesta invenção para a identificação de problemas operacionais em poços de gas-lift compreende as seguintes etapas para aplicação em um poço específico:
Antes do teste de diagnóstico:
a) Definir os objetivos do teste de diagnóstico junto ao cliente;
b) Coletar as informações pertinentes do sistema (geometria, propriedades dos fluidos, vazões dos fluidos, etc.). Analisar os arquivos e relatórios das simulações rotineiras do poço nos simuladores computacionais de escolha do cliente;
c) Realizar simulações adicionais conforme o necessário e estimar os tempos de passagem do álcool ao longo dos diversos trechos do sistema;
d) Definir a vazão de álcool (e a concentração máxima no retorno, portanto), levando em conta o objetivo do teste de diagnóstico, os níveis de detecção da técnica empregada para análise do álcool, e as limitações operacionais da plataforma em questão;
e) Definir o tempo de injeção de álcool. Analisar também se há interferência de outros produtos químicos e seus solventes eventualmente injetados regularmente no poço;
f) Definir aspectos práticos do teste de diagnóstico com os diversos atores envolvidos, em particular os que trabalham diretamente na operação da plataforma. Definir aspectos de logística, pontos de coleta de amostras ou ponto de acoplamento do medidor online, recursos a bordo, manobras necessárias, etc.
Durante o teste de diagnóstico:
g) Aplicar o álcool regularmente usado do tanque da plataforma;
h) Ajustar e calibrar a vazão da (s) bomba (s) dosadora (s) da plataforma para o valor requerido. Manter a injeção de álcool pelo tempo de injeção requerido;
i) Levando em consideração o tempo esperado de retorno da frente de álcool e o tempo de injeção, definir o tempo total do teste de diagnóstico, acrescentando uma margem de segurança;
j) Preferencialmente, alinhar o poço durante o período do teste de diagnóstico para o separador de testes com medição fiscal (ou seja, colocar o poço em teste de produção), para aferição correta das vazões. A injeção do álcool só deve ser realizada após estabilização do poço no separador de testes. Isso melhora a precisão da interpretação dos resultados do teste de diagnóstico, particularmente quanto ao balanço mássico. Porém, não sendo possível, a operação pode ser realizada com o poço alinhado normalmente para o separador de produção, programando um teste de produção do poço assim que possível. Verificar também se as informações das variáveis de processo de interesse estão sendo aquisitadas normalmente no sistema supervisório;
k) O ponto de coleta de amostras de óleo e água deverá ser o mesmo manifold já existente para coleta de amostras, pela facilidade de acesso. Mesmo com o uso de medidor online, ou com o uso apenas dos sinais das variáveis de processo para detecção, amostras devem ser coletadas em intervalos de tempo adequados. Sem o medidor online ou sem os sinais das variáveis, ou mesmo para um teste mais completo, o intervalo de amostragem pode ser reduzido ao mínimo prático possível. Coletar também amostras do álcool e de outros produtos químicos eventualmente utilizados;
l) Usar o procedimento mais adequado de coleta de amostras para o um caso específico. Por exemplo, os fluidos de produção (água e óleo) podem ser coletados diretamente em sacos de plástico, preferencialmente de 2 L de capacidade volumétrica. Para agilizar a operação, uma ou mais gotas de desemulsificante podem ser adicionadas. Após certo tempo de espera, cada saco é perfurado em sua base com uma agulha especial, o primeiro jato descartado e, em seguida, um frasco de amostra é preenchido com água. Permitir que a amostra contenha certa quantidade de óleo, porque promove a formação de um selo de óleo na superfície, o que ajuda na preservação do álcool contra a evaporação, particularmente se as amostras não puderem ser analisadas na própria plataforma, tendo que ser transportadas para terra. Tampar o frasco e identificá-lo corretamente para referência futura. Encaminhar todas as amostras coletadas para o laboratório na plataforma ou em terra para análise química.
Após o teste de diagnóstico:
m) Analisar as amostras de água produzida usando o método adequado. Além da RMN, pode-se empregar um método de análise baseado em propriedades físico-químicas, particularmente a massa específica. Nesse caso, deve-se construir uma curva de calibração, preferencialmente usando amostra da água produzida pelo poço. Analisar as demais amostras coletadas (do álcool injetado, por exemplo);
n) Com os resultados de concentração de álcool no retorno (perfil de concentração), do medidor online (se houver), e dos sinais das variáveis de processo, definir os tempos de passagem do álcool no sistema e o balanço mássico, de modo a determinar as posições dos pontos de injeção de gás no sistema e uma eventual ocorrência de fuga de gás. Empregar simulação computacional do escoamento transiente do álcool no sistema para melhorar a qualidade do diagnóstico;
o) Discutir com o cliente os resultados e emitir relatório específico do teste de diagnóstico.

