BR102020012768A2

BR102020012768A2 - Conjunto mandril para injeção química em poços de petróleo

Info

Publication number: BR102020012768A2
Application number: BR102020012768-3A
Authority: BR
Inventors: Mario Germino Ferreira Da Silva; Giselle Maria Lopes Leite Da Silva
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2022-01-04
Also published as: US11788381B2; US20220025734A1

Abstract

conjunto mandril para injeção química em poços de petróleo. a presente invenção refere-se a um conjunto mandril para injeção química na utilização em uma coluna de produção de poços de petróleo onde a lâmina dágua pode chegar a 3.000m, exercendo sobre o mandril pressões hidrostáticas extremas. o conjunto mandril é capaz de dosar a vazão de fluido químico para evitar alguns tipos de situações indesejadas na coluna de produção, principalmente relacionadas a incrustações. possui a característica de não utilizar válvulas de injeção com diâmetros muito pequenos, fazendo com que o espaço anular entre o corpo do mandril e a parte interna garanta um maior espaço para o escoamento do fluido químico, reduzindo assim a probabilidade de uma possível obstrução. tais características garantem menores intervenções de manutenção, gerando assim menores custos e aumentando a confiabilidade do poço.

Description

CONJUNTO MANDRIL PARA INJEÇÃO QUÍMICA EM POÇOS DE PETRÓLEO

Campo da Invenção

[0001] A tecnologia do conjunto mandril de injeção química concêntrico poderá ser utilizada na área de elevação e escoamento dos poços do Pré-Sal e Pós-Sal, para substituir os mandris com válvula de injeção química do estado da técnica que são instalados nas colunas de produção dos poços.

Descrição do Estado da Técnica

[0002] Um mandril de injeção química é genericamente utilizado para bombear produtos químicos para o interior da coluna de produção dos poços, visando a dosagem de substâncias químicas específicas para evitar alguns tipos de problemas como por exemplo inibidores de corrosão, inibidores de H2S (gás sulfídrico) e inibidores de incrustação salina tais como BaSO4 (sulfato de bário) SrSO4 (sulfato de estrôncio) e outros.

[0003] O mandril é um equipamento que normalmente é montado como parte integrante da coluna de produção. Acoplado a ele, as linhas hidráulicas, que são fixadas na coluna através de clamps, são utilizadas para transportar os produtos químicos da UEP (unidade estacionária de produção) até a ANM (árvore de natal molhada). As linhas hidráulicas, partir da ANM, vão até a profundidade especifica em que o mandril está posicionado na coluna de produção do poço.

[0004] Os mandris são dotados de válvulas de injeção química que são conectadas as linhas hidráulicas, estas válvulas de injeção química fazem a interface entre o mandril e a coluna, geralmente possuem diâmetro interno (ID) muito pequeno em torno de 1/8", este pequeno diâmetro interno da válvula de injeção permite a sua obstrução com relativa facilidade.

[0005] A obstrução pode ocorrer por pequenos pedaços de material metálico do interior dos bandos, precipitados resultantes da qualidade dos materiais químicos que estão sendo bombeados, sujeira decorrente da falta de filtração eficaz dos fluidos a serem bombeados, que exigem uma classe especial de filtração denominada NAS 6. Esta obstrução quando não pode ser mitigada leva a perda da funcionalidade do mandril e por conseguinte a perda da injeção do produto que estava sendo dosado para dentro da coluna de produção.

[0006] Diversos poços têm perdido o funcionamento do mandril de injeção química e por consequência os problemas relacionados a ausência da proteção química tais como obstrução de colunas por incrustação de sais inorgânicos, perdas de produção associadas a redução do diâmetro interno da coluna por incrustações inorgânicas, perda da inibição de H2S e etc.

[0007] Outro problema que está em discussão no momento, é a quebra de coluna durante o bombeio de inibidor de incrustação, que interfere na dosagem do inibidor. Este fenômeno ocorre quando a coluna de líquido formada dentro da linha hidráulica cria uma pressão hidrostática que, quando esta coluna atinge uma determinada pressão ocorre um descarregamento do líquido do interior da linha pela válvula de injeção química.

