BR112012011127B1

BR112012011127B1 - sistema e método para o controle de poço durante a perfuração

Info

Publication number: BR112012011127B1
Application number: BR112012011127A
Authority: BR
Inventors: Fossli Borre; Sangesland Sigbjorn
Original assignee: Enhanced Drilling As; Ocean Riser Systems As
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2019-09-03
Also published as: EP2499328B1; US20120227978A1; WO2011058031A2; BR112012011127A2; WO2011058031A3; EP2499328A2; US8978774B2

Abstract

patente de invenção: "sistema e método para perfuração de um poço submarino". a presente invenção refere-se a uma bomba de lama submarina que pode ser utilizada para retornar fluido de perfuração pesado para a superfície. a fim de fornecer uma exigência menos rígida para tal bomba e para melhor gerenciar a preassão de fundo de poço no caso de um kick de gás ou evento de controle de poço, o gas deve ser separado do fluido de perfuração antes de o fluido de perfuração entrar na bomba de lama submarina e a pressão dentro da câmara de separação. a sucção da bomba de lama deve ser controlada e mantida igual ou inferior à pressão de água do mar ambiente. isso pode ser alcançado dentro das cavidades do bop submarino por uma disposição de sistema e métodos explicados. essa função pode ser utilizada com ou sem um elevador de perfuração conectando o bop submarino a uma unidade de perfuração acima do corpo de água.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção SISTEMA E MÉTODO PARA O CONTROLE DE POÇO DURANTE A PERFURAÇÃO.

Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se ao campo de exploração de óleo e gás, mais especificamente a sistemas e métodos para o controle de poço, especialmente para controle de pressão de poço em poços com fluidos de hidrocarbono, como definido nas reivindicações independentes em anexo.

Técnica antecedente [002] A perfuração de óleo e gás em águas profundas ou perfuração através de reservatórios exauridos é um desfio devido à margem estreita entre a pressão de poro e a pressão de fratura. A margem estreita implica em instalação frequente de envoltório, e restringe a circulação de lama devido à queda de pressão no anel entre o furo de poço e o cordão de perfuração ou em outras palavras o aumento em pressão aplicada ou observada no poço devido à atividade de perfuração tal como circulação de fluido de perfuração que desce pelo tubo de perfuração até o anel do orifício do furo de poço. A redução desse efeito pela redução da circulação de taxa de fluxo reduzirá novamente a velocidade de perfuração e causará problemas com o transporte de recortes de perfuração no poço.

[003] Normalmente, em perfuração flutuante convencional com um elevador de perfuração marinho instalado, duas proteções de pressão independentes entre uma formação contendo possivelmente hidrocarbonos e as cercanias são necessárias. Em operações de perfuração submarinas convencionais, normalmente, a proteção de pressão principal (primária) é a pressão hidrostática criada pela coluna do fluido de perfuração (lama) no poço e o elevador de perfuração até a instalação

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2/20 de perfuração. A segunda proteção compreende o Elemento de Prevenção de Explosão (BOP) conectado ao poço submarino no leito do mar. [004] Um sistema de perfuração convencional é ilustrado na figura 1a.

[005] Se uma formação estiver sendo perfurada onde a pressão hidrostática do fluido de perfuração não é suficiente para equilibrar a pressão de poro de formação, um fluxo de entrada dos fluidos de formação que podem conter gás natural pode entrar no furo de poço. A proteção primária não é mais eficiente no controle ou contenção da pressão de poro de formação. A fim de conter essa situação, o Elemento de Prevenção de Explosão (BOP) submarino deve ser fechado. Em um sistema de perfuração convencional a indústria de óleo e gás tem desenvolvido determinados procedimentos de controle de poço operacional padrão para conter a situação para tal evento. Esses são procedimentos bem estabelecidos e conhecidos e serão descritos aqui apenas em termos gerais amplos.

[006] A figura 1a ilustra um sistema de perfuração submarino convencional. Se a pressão no poço 1 devido à pressão hidrostática do fluido de perfuração for inferior à pressão de poro na formação sendo perfurada, um fluxo de entrada no furo de poço deve ocorrer. Visto que a densidade do fluxo de entrada é mais baixa (na maior parte dos casos) do que a densidade do fluido de perfuração e agora ocupa uma determinada altura no furo de poço, a pressão hidrostática na profundidade do fluxo de entrada continuará a diminuir se o poço não puder ser fechado na utilização do BOP. Pelo desligamento no poço pelo encerramento de um dos vários elementos 15a, b, c, d, 16 na pilha de BOP submarino 3 e aprisionando uma pressão no poço 14, o fluxo de entrada a partir da formação pode ser interrompido (vide figura 1 b). Os procedimentos de contenção dessa situação e como o fluxo de entrada é circulado para fora do poço pelo bombeamento do fluido de perfuração para

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3/20 baixo pelo cordão de perfuração 8 e para fora da broca de perfuração 10 e subindo pelo anel do poço 14 são bem estabelecidos. As válvulas na linha de estrangulamento 25 são abertas no BOP submarino para a linha de estrangulamento de pressão alta (HP) 24 e a pressão de furo inferior controlada pelo estrangulamento ajustável 22 em cima da linha de estrangulamento na embarcação de perfuração acima do corpo de água. A jusante da válvula de estrangulamento ajustável, a corrente de poço é direcionada para um separador de lama e gás 42. Essa é uma operação crítica, particularmente em áreas de água profunda visto que existem margens muito estreitas quanto a qual alta a pressão de superfície a montante do estrangulamento de superfície pode ser antes de a intensidade de formação ser excedida na seção de furo aberto.

