BR102020026776A2 - Adaptador para conectar árvore de natal concêntrica com base de produção excêntrica - Google Patents

Adaptador para conectar árvore de natal concêntrica com base de produção excêntrica Download PDF

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Abstract

ADAPTADOR PARA CONECTAR ÁRVORE DE NATAL CONCÊNTRICA COM BASE DE PRODUÇÃO EXCÊNTRICA. A presente inovação se refere a um equipamento projetado para possibilitar a adaptação de instalações exploradoras de petróleo obsoletas, permitindo a conexão de árvores de natal molhadas concêntricas ou de diferentes excentricidades a bases adaptadoras de produção com suspensores de coluna de passagens de produção e anular excêntricas, dispensando a remoção da coluna de produção, evitando os elevados custos relacionados à sua recuperação ou substituição.

Description

ADAPTADOR PARA CONECTAR ÁRVORE DE NATAL CONCÊNTRICA COM BASE DE PRODUÇÃO EXCÊNTRICA Campo da inovação
[001] A presente inovação pertence ao campo dos equipamentos para exploração de petróleo, mais especificamente, trata de um novo adaptador para uso em poços submarinos que permite a conexão de árvores de natal molhadas concêntricas com bases adaptadoras de produção excêntricas.
Histórico da inovação
[002] Os equipamentos submarinos tipo árvore de natal molhada (ANM) são projetados para uma determinada vida útil, tendo sua integridade limitada pela espessura de paredes de peças metálicas forjadas, geralmente nas tubulações de menores espessuras, pelo desgaste e pela corrosão, sendo regida por códigos aplicáveis que limitam o fator de segurança aos seus componentes. Após atingir uma determinada idade ou desgaste, há a necessidade de descomissionar (retirar) o conjunto ANM, gerando custos elevados e muitas vezes não devidamente previstos, além da perda da produção de óleo ou gás. Uma vez que o poço ainda possa ser viável, a remoção da coluna de produção para a troca da ANM implica em elevado custo adicional e riscos que tendem a inviabilizar a manutenção da produção, pois estes custos podem não compensar a baixa produtividade típica de poços denominados maduros, por estarem próximos do fim da sua vida útil e com menor produtividade.
[003] Sendo um poço ainda viável, justifica-se a manutenção de parte do equipamento instalado, como a coluna de produção e da base adaptadora de produção (BAP), quando presente, onde o suspensor de coluna (SC) de produção é assentado. Este aproveitamento proporciona uma grande economia e menor risco em operações, diminuindo o investimento para reativação do poço. Todavia, os SC antigos utilizam sistema de retenção do fluido do anular por meio de uma válvula dupla vedação (VDV) não testável, acionada pela ponteira da linha anular, condição não aceita pelos códigos vigentes, uma vez que ao retirar a ponteira não há garantias do fechamento da válvula, gerando risco de entrada de água do mar no poço, condição inaceitável pelos códigos vigentes.
[004] O problema consiste na diferença de padrões de interfaces entre equipamentos padronizados, sendo inicialmente utilizados modelos com duas linhas excêntricas com 4.1/16pol para produção de óleo e gás e 2.1/16pol para injeção de fluidos ao poço, enquanto que equipamentos mais atuais utilizam linha de produção concêntrica de 5.1/8pol e linha de injeção excêntrica de 2.1/16pol impossibilitando uma interface mutuamente compatível.
[005] O equipamento aqui proposto tem como objetivo não apenas permitir o acoplamento de interfaces diferentes, funcionando como um adaptador, mas também permitir que a coluna de produção seja mantida, que os componentes com integridade comprometida ou em desacordo com códigos vigentes sejam substituídos e que a VDV, cuja a função não é respaldada pelos códigos, seja substituída por pelo menos duas barreiras testáveis com vedação metálica, conforme requerido pelos mesmos códigos vigentes, tudo inserido no mesmo equipamento que acumula a função de adaptação.
[006] Adicionalmente, o dispositivo permite também preservar as linhas da coluna de produção que fazem o escoamento de óleo e gás e injeção no poço, pois permite a manutenção da BAP.