[0008] A ocorrência deste fenômeno afeta o gerenciamento de reservatório, pois a vazão de dosagem é calculada de acordo com testes realizados em laboratório, onde são definidos os percentuais de inibidor a serem dosados em relação a concentração dos sais presentes na água que é produzida juntamente com o óleo, sendo assim, após a descarga, demora um tempo para estabilizar a vazão outra vez. Durante esse intervalo o poço não é inibido adequadamente levando assim a formação de incrustação na coluna de produção do poço.

[0009] Quando a válvula de um mandril falha, logo em seguida ocorre a incrustação da coluna de produção e, por conseguinte, a redução do diâmetro da coluna, criando assim um choke que reduz a vazão de produção de óleo que chega à UEP.

[0010] Para resolver a perda de produção será necessária a remoção da incrustação na coluna, sendo necessária a parada de produção do poço. Dependendo do projeto será necessária também a utilização de uma sonda de completação, que é um recurso crítico e com um custo muito elevado. Há em determinadas ocasiões a necessidade da utilização de barcos de estimulação para bombear os produtos químicos removedores de incrustação, um outro recurso crítico e caro. E ainda poderá acontecer de se utilizar a sonda de intervenção junto com o barco de estimulação.

[0011] O documento BR1020120104261A2 revela um mandril para mitigar as perdas de produção associadas a obstrução por incrustação em colunas de produção das plataformas fixas onde a profundidade fica em torno de 100m. Diferente da invenção que opera em poços em lâminas d’água profundas (2.000 e 3.000m) com pressões hidrostáticas extremas, apresentando várias interfaces com equipamentos submarinos, como ANM. Porém esse possui um anel de injeção com micro válvulas, o que causa entupimentos.

[0012] O documento EP2976495B1 revela um mandril de injeção de soluções químicas capazes de inibir incrustações na coluna de produção de um poço de petróleo. Diferentemente da invenção, o documento faz uso de válvulas de injeção, tais válvulas são o principal motivo do entupimento.

[0013] O documento US20040084186A revela um aparelho e métodos para a liberação no furo descendente de produtos químicos de tratamento de poço. Provê um método para a liberação contínua passiva de produtos químicos de tratamento de poço inibindo a formação de crosta na coluna de produção. Diferente da invenção, o documento utiliza a liberação/dissolução do material impregnado em um tubo cilíndrico fixado na coluna (externo ou interno) pela água produzida.

[0014] O estado da técnica citado acima, não possui as características únicas que serão apresentadas detalhadamente a seguir.

Descrição Resumida da Invenção

[0015] A presente invenção refere-se a um conjunto mandril para injeção química a ser utilizado em uma coluna de produção de poços de petróleo onde a lâmina d’água pode chegar a 3.000m, exercendo sobre o mandril pressões hidrostáticas extremas.

[0016] O conjunto mandril é capaz de dosar o fluxo de substâncias químicas para evitar alguns tipos de situações indesejadas na coluna de produção, como incrustações. Possui a característica de não utilizar válvulas de injeção, fazendo com que o espaço anular entre o corpo do mandril e a parte interna garanta um maior espaço para o escoamento do fluido químico, reduzindo assim a probabilidade de uma possível obstrução. Tais características garantem menores intervenções de manutenção, gerando assim menores custos.

Breve Descrição dos Desenhos

[0017] A presente 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 realização da mesma. Nos
desenhos, têm-se:

- A Figura 1 ilustra o mandril de injeção química no estado da técnica instalada na lateral da coluna de produção
- A Figura 2 ilustra o mandril de injeção química do estado da técnica de forma detalhada
- Figura 3 ilustra o conjunto mandril da presente invenção
- Figura 4 ilustra todas as partes acopladas do conjunto mandril
- A Figura 5 ilustra a camisa concêntrica e sua rosca externa
- A Figura 6 ilustra o detalhe do dispositivo de pressurização;
- A Figura 7 ilustra a injeção do fluido inibidor.