[007] As operações de perfuração flutuante são frequentemente mais críticas em comparação com a perfuração a partir de plataformas suportadas por debaixo, visto que a embarcação está se movendo devido ao vento, ondas e correntes marinhas. Isso significa que a embarcação de perfuração flutuante e o elevador podem ser desconectados do BOP submarino e furo de poço abaixo.

[008] Se um fluido mais pesado do que o fluido de perfuração de água do mar estiver sendo utilizado, isso resultará em uma queda de pressão hidrostática no poço. Geralmente, uma margem de elevador é necessária. Uma margem de elevador é definida como a densidade necessária (gravidade específica) do fluido de perfuração no poço para equilibrar qualquer pressão de poro de formação depois que o elevador de perfuração é desconectado do topo do BOP submarino perto do leito do mar em adição à pressão da água do mar no ponto de desconexão

20. Quando da desconexão do elevador de perfuração marinho do BOP submarino, o cabeçote hidrostático do fluido de perfuração no poço e o cabeçote hidrostático de água do mar devem ser iguais ou maiores do

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4/20 que a pressão de poro de formação (FPP) para se alcançar uma margem de elevador. A margem de elevador é difícil de alcançar, particularmente em águas profundas. A razão para isso é que pode haver uma diferença de pressão substancial entre a pressão dentro do elevador de perfuração devido aos fluidos de perfuração pesados e a pressão da água do mar fora do ponto de desconexão no elevador. Para compensar pela redução de pressão no poço aberto abaixo da pressão de poro quando o elevador está desconectado, seria necessária a perfuração com um peso de lama muito alto no orifício do furo de poço e elevador. Logo, quando a perfuração com esse peso de lama alto por todo o caminho até o ponto de derramamento na armação 5, normalmente sendo entre 10 e 50 metros acima do nível do mar, a pressão de fundo de poço seria maior do que a resistência da formação é capaz de suportar. Dessa forma, a resistência da formação seria excedida e as perdas de lama ocorreriam. Não seria mais possível se circular e transportar os recortes de perfuração a partir do poço e a operação de perfuração teria que ser interrompida.

[009] A Perfuração Sem Elevador, Perfuração de Gradiente Duplo e perfuração com um Sistema de Retorno de Elevador Baixo (LRRS), foram introduzidas para se reduzir alguns dos problemas mencionados acima. O LRRS é descrito, por exemplo, em WO 2003/023181, WO 2004/085788 e WO 2009/123476, que pertencem todos ao presente requerente.

[0010] Nos sistemas de perfuração de gradiente duplo (DG), um fluido de perfuração de alta densidade é utilizado abaixo de uma profundidade determinada no poço, com um fluido mais leve (por exemplo, água do mar ou outro fluido mais leve) acima desse ponto. Quando da perfuração com um elevador, um efeito de gradiente duplo pode ser alcançado pela diluição do conteúdo de elevador de perfuração com um fluido gasoso, por exemplo, ou outro líquido mais leve, U.S. 6.536.540 (de

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Boer). Outro método pode ser instalar uma bomba no leito do mar ou submarina e manter o conteúdo do elevador cheio ou parcialmente cheio de água do mar ao invés de lama enquanto os retornos do anel do furo de poço são bombeados do leito do mar para cima até a instalação de perfuração em um percurso de retorno externo ao elevador de perfuração principal. Dessa forma, existem dois líquidos de densidade diferentes em adição à pressão atmosférica criando a pressão hidrostática na formação subterrânea. Referências são criadas à técnica anterior, U.S. 4.813.495 (Leach) e U.S. 6.415.877 (Fincher et al.).

[0011] Outra tecnologia que pode criar uma margem de elevador é o gradiente de lama único, LRRS pertencendo ao requerente. Aqui, uma bomba é colocada em algum lugar entre o nível do mar e leito do mar e conectada ao elevador de perfuração. O nível de lama de perfuração é reduzido para uma profundidade considerável abaixo do nível do mar. Devido ao cabeçote hidrostático mais curto (altura) do fluido de perfuração agindo na formação de poço aberto, a densidade da lama de perfuração pode ser aumentada sem exercer a pressão excessiva agindo na formação. Se essa lama de perfuração pesada for transportada por todo o caminho de volta para a armação de perfuração, como pode ser o caso em uma operação de perfuração convencional, a pressão hidrostática excederá as resistências de formação, e, dessa forma, as perdas de lama ocorrerão.

[0012] Em perfuração sem elevador, simplesmente não existe um elevador instalado hidraulicamente conectando o BOP instalado no leito do mar à armação de perfuração através de um elevador de perfuração marinho. Normalmente, o topo do furo de poço (BOP submarino) é mantido aberto para a pressão de água do mar durante a perfuração; dessa forma, a pressão de furo de poço hidrostático é nivelada com a pressão de água do mar que age no poço no leito do mar, mais a pressão hidrostática do fluido de perfuração no poço abaixo desse ponto, também

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6/20 descrito em U.S. 4.149.603 (Arnold).

[0013] Vários outros conceitos têm sido introduzidos e são de domínio público.