[0037] São observados na Figura 2 o perfil da temperatura de chegada na plataforma para um poço offshore de completação molhada e o perfil de concentração de álcool obtido pelo método de massa específica. A coincidência entre os perfis confirma o retorno do etanol à plataforma.

[0038] A Figura 3 apresenta os perfis de algumas variáveis de processo para um poço offshore de completação molhada, no qual foi realizada uma operação de injeção de etanol no gas-lift. De cima para baixo são mostrados os perfis de temperatura do fluido produzido na chegada na plataforma (“T PLAT”), de temperatura desse fluido na árvore de natal molhada (“T ANM"), de pressão à jusante da válvula choke de gas-lift (“P GL”), e de vazão de gas-lift (“Q GL”). As barras verticais com linha pontilhada definem o intervalo de tempo observado ou esperado para a passagem do colchão de etanol naquele ponto específico (árvore de natal ou plataforma) e as barras verticais com linha traçoponto o intervalo de tempo de injeção do etanol. Portanto, pode-se verificar que a passagem do etanol é registrada pelos sinais de processo.

[0039] Na Figura 4, é mostrada a variação da fração mássica do etanol em relação à massa específica da mistura etanol em água destilada e em água produzida, numa faixa de baixa concentração de etanol a 20 ºC. Observa-se que, para a faixa de concentração de interesse de etanol, a relação é linear e bem precisa. No entanto, a curva de calibração deve ser feita com a água produzida pelo poço. Outros parâmetros físico-químicos podem ser usados, como viscosidade, índice de refração, condutividade elétrica, etc.

EXEMPLOS:

[0040] Foram realizadas até o momento cinco aplicações do método em poços de gas-lift offshore, a primeira em um poço de completação seca e as demais em poços de completação molhada:

Exemplo 1:

[0041] Nessa aplicação, o método foi utilizado para a determinação do ponto de injeção de gás em um poço de completação seca. O retorno do álcool foi registrado e uma conclusão sobre o estado do poço foi emitida, indicando injeção simultânea através de duas válvulas de gas-lift.

Exemplo 2:

[0042] Nesse caso, o método foi aplicado em um poço com linhas de gaslift e de produção de 4 km de comprimento e com injeção de gás pela ANM (XO). O objetivo foi calibrar e aperfeiçoar o método. O retorno do álcool foi bem nítido, completo, e compatível com o tempo estimado por simulação. Os sinais das variáveis de processo confirmaram a passagem do álcool.

Exemplo 3:

[0043] A terceira aplicação foi feita em um poço com linhas bem longas (12 km), sendo um teste extremo para a referida invenção. Não foi registrado retorno do álcool durante o período de tempo monitorado. Esse poço normalmente recebe gás de um manifold e foi especialmente alinhado para uma linha de serviço que era usada por outro poço. Não há comprovação se a razão de não ter sido registrado o retorno do álcool tem relação com isso.

Exemplos 4 e 5:

[0044] Essas aplicações foram realizadas em dois poços de completação molhada que produzem por gas-lift com linhas de 2 km, para calibrar o método em um caso e identificar um possível furo na coluna no outro caso. No primeiro caso, foi identificada a injeção na válvula de gas-lift mais profunda, sem evidências de furo ou fuga de gás. No segundo caso, foi identificado provável furo na coluna de produção no terço mais raso do poço.

[0045] Embora o etanol seja o álcool preferencial para aplicação nesta invenção, outro tipo álcool pode ser empregado, como metanol e MEG, sem alteração significativa nos procedimentos. Caso o álcool escolhido não esteja disponível a bordo, este pode ser embarcado. Também mais de um tipo de álcool pode ser injetado, simultaneamente ou em sequência, para aprimorar o diagnóstico operacional.

[0046] Caso alguma variável de processo relevante para a interpretação da operação de injeção de álcool não esteja sendo regularmente monitorada, por falha de sensor, por exemplo, equipamentos portáteis digitais para a medida e aquisição dos dados podem ser embarcados para serem usados durante a operação.

[0047] Embora um procedimento de diagnóstico operacional, como o de injeção de álcool, normalmente seja realizado apenas quando há suspeita de problema no poço, é recomendável a realização de pelo menos uma operação de injeção de álcool durante a operação normal do poço para servir de referência, o que ajuda no diagnóstico diferencial da operação realizada com o poço já apresentando um problema operacional.