Descrição Detalhada da Invenção

[0018] A invenção conjunto mandril (2) é composta de três partes principais, sendo eles: tubo mandril concêntrico (100), camisa concêntrica (200) e mandril de injeção química (300), conforme pode ser visto na Figura 3. As três partes constituem um conjunto único, que embora a natureza da sua concepção permite produzi-los de forma independentemente, cada parte permite facilitar a sua instalação no poço de exploração e produção, além de serem adaptadas para resolver o problema técnico recorrente de entupimento das linhas de injeção química do estado da técnica (1).

[0019] O mandril concêntrico (100) representado na Figura 3 para injeção química é constituído de três partes: a primeira parte superior do tubo do mandril (101) possui uma rosca fêmea (106) e uma rosca macho paralela (102) para acoplamento da tampa (202). A segunda parte, a parte central do tubo do mandril (103) constitui o corpo do mandril que recebe a camisa concêntrica (201) e assim constitui uma parte anular (3). Além disso, ela possui furos laterais chamados de dispositivos de acesso (104), existentes para que a substância química seja injetada para o interior da coluna de produção. E a terceira, a parte inferior do tubo (105), é constituída preferencialmente de uma rosca tipo pino macho cônica, mas podendo ser do tipo macho paralela.

[0020] Um mandril de injeção química (300) é composto basicamente por uma parte que contém um conector hidráulico de engate (302) do mandril de injeção (300) com a linha hidráulica (301) e outra parte onde são inseridos os dispositivos, sendo disco de ruptura (303) 2 check valves (304), e um dispositivo de pressurização (305).

[0021] A camisa concêntrica (200) é feita para ser engatada ao mandril concêntrico (100), preferencialmente através de rosca paralela (203) com a rosca macho paralela (102), sendo tipos de roscas que possam garantir a vedação do fluido químico do anular (3). Essa conexão entre a camisa concêntrica (200) e o mandril concêntrico (100) formam um espaço anular (3), colocado propositadamente para permitir a passagem do fluido até a coluna de produção. A ligação entre o espaço anular e a coluna de produção é feita através de dispositivos de acesso (104), parte central do mandril concêntrico (100). A quantidade de furos e seu tamanho varia conforme a vazão requerida, diâmetro da coluna e necessidade de acoplar uma válvula pressostática (107).

[0022] O mandril de injeção química (300) pode ser inserido diretamente na parte maciça (201) da camisa concêntrica (200). A quantidade de furos passantes na parte maciça (201) permite colocar certa quantidade de mandril de injeção química (300). Isto permite que uma camisa concêntrica (200) tenha diferentes quantidades de mandril de injeção química (300) para um determinado poço, permitindo flexibilizar o projeto. Outra forma é segregar a parte maciça (201) da camisa concêntrica (200) e assim ter uma espécie de tampa (202), com rosca externa (204), mantendo a rosca interna (203), sendo que esta que vai prender no corpo do mandril concêntrico (100); e a rosca externa da tampa (204) irá se prender na parede da camisa concêntrica (200) seu lado interno. Da mesma forma, a tampa poderá conter uma quantidade de furos (205) de acordo com o projeto do poço.

[0023] A vantagem da camisa concêntrica (200) é que as partes da antiga válvula de injeção química já vêm montadas no espaço maciço (201) destinado a furação ou na tampa (202) da camisa concêntrica (200) com furos (205) já prédeterminados. Elas aumentam o diâmetro dos componentes aumentando a passagem do fluido de injeção eliminando todas as conexões 1/4” para 1/8” e os trechos de linha 1/8” que causavam o entupimento durante a injeção, e ao mesmo tempo tem comunicação direta com a parte anular (3) formada entre a parte central do tubo (4) e a camisa concêntrica (200). Sendo assim, o sistema ficará menos vulnerável a obstrução por pequenas partículas.