[0014] Outros sistemas introduziram um elemento de encerramento no topo do BOP submarino que podem isolar a pressão de água do mar no leito do mar impedindo que aja no anel do poço (U.S. 6.415.877). Tal elemento de encerramento pode ser um chamado Dispositivo de Controle Rotativo (RCD) ou um BOP rotativo. Esses são de alguma forma diferentes de um elemento de prevenção anular visto que é possível se girar o cordão de perfuração enquanto a pressão de vedação a partir de baixo ou de cima (água de mar). Não é uma prática recomendável se girar o cordão de perfuração enquanto um BOP anular convencional está fechado durante a perfuração devido ao desgaste excessivo no elemento de borracha. Se tal sistema for utilizado em combinação com uma bomba de elevação de lama submarina no leito do mar ou meio de mar, a pressão de sucção da bomba de lama a baixo do RCD em adição à altura do fluido de perfuração e perda de pressão dinâmica no anel, controlam diretamente a pressão no poço.

[0015] Comum para todos esses sistemas de perfuração é que o fluido de perfuração retornando do poço não pode ser retornado através desse estrangulamento de alta pressão ou mata as linhas de uma forma convencional devido à resistência de formação limitada quando o BOP é fechado depois que um influxo ocorreu. Devido ao peso de lama alto necessário ou utilizado, essa lama pode ser deslocada para fora do anel de furo de poço adiante do fluxo de entrada mais leve, dessa forma, a resistência da formação não pode suportar estar hidraulicamente em contato com a instalação de superfície quando o anel do poço e do conduto (linhas de eliminação e/ou estrangulamento) de volta para a superfície são preenchidos com o fluido de perfuração pesado. Esse efeito restringirá o uso de sistemas anteriores ou colocará tensão severa e

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7/20 exigências no equipamento e processos em um evento de controle de poço.

[0016] Em Perfuração de Gradiente Duplo e perfuração sem elevador, muitos tipos de Bombas de Elevação Submarinas (SLP) podem normalmente não manusear uma quantidade significativa de gás do poço, como o caso pode ser em um evento de controle de poço para um kick de gás. Existe várias razoes para isso. Em operações normais essas bombas devem manusear uma quantidade significativa de recortes de perfuração e pedras em adição às partículas sólidas finas dos materiais de peso utilizados na lama de perfuração. Se um fluxo de entrada de gás for introduzido no furo de poço em uma profundidade e pressão consideráveis, esse gás expandirá quando circulado pelo furo de poço até o leito do mar ou meio de oceano onde a bomba está localizada. Se esse percurso de retorno de fluidos do poço precisar ir diretamente para dentro da bomba, o mesmo imporá tensão severa ao sistema de bombas.

[0017] Em segundo lugar, a pressão de fundo de poço será uma função direta do cabeçote de fluido no anel, a perda de pressão dinâmica no anel e pressão de sucção de bomba. Será extremamente difícil se alcançar uma pressão de sucção estável e controlável na bomba quando se terá pedaços de alta concentração de gás de hidrocarbono fluindo diretamente para dentro do sistema de bomba. Como consequência disso será uma vantagem grande se o gás de hidrocarbono e o fluido de perfuração puderem ser separados um do outro debaixo da água, antes de o fluido de perfuração líquido e os sólidos serem desviados e bombeados para a superfície pela bomba submarina. Isso também foi vislumbrado por Gonzáles em U.S. 6.276.455.

[0018] Em terceiro lugar, à medida que a bomba submarina em sistemas anteriores está em comunicação direta com o anel, as linhas de

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8/20 retorno e o sistema de bomba devem ter a mesma classificação de pressão alta que o BOP propriamente dito. Isso impõe exigências severas ao sistema de bomba para manusear as pressões internas.

Sistemas de Estrangulamento Submarinos [0019] A técnica anterior existe em uma tentativa de se compensar a pressão excessiva no poço agindo no poço quando da circulação de um kick de uma forma convencional através da linha de estrangulamento de orifício pequeno de alta pressão e um estrangulamento de superfície na parte superior dessa linha. U.S. 4.046.191 (Neath) e U.S. 4.210.208 (Shanks) introduzem um estrangulamento submarino controlado por superfície onde o fluxo a partir de baixo de um BOP Submarino fechado foi direcionado para dentro do orifício principal do elevador de perfuração através de um estrangulamento submarino.

[0020] Neath vislumbrou um sistema de perfuração convencional onde o elevador estava cheio de fluido de perfuração pesado convencional. Se tal sistema for utilizado em uma situação na qual a tecnologia de perfuração de gradiente duplo foi utilizada, a pressão a jusante do estrangulamento ajustável pode ser tornar muito alta devido ao alto peso de lama utilizado. Também, visto que o elevador foi inicialmente preenchido com lama de perfuração, o gás introduzido na base do elevador a grande profundidade de água pode introduzir problemas adicionais visto que o elevador possui classificações de pressão interna e desmonte limitadas.

Sumário da Invenção [0021] A fim de superar os desafios com a técnica anterior na condução de operações de controle de poço durante a perfuração sem elevador e outra tecnologia de perfuração de gradiente duplo, um método de controle de pressão de poço de forma controlada será explicado.

[0022] Várias alternativas para a criação de um sistema de separação submarino dentro de um BOP submarino serão explicadas abaixo.

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Números de referência se referem aos desenhos em anexo, como exemplos apenas.

Sistema de Separação de Gás BOP Submarino [0023] Uma junta de elevador pode ser particularmente projetada para funcionar como um separador onde o gás separado é ventilado para a superfície através do elevador e o líquido é bombeado para a superfície através de um percurso de retorno externo a partir do elevador de perfuração (figura 2 e 3). A diferença principal aqui com a técnica anterior é que o nível de lama/líquido no elevador é controlado e localizado em um nível considerável abaixo do nível do mar. Dessa forma, é impedido que os fluidos de perfuração ou líquidos sejam descarregados a partir do topo do elevador se o gás estiver sendo liberado para dentro da base do elevador.