[0048] A detecção de furos na coluna ou no revestimento é de suma importância para a garantia de integridade dos poços. A investigação periódica dos poços pode levar ao diagnóstico precoce dos problemas, antes que se tornem mais graves, exigindo intervenção imediata.

[0049] O etanol (álcool mais indicado para uso nesta invenção), no seu retorno, ao ser diluído, não é tóxico para o homem ou meio ambiente, não apresentando riscos conhecidos para as pessoas, o meio ambiente ou o processo.

[0050] O álcool é um produto utilizado rotineiramente nas plataformas para injeção eventual ou permanente no gas-lift. Já há instalações preparadas para sua aplicação, procedimentos estabelecidos, e os operadores já estão acostumados a esse tipo de injeção. Não há, portanto, risco de segurança acima daquele normalmente verificado numa instalação industrial desse tipo.

[0051] O teste convencional, com corrida de perfis de pressão e temperatura, apresenta limitações operacionais, pois há inserção de uma ferramenta dentro do poço e, no caso de poços de completação molhada, demanda o acoplamento de um navio de intervenção ao poço. Esse teste possui também riscos consideráveis de vazamento de óleo para a plataforma ou o mar. Tais riscos inexistem na presente invenção.

[0052] Em relação à confiabilidade do controle de produção, o método da presente invenção pode confirmar as análises indiretas realizadas nas simulações, aumentando a confiança nas ações a serem implementadas para sanar os problemas e otimizar a produção.

[0053] O método da presente invenção é conceitualmente simples e de aplicação operacional também relativamente simples que, com um pouco mais de sistematização e treinamento, pode ser realizado, no todo ou em parte, pela própria equipe operacional da plataforma sempre que necessário, agilizando em muito o processo de diagnóstico de problemas operacionais.

[0054] Um teste pelo método convencional de diagnóstico direto em poços offshore de gas-lift custa de algumas centenas a alguns milhões de reais, a depender se o poço é de completação seca ou molhada. Por sua vez, o teste pelo método desta invenção tem um custo bem menor. O resultado do diagnóstico pode levar a decisões operacionais com maior precisão, economizando recursos, reduzindo custos e aumentando receita, com valores que podem ser até muito mais expressivos do que a simples economia relatada anteriormente em relação ao custo do teste convencional.

[0055] Deve ser notado que, apesar de a presente invenção ter sido descrita com relação ao procedimento referente a um teste em um poço offshore de completação seca ou molhada, operando com gas-lift e com linhas dedicadas, este poderá sofrer modificações e adaptações para outras situações de poços onshore ou offshore em arranjos diversos, como configurações com injeção de gás ou produção com manifolds ou anéis, dependendo da situação específica, mas desde que dentro do escopo inventivo aqui definido.

Claims (5)

1. MÉTODO PARA A IDENTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS EM POÇOS QUE PRODUZEM POR GÁS LIFT, caracterizado por permitir a avaliação hidrodinâmica do conjunto poço/Iinhas por meio da injeção de pelo menos um álcool na linha de gas-lift, da coleta de amostras no ponto usual de amostragem do poço, e da detecção da passagem e do retorno do álcool através da análise direta das informações sobre as variáveis de processo fornecidas pela instrumentação do poço.
2. MÉTODO PARA A IDENTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS EM POÇOS QUE PRODUZEM POR GÁS LIFT, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o álcool injetado é preferencialmente o etanol.
3. MÉTODO PARA A IDENTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS EM POÇOS QUE PRODUZEM POR GÁS LIFT, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a detecção dos pontos de injeção e fuga de gás é confirmada pela medição da concentração do álcool no retorno, seja pela coleta sequencial de amostras do líquido produzido pelo poço e posterior análise físico-química em laboratório, seja por um medidor online especialmente instalado para esse fim.
4. MÉTODO PARA A IDENTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS EM POÇOS QUE PRODUZEM POR GÁS LIFT, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a coleta de amostras pode ser feita diretamente em sacos de plástico, preferencialmente de 2 L, adicionando-se uma ou mais gotas de desemulsificante; após certo tempo de espera, cada saco é perfurado em sua base com uma agulha especial, o primeiro jato é descartado e em seguida um frasco de amostra é preenchido, deixando-se certa quantidade de óleo sobrenadante para evitar evaporação do etanol.
5. MÉTODO PARA A IDENTIFICAÇÃO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS EM POÇOS QUE PRODUZEM POR GÁS LIFT, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método de análise das amostras de água produzida com álcool pode ser RMN ou um método de análise baseado em propriedades físico-químicas, tais como massa específica, índice de refração, condutividade elétrica, entre outras.

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