[0024] Diferentemente do mandril de injeção química do estado da técnica, a presente invenção traz a inclusão de um dispositivo para equilíbrio hidrostático da coluna conhecido como dispositivo de pressurização (305), evitando a quebra ou derramamento de todo líquido da coluna durante a injeção de fluidos inibidores de incrustação.

[0025] Os furos (205), podendo ser na tampa (202) ou na parte maciça da camisa concêntrica (200), possuem espaços para serem alojados os dispositivos de pressurização (305), estes dotados de molas (306) com a função de evitar quebra de coluna durante a injeção de fluidos inibidores de incrustação. O dispositivo de pressurização (305) cria uma câmara de pressão intermediária entre a pressão do ponto de entrada (309) (pressão da linha de injeção química) e a pressão do ponto de saída (310) (pressão estática do reservatório ou pressão de fluxo no anular coluna-revestimento de produção do poço). O dispositivo de pressurização (305) possui um sensor de pressão hidrostática (307,308) e um controle de pressão (311).

[0026] A Figura 4 mostra a montagem do conjunto mandril sendo realizada através do enroscamento da tampa da camisa concêntrica (200), onde há criação do espaço anular (3) em substituição a válvula do estado da técnica, e assim, aumentando os diâmetros dos componentes do mandril de injeção química (300), tal característica acaba reduzindo o risco das obstruções nas válvulas de injeção química.

[0027] As vantagens técnicas serão a garantia do gerenciamento de incrustação, a manutenção da produção dos poços devido a inibição química da incrustação e a vida útil do conjunto mandril (2). As vantagens econômicas serão a garantia do fator de recuperação projetado para o campo através da manutenção da produção, além do fato de não ser necessários os custos relativos a recursos críticos como barcos de estimulação e ou sondas, para a remoção de incrustações do sistema de produção; como colunas de produção, linhas de produção, nos equipamentos de superfície na UEP.

[0028] O fluido inibidor virá da UEP através de linhas hidráulicas (301), passará pelo disco de ruptura (303). Este disco de ruptura, que é calibrado para romper em um valor de pressão determinado, será utilizado para testar as linhas hidráulicas com pressão após a instalação do mandril. O fluido seguirá e passará por duas check valve (304) que possuem a função de evitar que a produção do poço ocorra pelas linhas hidráulicas (301). As check valve (304) são válvulas de segurança para evitar o chamado blowout (produção de óleo descontrolada) pela linha de injeção química. O fluido inibidor seguirá pelos dispositivos de pressurização (305) das linhas, que possui a função de manter a linha do fluido inibidor sempre cheia (da UEP até o mandril), em seguida o fluido passará pelo espaço anular (3), formado entre a parte interna da camisa concêntrica (200) e a parede externa do tubo concêntrico(100), até o dispositivo de acesso (104) do mandril para o interior da coluna.

[0029] No dispositivo de acesso (104), pode ter instalada uma espécie de válvula pressostática (107), será capaz de ser regulado/calibrado, para ser aberto com um determinado valor de pressão aplicada, desde de seu projeto de fabricação para trabalhar com pressão positiva, a ser calculada em função da pressão hidrostática (calculada pelo peso do fluido inibidor na profundidade vertical do projeto TVD), considerando o maior valor de densidade de fluido inibidor a ser utilizado no projeto. Dessa forma, a injeção de produtos químicos para o interior da coluna ocorrerá quando o valor de pressão no interior do mandril passar de um valor mínimo, impulsionado por uma bomba localizada na UEP. Essa forma garante uma coluna hidráulica de injeção de fluido inibidor estável e constante.

[0030] A Figura 7 é possível notar o fluido inibidor (5), proveniente do preenchendo a linha hidráulica (301) percorre o espaço anular (3) e sendo injetado pelo dispositivo de acesso (104).