[0024] Em outra modalidade, uma junta de extensão BOP (BOP-EJ) localizada entre o elemento de prevenção anular inferior e superior é projetada de modo que com 2 elementos BOP diferentes fechados uma câmara ou cavidade será formada onde o gás pode ser separado dos líquidos por gravidade e o gás separado ventilado através de uma linha de estrangulamento convencional ou uma linha de conduto separada, ou, alternativamente, através de um elevador para a superfície. O líquido é bombeado para a superfície pela bomba de lama submarina controlando o nível de líquido na cavidade.

[0025] Outra alternativa seria uma unidade separada para a separação onde o gás separado é ventilado através de uma linha de estrangulamento convencional e o líquido é bombeado para a superfície através de uma linha de conduto de líquido separada (não ilustrada aqui).

[0026] Uma representação de um novo sistema de perfuração sem elevador é ilustrada na figura 4. Nesse sistema uma bomba de lama submarina 11 é instalada no leito do mar ou alguma distância acima e hidraulicamente conectada ao poço de modo que o fluido de perfuração

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10/20 e os recortes de perfuração sejam bombeados para a instalação de perfuração em um percurso de fluxo de retorno separado 12. A interface entre o fluido de perfuração e a água do mar está então em algum lugar nas proximidades do BOP Submarino.

[0027] Junta de Extensão BOP X junta de elevador para separação de lama e gás.

[0028] Um BOP submarino convencional é normalmente equipado com dois elementos de prevenção anulares em armações modernas. O elemento de prevenção anular inferior 16 na figura a é normalmente o elemento de encerramento mais superior na pilha BOP inferior 3 que consiste de uma série de elementos de prevenção tipo êmbolo empilhados em cima um do outro 15 a, b, c, d e a dita pilha BOP 3 instalada com um conector especial a uma Boca de Poço de Alta Pressão (HP WH) 52 ou uma Árvore de Natal Horizontal (HXT) (não ilustrada aqui). A altura total do BOP submarino inferior está nas proximidades de 7 a 10 metros. A altura do HP WH é de aproximadamente 1 metro. HP WH é normalmente instalada no que é definido como envoltório de superfície que normalmente está acima do leito do mar por 2 a 3 metros. O elemento de prevenção anular superior 19 é normalmente instalado no que se chama de Pacote de Elevador Marinho Inferior (LMRP). No entanto, algumas armações podem ter ambos os elementos de prevenção anulares acima do ponto de desconexão do BOP do elevador 20, figura 1 b, no LMRP. A interface entre a pilha BOP inferior e o LMRP é normalmente projetada como um ponto de desconexão de operação hidráulica remota entre o pacote de elevador marinho inferior (elevador) e o BOP submarino inferior. Dessa forma, a distância entre o elemento de prevenção anular inferior no BOP e o elemento de prevenção anular superior no LMRP é normalmente de aproximadamente 1,5 a 2,5 metros. A fim de se criar uma distância maior entre os 2 elementos de prevenção

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11/20 anulares, uma junta de extensão pode ser instalada para criar mais espaço.

[0029] Se a lama e o gás puderem ser separados em uma cavidade BOP e/ou Junta de Extensão BOP criando, assim, uma fase gasosa na parte superior do BOP, isso permitiria que um estrangulamento de superfície controlasse a pressão de gás se conectado à cavidade entre os dois elementos de encerramento, hidraulicamente pelas linhas flexíveis ou fixas (sem ventilação de gás através do elevador).

[0030] A Junta de Extensão BOP pode então ser utilizada para separação de fluido e lama na perfuração com e sem o elevador.

[0031] Se e quando da utilização do Sistema de Retorno de Elevador Baixo em outra modalidade dessa invenção, o elemento de prevenção anular superior pode ser encerrado durante uma conexão com o tubo de perfuração para evitar o ajuste de nível de fluido no elevador onde, nesse caso, o nível de fluido na linha de estrangulamento é utilizado para controlar e regular a pressão de anel a fim de compensar o efeito de densidade de circulação equivalente (ECD) (economia de tempo). Isso também é explicado em WO 2009/123476, pertencente ao requerente. A desvantagem de se ter o líquido separado do gás perto do leito do mar em oposição a mais alto no elevador é a linha de sucção de bomba maior necessária em águas profundas e a capacidade de pressão diferencial maior do sistema de bomba submarina.

[0032] Outra característica dessa disposição é a possibilidade de se controlar a pressão de fundo de poço enquanto se perfura (anular inferior aberto) e quando da circulação para fora de um kick de poço (anular inferior fechado), pelo controle do nível de lama de liquido na linha de estrangulamento (estrangulamento submarino totalmente aberto) (figura 6). Nesse caso, o anular superior pode ser substituído por um BOP rotativo (RBOP ou RCD) 19 onde a pressão da lama no anel do poço 1 é

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12/20 regulada pelo nível de lama líquida na linha de estrangulamento 51 (figura 6). A pressão no BOP e/ou extensão BOP é agora uma função do nível de líquido 51 na linha de estrangulamento e pressão de gás/ar acima. Esse gás pode ser ventilado para a pressão atmosférica ou controlado e regulado pelo estrangulamento de superfície 22. Isso criará um processo mais suave e dinâmico do que fazer com que a pressão de sucção de bomba (apenas líquido) controle diretamente a pressão do furo de poço. Quando o líquido de baixa compressibilidade é contido em um sistema de circuito fechado, o mesmo criará um sistema muito rígido. Pequenas mudanças afetarão a pressão do furo de poço imediatamente, enquanto um controle de nível de fluido de perfuração, lama e/ou água do mar na linha de estrangulamento será um processo mais lento e controlável.

