BR102020018637A2

BR102020018637A2 - Equipamento para aquecimento a laser de fluidos para injeção em poços

Info

Publication number: BR102020018637A2
Application number: BR102020018637-0A
Authority: BR
Inventors: Mario Germino Ferreira Da Silva; Francisca Ferreira Do Rosario; Bruno Barbosa Castro
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-03-22
Also published as: US11761680B2; US20220082301A1

Abstract

A invenção tem como objetivo solucionar o problema de colapso de revestimento e coluna de poços produtores ou injetores, que ocorre devido ao resfriamento causado pela injeção de fluidos de completação no poço, através da aplicação de calor no fluido a ser injetado, em operações como tratamentos ácidos, recuperação secundária, remoção de incrustação, e squeeze de inibição.
O equipamento para aquecimento de fluidos a laser foi concebido de forma a realizar o aquecimento do fluido a ser injetado em um poço produtor ou injetor. Antes de ser bombeado para dentro do poço, o fluido passa pelo equipamento de aquecimento, através de um tubo de metal no formato de uma serpentina imersa em água quente, posicionada no interior de um tanque, um sistema laser aquece a água dentro do tanque, a água do interior do tanque troca calor com a serpentina, aquecendo-a, e por sua vez a serpentina troca calor com o fluido que passar no interior dela. Dessa forma o fluido estará em uma temperatura apropriada para a injeção no poço.

Description

EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO A LASER DE FLUIDOS PARA INJEÇÃO EM POÇOS

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção insere-se no campo das atividades de injeção de fluidos em poços de petróleo, tais como a injeção de tratamentos ácidos para melhorar a produtividade do poço, injeção de água para pressurizar o reservatório, injeção de tratamentos de remoção de incrustação nas colunas de produção dos poços e/ou no reservatório, e tratamentos de injeção de squezze de inibidores de incrustação no reservatório.

[0002] O equipamento para aquecimento a laser aplicado em fluidos para injeção em poços pode ser utilizado integralmente nas áreas onde a necessidade de aquecimento de fluidos se mostrar necessária, devido à possibilidade da ocorrência de colapso. O colapso do revestimento e coluna pode ocorrer devido ao resfriamento durante a operação de injeção de fluidos.

Descrição do Estado da Técnica

[0003] As atividades de injeção de fluidos em poços de petróleo são realizadas para atender a processos distintos, entre eles a injeção de tratamentos ácidos para melhorar a produtividade do poço, injeção de água para pressurizar o reservatório, injeção de tratamentos de remoção de incrustação nas colunas de produção dos poços e/ou no reservatório, e tratamentos de injeção de squezze de inibidores de incrustação no reservatório.

[0004] Os riscos e as dificuldades associados às diversas operações de injeção de fluidos estão relacionados à troca de calor dos fluidos injetados no poço, que ocorre durante o bombeio e o deslocamento dos fluidos através do riser de completação nas operações realizadas com sonda, e através da linha de produção nas operações realizadas pelas unidades de produção (UEP).

[0005] Durante o deslocamento dos fluidos pelo riser (completação ou produção) ocorre uma troca de calor entre o fluido e o riser e/ou linha de produção ou injeção imersos na lâmina d’agua. No leito marinho em lâmina d’agua acima de 700 m de profundidade, a temperatura da água do mar chega a valores de até 5°C. A troca de calor provoca um resfriamento do fluido no interior dos risers e/ou linhas de produção. Quando o fluido frio chega na coluna de produção, ocorre um resfriamento da coluna, o que provoca um resfriamento do fluido posicionado no espaço anular entre a coluna e o revestimento. O resfriamento do anular provoca o colapso deste e, na sequência, o colapso da coluna de produção. Esses colapsos de revestimento e coluna provocam a perda do poço, seja injetor ou produtor.

[0006] O que motivou a presente invenção são essas falhas de integridade ocorridas em poços de petróleo devido ao colapso de revestimento e colunas de poços, provocadas então pelo resfriamento causado pelos fluidos injetados através das colunas de produção desses poços.

[0007] Como exemplo, a investigação do modo de falha ocorrida em um poço resultou em uma revisitação dos critérios de projeto de revestimento empregados pela PETROBRAS mediante a reconstrução de seu “as built”. A aplicação das formulações vigentes não foi capaz de explicar o colapso em cascata que resultou na perda de integridade do revestimento intermediário e de produção do poço.