[007] Esta solução evita a retirada da coluna de produção acoplada ao SC, proporciona uma alternativa para substituição de bloqueio do anular de forma segura e testável antes do desacoplamento da ANM e permite a utilização de modelos mais atuais de ANM, postergando o descomissionamento de poços, e ainda o fazendo com menor custo quando comparado com as soluções vigentes, que implicam na substituição completa do conjunto ANM e da coluna de produção associada.
Discussão do estado da técnica
[008] O documento NO20140270 mostra um sistema para executar operações de revisão de poço submarino compreendendo um pacote de corte de emergência monofuro localizado sobre um pacote de riser inferior que pode ser conectado a uma árvore de válvulas a ser interdita, o sistema tendo um furo principal que se estende através do sistema a partir de um riser acoplado ao pacote de desconexão de emergência de monofuragem.
[009] A patente US2017183935 revela um adaptador para uma árvore de natal de campo de petróleo ou gás compreendendo uma primeira interface para conectar o adaptador a uma interface de árvore de natal correspondente no topo da árvore de Natal, e uma segunda interface, pelo menos uma alimentação de passagem e pelo menos um dentre: um elemento de barreira de poço, um perfil interno para definir um plugue, um suspensor ou um suspensor e plugue combinados.
[010] As inovações apresentadas em US2015247371 revelam um conjunto de árvore de natal submarina tendo um furo principal e um furo de anel, em que o furo principal se alinha com o furo principal do suspensor de tubulação e o furo anular da árvore de natal se comunica com o furo do anular do gancho da tubulação, quando o conjunto da árvore de natal é instalado acima de um suspensor de tubulação de um poço submarino.
[011] As soluções propostas em EP1021637 ensinam uma coluna marinha suspensa com diâmetro interno delgado e um BOP para um sistema de completação submarina que inclui um corpo da coluna afixada à cabeça do poço no fundo do mar, sendo que o corpo da coluna tem um perfil interno de assentamento para um suspensor de coluna com diâmetro reduzido, arranjado e dimensionado para passar através do furo da coluna suspensa e do BOP na extremidade de um cordão de assentamento, proporcionando uma passagem através do corpo da coluna que proporciona comunicação de um ponto acima do suspensor de coluna até a coroa anular abaixo do suspensor.
[012] A patente US9797226 mostra aparelho e método de furo de poço compreendendo uma primeira ferramenta de furo de poço tendo um caminho de fluxo primário e pelo menos um caminho de fluxo secundário e uma segunda ferramenta de furo de poço tendo um caminho de fluxo primário e um caminho de fluxo secundário, em que o centro radial do caminho de fluxo primário na primeira ferramenta de furo de poço é desviado de um centro radial do caminho de fluxo primário na segunda ferramenta de furo de poço. Dito furo de poço compreende uma junta cruzada que conecta a primeira ferramenta de furo de poço à segunda ferramenta de furo de poço tendo um caminho de fluxo primário com fluidez para conectar o caminho de fluxo primário da primeira ferramenta de poço ao caminho de fluxo primário da segunda ferramenta de poço e pelo menos um caminho de fluxo secundário que conecta fluidamente a pelo menos um caminho de fluxo secundário da primeira ferramenta de poço a pelo menos um caminho de fluxo secundário da segunda ferramenta de furo de poço.
[013] O documento BR202015019725-5 traz uma cabeça de poço integral simples e outros componentes para aplicação em poços produtores de óleo e gás com elevação natural e elevação artificial e poços de injeção de fluidos, todos com instalações de subsuperfície com uma coluna de tubos e componentes, com características similares à cabeça de produção e árvore de natal convencional simples, que, quando instalado, elimina a desconexão da linha de produção durante as intervenções.
[014] A inovação revelada em CN202441313 mostra um dispositivo de poço térmico de produção térmica offshore de um único barril e duplo poço, aplicável ao processo de produção térmica de óleo espessado de uma plataforma offshore de poço duplo de barril único, onde a cabeça da luva, uma cabeça de tubulação e a árvore de natal são estruturas divididas, em forma de leque, uma cabeça de tubulação é conectada ao flange inferior e manga do flange da cabeça, onde as estruturas formam arranjos excêntricos e concêntricos.