[0033] Enquanto perfura, isso pode configurar um método singular de controle de pressão. Um fluxo de entrada dentro do poço entre o furo aberto e o cordão de perfuração pode ter um efeito autorregulador. Um fluxo de entrada no furo de poço possui uma densidade maior do que o ar no topo da linha de estrangulamento e, para o caso do exemplo, 8 1/2 de furo e 6 de colares de perfuração terão uma capacidade de no mínimo 17,8 litros por metro de seção de furo. A capacidade da maior parte das linhas de estrangulamento (3 - 5) é entre 4,56 litros por metro a 12,6 litros por metro. Um fluxo de entrada de uma magnitude determinada aumentaria o nível na linha de estrangulamento de menor capacidade para um nível superior ao do fluxo de entrada no furo aberto - anel de cordão de perfuração, dessa forma um fluxo de entrada progredindo seria interrompido apenas pela pressão hidrostática mais alta criada por um nível de líquido mais alto 51 na linha de estrangulamento 17.

Breve Descrição dos Desenhos [0034] A figura 1a ilustra um sistema de perfuração submarino convencional em operações de perfuração normais;

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13/20 [0035] A figura 1 b ilustra um sistema de perfuração submarino convencional no modo de controle de poço;

[0036] A figura 2 ilustra uma primeira modalidade da presente invenção, incluindo um elevador, no modo de perfuração;

[0037] A figura 3 ilustra a modalidade da figura 2 no modo de controle de poço;

[0038] A figura 4 ilustra u ma segunda modalidade sem elevador da presente invenção no modo de perfuração;

[0039] A figura 5 ilustra a modalidade da figura 4 no modo de controle de poço;

[0040] A figura 6 ilustra o sistema das figuras 4 e 5 realizando um método alternativo para o controle de poço.

Descrição Detalhada da Invenção [0041] A figura 2 ilustra uma primeira modalidade do sistema de perfuração submarino da invenção. Compreende um poço possuindo um furo de poço. O furo de poço pode ser parcialmente encerrado. Acima do nível de leito de mar 2 é disposto um BOP submarino 3 com uma junta de extensão BOP 3a que é equipada com vários sensores de pressão e várias entradas e saídas. Um elevador 4 é conectado ao BOP e se estende a uma embarcação 5 acima do nível do mar 6. O elevador 4 possui uma junta deslizante 7 para acomodar a suspensão da embarcação 5 e um sistema de tensionamento de elevador 7a, 7b. Acima do alojamento de desvio e saída de desvio encontra-se um removedor de gás de baixa pressão instalado 53 para impedir que o gás de baixa pressão escape para o piso de perfuração da armação de perfuração. A linha de desvio 36 é ventilada para a atmosfera ou o separador de gás e lama (não ilustrado). A válvula de linha de fluxo 35 é fechada visto que o fluido de perfuração agora é retornado através da bomba submarina 11 e linha de retorno 12.

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14/20 [0042] O cordão de perfuração 8 se estende a partir de um acionador superior 9 na plataforma 5 e para dentro do furo de poço 1. A extremidade inferior do cordão de perfuração 8 é equipada com uma broca de perfuração 10.

[0043] Uma linha de retorno de líquido 12 é conectada à extensão BOP 3a em uma primeira porta lateral 13 e se estende para a superfície da água. A linha de retorno de líquido possui uma bomba de elevação submarina 11 para auxiliar no retorno da lama para a embarcação de superfície 5. A linha de retorno de líquido possui uma válvula 49 na ramificação entre a primeira porta lateral 13 e a bomba 11.

[0044] Uma linha de retorno de gás 17 também é conectada ao BOP 3 ou extensão BOP 3a por uma segunda porta lateral 18. A linha de retorno de gás 17 se estende até a superfície da água e a embarcação de perfuração 5. A linha de retorno de gás possui uma primeira válvula perto da segunda porta lateral 18 e uma válvula de estrangulamento perto da superfície da água 6 ou na unidade de perfuração. Ambas a linha de retorno de líquido 12 e a linha de retorno de gás 17 estão em suas extremidades superiores conectadas a um tanque de coleta 23 através de um separador de gás e lama 42 na armação de perfuração.

[0045] O BOP possui um orifício principal 14 através do qual o cordão de perfuração 8 se estende. Uma pluralidade e válvulas de segurança 15, êmbolos 15a, 15b, 15c, são adaptados para fechar o orifício principal 14 em torno do tubular de perfuração ou para vedar o furo de poço completamente 15d para impedir uma explosão.

[0046] Acima das válvulas de segurança 15 e abaixo da primeira porta lateral 13 o BOP 3 possui uma válvula anular inferior 16, que é adaptada para fechar em torno dos tubulares de perfuração 8.

[0047] O BOP possui uma válvula anular superior 19 acima da segunda porta lateral 18. Essa válvula anular pode ser um chamado BOP rotativo, permitindo a perfuração enquanto a válvula está fechada.