[0008] Análises térmicas modificadas, não previstas pelos procedimentos vigentes, e de caráter inédito na indústria, foram realizadas e, com isso, foram identificados fatores de segurança variáveis com o tempo, cuja causa seria decorrente do efeito transiente característico do fluxo de calor radial. Em adição a esse efeito, avaliou-se o aumento de pressão por anular trapeado decorrente do fechamento de formações plásticas, cujo incremento é dependente do tempo. Em virtude dessa investigação foram propostos e efetivados novos critérios de dimensionamento de revestimentos para a PETROBRAS.

[0009] Ainda, em maio de 2017 foi constatada uma falha da VHIF (Válvula hidráulica de isolamento da formação) no poço em questão. No processo de investigação da falha foi realizado um teste de estanqueidade no anular, no qual se descobriu comunicação desse anular com a sapata do liner. Dessa forma, pôde-se concluir que tanto o revestimento de produção quanto o revestimento intermediário perderam sua integridade hidráulica.

[0010] Ainda no processo investigativo, constatou-se uma ovalização da coluna de produção (COP) a partir de uma ferramenta caliper corrida conjuntamente com um Production Logging Toll (PLT). Em virtude das elevadas resistências ao colapso da COP, constatou-se a hipótese de uma falha em cascata do revestimento intermediário e de produção ao colapso e-, consequente, ovalização da COP. Essa falha foi associada ao resfriamento dos anulares decorrente da operação de acidificação a que o poço foi submetido. Contudo, simulações térmicas de resfriamento dos anulares que reproduziam o programa de bombeio não indicavam falha ao término da operação.

[0011] Dessa forma, examinou-se o comportamento da carga de colapso no estado transiente mediante discretização dos tempos operacionais de injeção de fluidos a cada trinta minutos. Em adição a esse efeito, foram acoplados os resultados de aumento de pressão por anular trapeado, decorrentes do fechamento da formação salina.

[0012] Determinando-se a curva de fator de segurança (FS) para o revestimento intermediário do poço no ponto mais crítico da coluna, constatou-se valores inferiores à 1,0, valor mínimo exigido pela N-2752.

[0013] A falha de integridade do poço resultou em um alerta sobre as consequências das operações de injeção em poços e, num primeiro momento, foram estabelecidas algumas diretrizes para a realização de simulações de poços já construídos e a aplicação de linhas de carga para novos projetos. Essas linhas de carga foram pensadas para serem aplicáveis ao dimensionamento dos revestimentos intermediários em poços “frios”; ou seja, que não estavam em produção.

[0014] Vale salientar que as simulações de resfriamento de anulares são muito sensíveis ao programa de injeção de fluidos e nem sempre são previstas na etapa de projeto, pela dificuldade em se estabelecer uma rampa de vazão e temperatura dos fluidos injetados, além da temperatura do fluido presente no anular no momento do confinamento pelo assentamento do pack off, profundidade do topo do cimento, duração da operação de injeção, e etc.

[0015] Em virtude das grandes dificuldades de se estabelecer uma modelagem dessa natureza, foram definidas as linhas de carga. Estas linhas têm por filosofia a representação do fenômeno físico do transiente térmico de uma forma mais conservadora cobrindo, dessa forma, as diversas operações de injeção passíveis no ciclo de vida do poço. Além disso, a aplicação dessas linhas é de fácil operacionalização, não demandando um grande esforço das equipes de projeto.

[0016] A invenção tem como objetivo solucionar o problema de colapso de revestimento e coluna de um poço produtor ou injetor, através da aplicação de calor no fluido a ser injetado, de forma a evitar que ocorra o resfriamento da coluna de produção e/ou injeção.

[0017] O equipamento para aquecimento a laser de fluidos para injeção em poços, objeto desta invenção, foi concebido de forma a realizar o aquecimento do fluido a ser injetado em um poço, seja este injetor ou produtor. Segundo a invenção, antes de ser bombeado para dentro do poço, o fluido passa pelo referido equipamento, através de um tubo de metal no formato de uma serpentina imersa em água quente, posicionada no interior de um tanque. Um sistema a laser vai aquecer a água dentro do tanque, a qual vai trocar calor com a serpentina, aquecendo, por sua vez, o fluido que passar ela. Assim, o fluido estará em uma temperatura apropriada para a injeção no poço.