[015] Como se percebe, nenhuma publicação citada menciona um dispositivo projetado para permitir a associação de árvores de natal molhadas concêntricas com bases adaptadoras de produção excêntricas ou proporcionam uma solução que permita o aproveitamento da coluna de produção com o seu suspensor de coluna, e que substitua a válvula dupla vedação por barreiras com vedação metálica e testáveis resolvendo o problema de não atendimento aos códigos vigentes.
Descrição das figuras
[016] A Figura 1 mostra uma vista em corte e explodida do arranjo central do adaptador da BAP (9) representada com seu mandril, onde se percebem o corpo (4), o falso suspensor de coluna (3), a bucha de orientação da conexão (6) da linha de produção não concêntrica para linha concêntrica com os penetrado-res (5), a VDV (7) e o suspensor de coluna (TH) residente com furação não concêntrica (8).
[017] A Figura 2 mostra esquematicamente o arranjo do sistema com o adaptador (1) da presente inovação, onde se percebem a ANM (2), a BAP (9), a conexão com o suspensor de coluna (8) residente, os penetradores (5), o falso suspensor de coluna (3), a VDV (7), as válvulas AI (25), o mandril das linhas de fluxo -MLF (10), o conector das linhas de fluxo do adaptador- CLFA (11), o conector da linhas de fluxo principal - CLFP (12) e a cabeça do poço (26).
[018] A Figura 3 ilustra o adaptador da presente inovação em uma vista anterior, onde se percebem as placas de interface hidráulica (15) e elétrica (13), o painel ROV (18), o mandril das linhas de fluxo integrado superior - MLF (14), o conector das linhas de fluxo - CLF (16), a interface superior (19) para ANM, a interface inferior (17) para BAP e TH e o sistema de travamento do conector (21).
[019] A Figura 4 ilustra o adaptador da presente inovação em uma vista posterior, onde se percebem o painel ROV (18), a interface superior (19) para ANM, a interface inferior (17) para BAP e a excentricidade (23) entre as interfaces superior e inferior.
[020] A Figura 5 apresenta uma vista em corte do arranjo para esta inovação em uma configuração com conjunto (stack-up) completo, onde se percebem a ANM (2), o adaptador (1), a BAP (9) com TH (8), o penetrador da linha anular (22) que é um sub item dos penetradores (5), a VDV (7) e o falso suspensor (3).
[021] A Figura 6 apresenta uma vista em corte do dispositivo desta inovação em uma configuração alternativa aplicável a uma BAP (9) sem TH, onde se percebem o novo suspensor de coluna (20) concêntrico, a ANM (2), o adaptador (1) e a excentricidade (23).
[022] A Figura 7 representa uma vista lateral em corte do dispositivo desta inovação em um arranjo com foco na interface do MLF (10) da BAP (9) com o CLFP (12) da ANM (2) e com o CLFA (11), onde se percebe a excentricidade (23), e as saídas e entradas para as linhas de fluxo (24).
Descrição da inovação
[023] A inovação aqui proposta consiste em um equipamento utilizado na exploração de petróleo que permite a continuidade de uso de um sistema de produção submarino antigo, normalmente dotado de interfaces consideradas obsoletas ou fora de padrão, preservando parte dos equipamentos pela substituição apenas dos elementos que tipicamente possam ter a integridade comprometida, preservando a coluna de produção e as linhas de fluxo conectadas.
[024] Trata-se de um adaptador (1) que permite instalar árvores de natal molhadas - ANM (2) concêntricas e passagens de produção maiores em bases adaptadoras de produção - BAP (9), associando um suspensor de coluna (8) com perfil excêntrico e de menor passagem, sem a necessidade da remoção da coluna de produção.
[025] Com isto, o dispositivo da presente inovação permite prolongar a vida de equipamentos com a integridade comprometida, possibilitando substituição de parte do sistema em uso preservando a BAP (9) com a coluna de produção, evitando os elevados custos relacionados a sua recuperação ou eventual substituição. Adicionalmente permite a preservação das linhas de fluxo previamente instaladas na BAP (9).
[026] Ainda, sua utilização substitui a função da válvula dupla vedação - VDV (7) no anular do suspensor de coluna - SC (8), também conhecido como tubing hanger (TH), por uma ou mais válvulas gaveta (25) testáveis após a instalação, em acordo com o padrão atualmente fornecido nas ANM (2) utilizadas.