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15/20 [0048] Uma linha de ultrapassagem 24 se estende a partir do BOP inferior (aqui duas portas laterais 25 e 26 são ilustradas) abaixo da válvula anular inferior 16 para uma terceira porta lateral 27 entre as primeira e segunda portas laterais 13 e 18. A ultrapassagem também possui uma ramificação 29 conectando à linha de retorno de gás 17 definida aqui como a linha de gás ou linha de estrangulamento. A linha de ultrapassagem 24 possui válvulas inferiores 28 para fechar a parte inferior da linha de ultrapassagem 24, uma primeira válvula superior 30 para fechar a ramificação 29 e uma segunda válvula superior 31 para fechar a conexão com a porta 27. Adicionalmente, existe uma válvula de estrangulamento 32 nessa linha de ultrapassagem.

[0049] O sistema também tem uma linha de interrupção 33, que também é incluída em um sistema convencional.

[0050] No topo do elevador encontra-se uma linha de fluxo de lama 34 com uma válvula de linha de fluxo 35 e uma linha de desvio 36 com uma válvula 37, que também estão de acordo com um sistema convencional.

[0051] Como também de acordo com um sistema convencional, existem várias bombas de lama 38 bombeando lama do tanque de coleta 23 para o acionador superior 9 através de uma linha 39. Uma válvula 40 está incluída na linha 39 perto do acionador superior.

[0052] Adicionalmente, existe uma linha de amplificação 41 se estendendo a partir de uma bomba de lama 38 para uma quarta porta lateral 42 no Pacote de Elevador Marinho Inferior ou uma linha de circulação conectada abaixo da primeira porta lateral 13. A linha 41 é equipada com pelo menos uma válvula 50 perto da porta lateral 42. A mesma pode ser uma válvula de pressão posterior e/ou uma válvula de desligamento de duas vias. Essa linha também pode ser utilizada para injetar fluido ou gás de baixa densidade dentro do percurso de retorno a jusante da válvula de estrangulamento submarino instalada perto do BOP

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16/20 submarino.

[0053] O sistema como descrito acima com relação à figura 2 é basicamente o mesmo para todas as modalidades descritas posteriormente. A seguir apenas os itens que desviam da disposição da figura 2 serão descritos em detalhes.

[0054] O sistema da figura 2 pode ser utilizado para perfurar com e sem o elevador de perfuração marinho. A figura 4 ilustra um sistema sem um elevador. Exceto pela falta de um elevador, o sistema é idêntico ao sistema descrito na figura 2.

[0055] A operação do sistema de acordo com a invenção será agora como descrito:

[0056] A figura 2 ilustra o modo de perfuração normal do sistema. Durante a perfuração normal com um elevador, ambas as válvulas anulares inferior e superior 16, 19 no BOP 3 são abertas. O nível de lama 45 no BOP ou extensão BOP ou elevador é controlado utilizando a bomba de elevação de lama submarina 11, que é hidraulicamente conectada à parte inferior da junta de extensão BOP ou elevador. Qualquer gás de perfuração ou gás de suporte é ventilado para fora através do elevador de perfuração marinho, isso é, através da linha de ventilação de gás 36. Pequenas bolhas de gás suspensas podem, na maior parte dos casos, seguir a fase de lama líquida para dentro do sistema de bomba 11 e serem bombeadas para a superfície. Na superfície os retornos podem ser direcionados para os osciladores de xisto 43 diretamente ou através de uma válvula 47 para o separador de gás e lama 42. O sistema permite que o nível de lama 45 seja ajustado para controlar a pressão de fundo de poço. O fluido acima da lama no elevador pode ser qualquer tipo de líquido ou gás, incluindo ar.

[0057] A figura 3 ilustra o sistema em um evento de controle de poço. A rotação do cordão de perfuração é interrompida e as válvulas anulares inferior e superior 16, 19 são fechadas. Isso cria uma cavidade

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17/20 entre as válvulas anulares inferior e superior 16, 19. O fluido de poço é desviado a partir da válvula anular inferior 16 para abaixo da válvula anular superior 19, isso é, para dentro da cavidade 46, através da linha de ultrapassagem 24 contendo a válvula de estrangulamento 32. A separação dos fluidos na cavidade 46 na junta de extensão BOP ocorrerá devido à gravidade. A saída 13 para a bomba de elevação submarina 11 é disposta abaixo do nível de entrada 27 para o fluido de poço, e o gás é ventilado para fora para a superfície através da linha de retorno de gás ou de estrangulamento 17 conectada à saída 18 localizada acima da entrada de fluido 27 a partir do poço. Normalmente, o nível de interface de gás e líquido 45 será localizado abaixo do nível para a linha de gás 17. Um estrangulamento de superfície 22 é utilizado para controlar a pressão da fase de gás. O nível 45 na cavidade BOP pode ser medido pelos transdutores de pressão, densitômetros gama, som, ou outros métodos.

[0058] Nesse método de controle de circulação e pressão de poço a pressão do tubo de perfuração de superfície pode ser regulada pela regulagem do estrangulamento submarino 32, a bomba submarina 11 pode ser utilizada para regular o nível de líquido 45 na cavidade BOP e a pressão na cavidade pode ser regulada pela pressão no estrangulamento de superfície 22, pressão na cavidade BOP, ou nível de líquido 51 na figura 6 (ou combinação dos dois).

[0059] As figuras 4 e 5 ilustram a perfuração sem elevador, e o modo de controle de poço na perfuração sem elevador, respectivamente.