[0018] O documento US6955221B2 revela um método para aquecer ativamente líquidos de hidrocarbonetos contidos em uma linha de fluxo de tubo em tubo de transporte de hidrocarbonetos, cujo anel contém material de isolamento térmico e/ou um vácuo parcial para alto desempenho de isolamento, o método compreendendo a etapa de passar líquido quente ao longo do anel, onde o líquido quente é de preferência água. Apesar de descrever aquecimento de fluido que será bombeado para dentro do poço, o documento não dá detalhes do aquecedor e nem cita a utilização de radiação eletromagnética.

[0019] O documento BRPI0706597A2 revela um aparelho e um método para aumentar e regular a temperatura, pressão e viscosidade do fluxo de fluidos encontrados na produção de óleo e gás. O aparelho regula a temperatura dos fluidos, por e através de um aparelho de aquecimento melhorado, que pode ser colocado em uma ou mais localidades ao longo da tubulação de superfície de um poço, ou tubulação de fundo de mar. Apesar de aquecer o fluido injetado no poço, regular e realizar o sensoriamento e a medição da temperatura do sistema de elevação, o documento utiliza um aquecedor elétrico, diferentemente da invenção, que utiliza radiação eletromagnética provinda do laser.

[0020] O documento US6880646B2 revela uma aplicação de energia oriunda de laser para iniciar ou promover o fluxo de, por exemplo, óleo, de um poço produção. O documento fornece um método e aparelho para reduzir a viscosidade de fluidos altamente viscosos, de modo a aumentar o fluxo de fluidos contidos nas formações rochosas ao redor de um poço. Apesar de utilizar laser para gerar calor, auxiliando na redução da viscosidade do fluido ou na redução de incrustações, o trabalho difere do objetivo presente invenção, além de não possuir um tanque de aquecimento com serpentinas, onde o fluido é aquecido pelo sistema e injetado no poço, como a presente invenção.

[0021] O documento BR102013019601-0A2 revela um sistema integrado de escoamento de produção e injeção de água em reservatórios de petróleo com um subsistema de aquecimento de água para injeção nos reservatórios de petróleo. O sistema aproveita o calor, desperdiçado nos turbogeradores que alimentam uma Unidade de Exploração de Petróleo - UEP, para aquecer a água que garante o escoamento do fluido produzido. Apesar de revelar um sistema onde o fluido é aquecido e posteriormente injetado no poço para melhorar o fator de recuperação de petróleo, o documento não cita a utilização da geração de calor por laser, como a presente invenção.

[0022] O Estado da Técnica citado acima não possui as características únicas que serão apresentadas detalhadamente a seguir.

Descrição Resumida da Invenção

[0023] A presente invenção busca solucionar o problema de colapso de revestimento e coluna, através da aplicação de calor no fluido a ser injetado, num poço injetor ou produtor, de forma a evitar que ocorra o resfriamento da coluna de produção e/ou injeção, o que provoca o colapso do revestimento e coluna.

[0024] O equipamento para aquecimento a laser de fluidos concebido nesta invenção tem como objetivo realizar o aquecimento do fluido a ser injetado em um poço produtor ou injetor.

[0025] Na concretização desta invenção, antes de ser bombeado para dentro do poço, o fluido passa pelo equipamento de aquecimento através de um tubo de metal no formato de uma serpentina imersa em água quente, posicionada no interior de um tanque. Um sistema a laser aquece a água dentro do tanque. A água no interior do tanque troca calor com a serpentina, e esta, por sua vez, troca calor com o fluido que passa no seu interior. Dessa forma, o fluido estará em uma temperatura apropriada para a injeção no poço.

Breve Descrição dos Desenhos

[0026] 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 sua realização. Nos desenhos, têm-se:

- A Figura 1 ilustrando uma vista externa do tanque do equipamento para aquecimento de fluidos a laser, onde estão representados: tanque (1), válvula para aceso manifold externo dianteiro (2), sistema de aquecimento com fonte de laser (3), painel de controle (4), válvula para acesso ao manifold externo traseiro (5), tampa para acesso ao tanque (6).
- A Figura 2 ilustrando uma vista interna do tanque do equipamento para aquecimento de fluidos a laser, onde estão representados: tanque (1), válvula para aceso ao manifold externo dianteiro (2), sistema de aquecimento com fonte de laser (3), painel de controle (4), válvula para acesso ao manifold externo traseiro (5), tampa para acesso ao tanque (6), nível da água dentro do tanque (7), linha de entrada no tanque do fluido que será aquecido (8), linha de saída do tanque do fluido aquecido (9), radiação laser projetada dentro do tanque (10), serpentina (11).
- A Figura 3 ilustrando a serpentina para troca de calor com o sistema laser acionado, onde estão representados: sistema de aquecimento com fonte de laser (3) e serpentina (11).