[027] Instalado sobre a BAP (9), o adaptador (1) é dotado de conector excêntrico capaz de alinhar as passagens de produção, permitindo o assentamento da ANM (2) concêntrica na BAP (9) excêntrica, independente do modelo do fabricante.
[028] Dito adaptador (1) é provido ainda de penetradores (5), sendo um específico na linha anular (22) que abre a VDV (7), garantindo a passagem da linha de modo permanente após a instalação. Adicionalmente, no corpo (4) do adaptador (1), que faz a função de interface para a ANM (2) concêntrica, são providas duas válvulas gaveta (25), também conhecidas como “annulus intervention" (AI), que permitem o bloqueio do fluxo e o teste de vedação da anular, viabilizando testes futuros de barreira antes de operações com a ANM (2), garantindo a sua retirada em segurança ao evitar a entrada de água do mar no poço, condição indesejada por questões óbvias.
[029] Deste modo, o adaptador (1) aqui descrito possibilita a substituição das partes mais críticas, como a ANM (2), preservando a parte mais onerosa do sistema e de operação, que é a remoção e substituição da coluna de produção, mantendo a BAP (9), o TH (8) e até mesmo as linhas de fluxo, otimizando o custo para atualização de sistemas com integridade comprometida e atendendo as legislações vigentes.
[030] Em outras palavras, o adaptador desta inovação permite instalar ANM (2) de diferentes padrões (pré-sal ou pós-sal) e classes de pressão (5ksi e 10ksi). Ainda, permite que a ANM (2) possa ser alterada para receber conexões tipo hub possibilitando a conexão por módulos de conexão vertical (MCV) ou horizontal (HCS) para interfaces com as linhas de produção, injeção e/ou umbilical.
[031] Estas propriedades conferem ao adaptador (1) a propriedade de permitir a retirada de apenas parte do conjunto da ANM (2) mantendo a coluna de produção original, mesmo que as obsoletas válvulas VDV (7) estejam instaladas, transformando o sistema original com ANM (2) excêntrica em uma concêntrica, substituindo a VDV (7) por válvulas AI (25).
[032] Nesta adequação, há outros pontos relevantes para permitir o intercâmbio entre as partes, como a lógica hidráulica utilizando placas hidráulicas (15) auxiliares (stab plates) que fazem a interface hidráulica que anteriormente era exclusiva ao mandril das linhas de fluxo (10) e seu conector (16), possibilitando que, em conjunto a um falso suspensor (3), ou dummy tubing hanger, instalado dentro do adaptador (1), e a um falso mandril das linhas de fluxo, aqui denominado de conector das linhas de fluxo do adaptador- CLFA (11), possam assegurar a manutenção da lógica hidráulica original de ambos os equipamentos de diferentes padrões.
[033] O adaptador (1) desta inovação, ilustrado nas Figuras 3 e 4, é composto por:
  • a) conector hidráulico (21);
  • b) bucha de orientação (6) com penetradores (5) para atuação da VDV (7);
  • c) placas hidráulicas (15) e elétrica (13) de funções para comando e monitoração dos equipamentos residentes;
  • d) 2 válvulas gaveta AI (25) para barreira testável do anular;
  • e) painel ROV (18) para comando das funções hidráulicas;
  • f) a interface superior (19) para interação com a ANM (2), conformada como uma estrutura com funil guia superior;
  • g) a interface inferior (17) para BAP (9) e TH (8) configurada como um conector e bucha de orientação (6) com penetradores (5);
  • h) conector das linhas de fluxo - CLF (16) com mandril das linhas de fluxo integrado - MLF (14);
  • i) sistema de travamento (21) com selo de vedação interno à interface inferior (17) para interface com a BAP (9).
[034] O adaptador (1) normalmente está associado a um falso suspensor de coluna (3), caso já haja um TH (8) na BAP (9), e a um conector hidráulico ou elétrico por meio de penetradores (5) para o falso suspensor de coluna (3) com o suspensor já residente (8). Opcionalmente, no lugar do falso suspensor de coluna (3), pode receber um suspensor de coluna novo (20) compatível com a ANM (2) a ser instalada, preservando as linhas de fluxo já instaladas.