[0031] A quantidade de dispositivos de acesso (104) será em função do projeto, a depender do diâmetro da coluna, 3 1/2”, 4 1/2”, 5 1/2” e 6 5/8”. Assim dependendo do projeto pode ser aumentada ou diminuída a quantidade de dispositivos. Também poderá ser em função da vazão da coluna de produção ou da utilização de válvula pressostática (107).

[0032] Contudo, a montagem do conjunto mandril (2) na coluna de produção fica facilitada, uma vez encaixado o tubo mandril concêntrico (100) na coluna, basta percorrer com a camisa concêntrica (200), o qual possui diâmetro interno maior ao da coluna de produção, até chegar as roscas (102) do tubo concêntrico (100). Além disso, os vários mandris de injeção química (300) já são préinstalados na camisa concêntrica (200) ou na tampa (202), evitando as montagens minuciosas durante a instalação na coluna do poço. Uma linha hidráulica de injeção química (301) inutilizada pode ser substituída por outra, pois não haverá retorno do petróleo produzido, aumentando a confiabilidade do poço.

Claims

CONJUNTO MANDRIL PARA INJEÇÃO QUÍMICA EM POÇOS DE PETRÓLEO (2), caracterizado por compreender um tubo mandril concêntrico (100), uma camisa concêntrica (200) e um mandril de injeção química (300).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o tubo mandril concêntrico (100) compreender três partes: a parte superior do tubo do mandril (101), a parte central do tubo do mandril (103), e a parte inferior do tubo (105).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camisa concêntrica (200) compreender uma rosca paralela (203), um espaço maciço (201).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mandril de injeção química (300) compreender: conectores hidráulicos (302), discos de ruptura (303), preferencialmente duas check valve (304) e dispositivos de pressurização (305).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela camisa concêntrica (200) ser preferencialmente segregada na parte maciça (201), sendo substituída por uma tampa (202).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 3 ou 5, caracterizado por compreender quaisquer quantidades de furos (205) na parte maciça (201) ou furos (205) na tampa (202).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelos elementos do mandril de injeção química (300) serem instalados nos furos (205).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo dispositivo de pressurização (305) ser dotado de mola (306).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo dispositivo de pressurização (305) criar uma câmara de pressão intermediária entre a pressão do ponto de entrada (309) e a pressão do ponto de saída (310).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo dispositivo de pressurização (305) possuir sensor de pressão hidrostática (307 e 308) e controle de pressão (311).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo dispositivo de acesso (104) conter uma válvula pressostática (107).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo dispositivo de acesso (104) ter a capacidade de ser regulado/calibrado para trabalhar com pressão positiva na profundidade em que será instalado na coluna de produção do poço de pressão hidrostática na TVD.
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 7 ou 12, caracterizado pela pressão positiva ser calculada em função da pressão hidrostática da maior densidade da substância compreendida na mistura do fluido inibidor.
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo dispositivo de acesso (104) ou válvula pressostática (107) iniciar a injeção para o interior da coluna quando o valor de pressão no interior do mandril passar de um valor mínimo pré-ajustado, dado a pressão de descarga de uma bomba instalada na UEP.
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela quantidade de dispositivo de acesso (104) ser em função do diâmetro da coluna de produção, da vazão de produção do poço ou da necessidade de acoplar uma válvula pressostática (107).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo tubo concêntrico (100) ter rosca (102) para receber a camisa concêntrica (200).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 2 ou 16, caracterizado pelo tubo concêntrico (100) ter rosca tipo fêmea (106) na parte superior (101).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 2, 16 ou 17, caracterizado por o tubo concêntrico (100) ter na parte inferior (105) preferencialmente rosca do tipo macho cônica ou macho paralela.
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela tampa (202) possuir rosca interna para ser encaixada na rosca (102) da parte central do tubo concêntrico (103).
CONJUNTO MANDRIL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo encaixe da camisa concêntrica (200) com o tubo concêntrico (100) produzir um espaço anular (3).