Descrição Detalhada da Invenção

[0027] O equipamento para aquecimento a laser de fluidos para injeção em poços, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, é constituído de um tanque (1) com um sistema interno de troca de calor, onde o aquecimento é gerado através da aplicação de radiação laser (3).

[0028] O equipamento é composto por um tanque (1), com uma linha de entrada do fluido que será aquecido (8), acoplada na parte frontal externa do tanque, uma válvula para aceso ao manifold externo dianteiro (2), um sistema interno de linhas em formato espiral (11) imersas em água, um sistema de aquecimento promovido por uma fonte de laser (3), centralizado em relação às linhas em formato de espirais (11), conforme mostrado na Figura 3.

[0029] Todo o tanque (1) é preenchido com água. Na parte traseira externa do tanque existe uma linha de saída do fluido aquecido (9) para a conexão das linhas que são direcionadas para o poço, além da válvula para acesso ao manifold externo traseiro (5). O controle de troca de calor dentro do sistema do tanque (1) é realizado pelo painel de controle (4) que possui um sistema supervisório instalado, acoplado ao tanque para programação e controle da troca de calor através da aplicação do laser (3), controle de temperatura, ajuste e medição da vazão de fluido.

[0030] O fluído a ser aquecido é introduzido no tanque (1) através da linha de entrada (8) e passa pela válvula de acesso do manifold externo dianteiro (2), onde são acopladas as linhas ou mangotes de alimentação de fluido. Após passar pela linha de entrada (8), o fluido entra no tanque (1) através da linha em espiral (11) e atravessa todo o comprimento da linha em espiral (11). Durante o percurso do fluido, ele é aquecido pela água contida no tanque (1) em temperatura mais elevada. Em seguida, o fluido aquecido segue pela linha de saída (9) para o alinhamento em direção ao sistema do poço.

[0031] O laser (3) é aplicado na água contida do tanque (1) pelo interior das linhas em espiral (11), visando melhorar eficiência da troca térmica. Um painel de controle (4) é instalado na parte externa do tanque (1), para o controle da operação de aquecimento.

[0032] Um software supervisório é utilizado para o controle da operação de aquecimento dentro do tanque, visando regular e medir as trocas de calor dentro do tanque. O fluido aquecido dentro do tanque seguirá para as linhas do sistema da sonda ou UEP, na sequência passando pelo interior do riser de completação ou de produção, em seguida passando pelo interior das linhas de produção e/ou injeção de gás, pelo manifold submarino, linha de produção do poço, pela árvore de natal molhada, pela coluna de produção do poço e chegando até ao reservatório. O objetivo do sistema supervisório do painel de controle e ser regulado de forma que o mesmo calcule o balanço térmico das trocas de calor no sistema de produção, de forma a evitar que a temperatura do fluido injetado fique na faixa em que ocorre o colapso do revestimento e da coluna de injeção ou de produção do poço.

Claims

EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO DE FLUIDOS A LASER, caracterizado por compreender tanque (1), válvula para aceso ao manifold externo dianteiro (2), sistema de aquecimento a laser (3), painel de controle dotado de sistema supervisório (4), válvula para acesso ao manifold externo traseiro (5), tampa para acesso ao tanque (6), linha de entrada do fluido que será aquecido (8), linha de saída do fluido aquecido (9), sistema interno de linhas em formato espiral (11).
EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO DE FLUIDOS A LASER, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema interno de linhas em formato espiral (11) estar imerso em água no interior do tanque (1).
EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO DE FLUIDOS A LASER, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sistema de aquecimento (3) utilizar uma fonte de laser.
EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO DE FLUIDOS A LASER, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo sistema de aquecimento (3) situar-se ao centro das linhas em formato espiral (11).
EQUIPAMENTO PARA AQUECIMENTO DE FLUIDOS A LASER, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controle de troca de calor dentro do sistema do tanque (1) ser realizado por um painel de controle dotado de sistema supervisório (4).