[0060] Durante a perfuração sem elevador, as válvulas anulares 16, 19 no BOP 3 são abertas como ilustrado na figura 4. O nível de água do mar e lama 45 no BOP 3 é controlado utilizando-se a bomba de elevação de lama submarina 11 e sensores de pressão na junta de extensão 3a entre os dois anulares 16, 19. Qualquer pequena quantidade de gás

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18/20 de perfuração ou gás de suporte pode escapar para o mar a partir do topo aberto da extensão BOP. No entanto, a maior parte do gás de perfuração seguirá os líquidos de retorno através do sistema de bomba 11. Em um evento de controle de poço, a rotação do cordão de perfuração 8 é interrompida e as válvulas anulares inferior e superior 16, 19 são fechadas, como ilustrado na figura 5. O fluido de poço é desviado a partir de baixo do anular inferior 16 para abaixo da válvula anular superior 19 através da linha de ultrapassagem 24 contendo a válvula de estrangulamento 32. A válvula de estrangulamento 32 irá agora controlar a pressão de fundo de poço e a pressão a jusante do estrangulamento 32 será muito menor do que a pressão a montante. Isso aperfeiçoará o processo de separação.

[0061] A separação de fluidos na junta de extensão BOP 3a ocorrerá devido à ação da gravidade. Uma saída 13 para a bomba de elevação submarina 11 é disposta abaixo do nível de entrada 27 para o fluido de poço, e qualquer gás livre é ventilado para fora para a superfície através da linha de estrangulamento fixa ou flexível 17 para acima da superfície da água. Normalmente, o nível de gás e fluido 45 será localizado abaixo do nível de saída 18 para a linha de ventilação 17. Um estrangulamento de superfície 22 é utilizado para controlar a pressão da fase de gás.

[0062] A figura 6 ilustra o separador submarino em um modo alternativo. Aqui, o estrangulamento submarino 32 é utilizado para controlar a pressão de fundo de poço (BHP). O separador com a linha de ventilação 17 é utilizado para remover o gás do líquido antes de entrar na bomba de elevação submarina. No entanto, o liquido pode entrar na linha de ventilação 17 e estabelecer uma interface de líquido e gás 51 na linha de ventilação 17. O cabeçote dessa coluna de líquido e qualquer pressão acima da interface de líquido e gás define a pressão na cavidade do separador 46. Pela regulagem da pressão acima do nível de

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19/20 fluido e o nível da interface 51, a pressão na cavidade 46 pode ser ajustada como ilustrado na figura 6.

[0063] A pressão na cavidade 46 pode ser aumentada pelo bombeamento de lama a partir da superfície através da linha de amplificação 41. Isso elevará rapidamente a interface 51 e, dessa forma, aumentará a pressão na cavidade 46. A pressão na cavidade 46 pode ser reduzida pelo aumento da taxa de bomba da bomba de retorno submarina 11. Isso reduzirá rapidamente o nível de interface 51 e, dessa forma, a pressão na cavidade 46. Isso fornece um meio para ajustar rapidamente a pressão na cavidade 46 e, dessa forma, a pressão de suporte contra o fluido de poço entrando na cavidade 46 a partir da linha de ultrapassagem 24 se o estrangulamento for completamente aberto.

[0064] No caso de uma falha da bomba submarina ou como uma opção, um fluido de baixa densidade ou gás pode ser injetado nas linhas de retorno ou linha de estrangulamento, a jusante da válvula de estrangulamento submarina, de modo a manter a pressão imediatamente a jusante à válvula de estrangulamento submarina 32 substancialmente inferior à pressão a montante à válvula de estrangulamento submarina. Dessa forma, a pressão de poço pode ser controlada com precisão pelo estrangulamento submarino.

Meios para Reduzir as Flutuações de Pressão [0065] A fim de se evitar o fluxo de pedaços e grandes variações de pressão, uma válvula de estrangulamento 32 pode ser utilizada para controlar o fluxo de fluidos para dentro do separador 48 e evitar ou reduzir as flutuações de pressão. A flutuação de pressão a jusante da válvula de estrangulamento submarina 32 também pode afetar a pressão a montante do estrangulamento submarino (pressão de poço). No entanto, se manter o nível de gás e fluido dentro do separador permite taxas de fluxo de gás maiores a serem manuseadas.

[0066] O aumento do diâmetro da linha de estrangulamento (15,24

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20/20 a 20,32 cm) permite que o líquido entre na linha de ventilação 17 e separe do gás sem flutuação de pressão excessiva na cavidade BOP. Visto que uma válvula de estrangulamento submarina reduz a pressão, uma linha de estrangulamento de baixa pressão pode ser utilizada.

[0067] Em um sistema de separação submarino sem elevador eficiente, o nível de interface de líquido e gás pode ser mantido dentro do separador e uma válvula de estrangulamento de superfície para controlar a pressão de separador pode ser introduzida.

[0068] Quando mantendo a pressão no separador igual a ou pouco abaixo da pressão de água de mar ambiente, as operações de perfuração normais podem ser conduzidas sem os ajustes principais na pressão do separador. Com apenas gás na linha de estrangulamento, o tamanho pode ser reduzido (5,08 a 7,62 cm). Esse sistema também reduzirá o gás separado do líquido antes de entrar na bomba de elevação submarina. A pressão reduzirá a pressão diferencial de bomba submarina necessária para trazer o fluido de retorno de volta para a embarcação de perfuração. A sangria de gás pode ocorrer com taxas altas.