[035] Assim, em um arranjo preferencial para o uso do adaptador (1) da presente inovação, tal como ilustrado na Figura 2, o adaptador (1) se aloca entre a ANM (2) e a BAP (9), sendo que a parte central do adaptador (1) se conecta com o suspensor de coluna (8) não concêntrico 4"x2" por meio de uma bucha de orientação (6) dos penetradores (5) que faz interface a um falso suspensor (3) com topo concêntrico 5"x 1" assentado no adaptador (1), permitindo a interface com uma ANM (2) igualmente concêntrica. A bucha de orientação (6) é provida de um conjunto de penetradores (5), sendo um penetrador (22) dedicado à linha anular com a função de acionar a VDV (7) mantendo-a permanentemente aberta, e sua função sendo substituída por duas válvulas AI (25) de forma testá-vel. Na interface lateral, o MLF (10) da BAP (9) faz interface com o CLFP (12) situado na ANM (2) por meio do CLFA (11), garantindo a continuidade de todas as linhas do MLF (10) da BAP (3) até o CLFP (12) na ANM (2), seguindo a lógica hidráulica e atendendo todas as interfaces vigentes na ANM (2) a ser instalada.
[036] O adaptador (1) da presente inovação ainda é dotado de um painel ROV (18), que permite o acionamento das interfaces e válvulas hidráulicas. A interface superior (19) faz a conexão com a ANM (2), enquanto a interface inferior (17) se comunica com a BAP (9) e com o TH (8) residente.
[037] Nesta construção, destaca-se a excentricidade (23) entre a interface superior (19) e a BAP (9) com o suspensor de coluna (8) de perfis, bitola de linhas e padronizações diferentes, tal como ilustrado nas Figuras 4 a 6.
[038] Na configuração de conjunto completo, ou “stack-up", o penetrador do anular (22) mantém a VDV (7) permanentemente aberta, como visto na Figura 5, de modo que as válvulas AI (25), mostradas no arranjo da Figura 2, passem a executar a função de bloqueio de modo redundante e testável.
[039] Em uma configuração alternativa para o uso do adaptador (1) em uma BAP (9) sem TH (8), como ilustrado na Figura 6, o suspensor de coluna (20) original da ANM (2) a ser instalada pode ser assentado no mandril do adaptador (1), viabilizando a instalação de uma ANM (2) concêntrica. Nesta configuração, permite-se a manutenção da BAP (9) e das linhas de fluxo a ela conectadas, possibilitando ganho evitando a desinstalação das linhas - que é uma operação de considerável custo e risco.
[040] Na Figura 7 pode-se ver uma vista em corte do adaptador (1), onde se evidencia a interface do MLF (10) da BAP (9) com o CLFP (12) da ANM (2), que também possui excentricidade devido ao deslocamento da ANM (2), uma vez que o mandril do adaptador (1) é desalinhado em relação ao seu conector. A compensação do desalinhamento se dá na interface (11), conjunto CLF do adaptador, por meio de seu conector (16) e o MLF (14), permitindo as interfaces de produção, anular e de todas as demais interfaces hidráulicas e elétricas, e a última quando presente. As linhas de fluxo (24) que fazem interface com os flanges permanecem conectadas.
[041] Esta inovação não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações do invento virão à mente daquele versado na técnica à qual essa inovação pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições anteriores e desenhos anexos. Além disso, é para ser entendido que o invento não está limitado à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.

Claims (1)

  1. Adaptador para conectar árvore de natal molhada (ANM) concêntrica com base adaptadora de produção (BAP) excêntrica caracterizado por compreender:
    • a) conector hidráulico (21);
    • b) bucha de orientação (6) com penetradores (5) para atuação da VDV (7);
    • c) placas hidráulicas (15) e elétrica (13) de funções para comando e monitoração dos equipamentos residentes;
    • d) 2 válvulas gaveta AI (25) para barreira testável do anular;
    • e) painel ROV (18) para comando das funções hidráulicas;
    • f) a interface superior (19) para interação com a ANM (2), conformada como uma estrutura com funil guia superior;
    • g) a interface inferior (17) para BAP (9) e TH (8) configurada como um conector e bucha de orientação (6) com penetradores (5);
    • h) conector das linhas de fluxo - CLF (16) com mandril das linhas de fluxo integrado - MLF (14);
    • i) sistema de travamento (21) com selo de vedação interno à interface inferior (17) para interface com a BAP (9).
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