[0069] Isso significa que o gás restante ainda contido nos líquidos precisa ser separado na superfície. Dessa forma, o gás da linha de estrangulamento, e a lama e o gás da bomba de elevação submarina podem ser desviados através do separador de gás e lama/removedor de gás Poor Boy 42 e ventilado para fora através da linha de ventilação no guincho.

Claims

reivindicações

1. Sistema para o controle de poço durante a perfuração, finalização ou intervenção de poço de um poço submarino, compreendendo um furo de poço (1) e um elemento de prevenção de explosão submarino (BOP) (3) em cima do furo de poço (1), caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

um separador definido por uma cavidade (46) entre um elemento de encerramento inferior fechado (16) e um elemento de encerramento superior fechado (19), os ditos elementos de encerramento (16, 19) sendo situados em uma parte do BOP (3) e/ou em um pacote de elevador marinho inferior (LMRP) (3a), o dito BOP (3) e/ou pacote elevador marinho inferior (3a) estando abaixo de qualquer elevador (4);

uma linha de ultrapassagem (24) se estendendo a partir do furo de poço (1) para a cavidade do separador (46);

a dita cavidade de separador (46) sendo adaptada para receber o fluido de poço, que pode conter gás, através da dita linha de ultrapassagem (24), a dita linha de ultrapassagem possuindo um estrangulamento fixo (32) ou ajustável, uma linha de retorno de gás (17) se estendendo a partir de uma parte superior da dita cavidade de separador (46), uma linha de retorno de líquido (12) se estendendo a partir de uma parte inferior da dita cavidade do separador (46), a dita linha de retorno (12) possuindo uma bomba de elevação.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a linha de ultrapassagem (24) ser conectada à cavidade do separador (46) acima da linha de retorno de líquido (12).
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a linha de ultrapassagem (24) ser conectada à cavidade de separador (46) abaixo da linha de retorno de gás (17).
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a dita linha de retorno de gás (17)

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2/6 possuir uma válvula de estrangulamento (22).
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a dita válvula de estrangulamento (22) ser disposta perto do nível de superfície da água (6).
6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a pressão de fluido de poço na cavidade do separador (46) ser substancialmente igual a ou inferior à pressão de água do mar no leito do mar (2).
7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a cavidade do separador (46) ser adaptada para ser aberta para o fluxo de poço diretamente a partir do anel do furo de poço (1), e a linha de retorno de líquido (12) ser conectada a uma parte preenchida com líquido do anel ou cavidade de separador (46).
8. Método para o controle de poço durante a perfuração, finalização ou intervenção de poço de um poço submarino, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

criar uma cavidade de separador (46) fechando um elemento de encerramento superior (19) e um inferior (16), os ditos elementos de encerramento (16, 19) sendo situados em um BOP submarino (3) e/ou pacote de elevador marinho inferior (3a) conectado ao poço abaixo de qualquer elevador (4);

retirar fluido de poço do furo de poço (1) através de uma linha de ultrapassagem (24) conectando por fluido o furo de poço (1) com a cavidade do separador (46);

separar o gás do fluido de poço na cavidade do separador (46);

retirar o líquido de uma parte inferior da cavidade do separador (46) e evacuar o líquido para a superfície da água (6);

retirar o gás de uma parte superior da cavidade do separador

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3/6 (46) e deixar o gás fluir para a superfície da água (6).
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a pressão no furo de poço (1) abaixo do elemento de encerramento inferior (16) ser controlada pela regulagem da perda de fricção na linha de ultrapassagem (24).
10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de a pressão do separador (46) ser controlada pela regulagem da pressão do gás fluindo para a superfície da água (6).
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de a interface de líquido e gás na cavidade do separador (46) ser regulada pela taxa de evacuação de líquido a partir da parte inferior da cavidade de separador (46).
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de o fluxo de gás ser trazido para a superfície da água (6) através de uma linha de retorno de gás (17) e de a pressão de gás ser reduzida quando retirada da cavidade do separador (46).
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a conexão de um elevador (4) acima da cavidade do separador (46).
14. Método para o controle de poço durante a perfuração, finalização ou intervenção de poço de um poço submarino, caracterizado pelo fato de compreender as etapas a seguir:

estabelecimento de uma cavidade de separador (46) em um BOP submarino (3) e/ou pacote de elevador marinho inferior (3a);

estabelecimento de uma linha de retorno de estrangulamento (17) a partir da dita cavidade;

estabelecimento de uma linha de retorno de líquido (12) a partir da dita cavidade;

fechamento de um elemento de encerramento superior (19),

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4/6 localizado no BOP (3) ou o pacote de elevador marinho inferior (3a) e estando acima de uma saída (18) para a linha de retorno de estrangulamento (17) e a saída (13) linha de retorno de líquido (12), fechamento de um elemento de encerramento inferior (16), localizado no BOP ou o pacote de elevador marinho inferior (3a) e estando abaixo de uma saída para uma linha de retorno de estrangulamento (17) e uma saída (13) de linha de retorno de líquido (12);

permissão para que uma interface de líquido/gás (51) estabeleça na linha de retorno de estrangulamento (17), e utilização do cabeçote de líquido hidrostático dessa interface (51) e uma pressão de gás acima da interface de líquido/gás para controlar a pressão na cavidade (46);

e retirada do líquido do furo de poço (1) e evacuação do líquido para a superfície da água (6) através da linha de retorno de líquido (12).
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a pressão na cavidade (46) poder ser substancialmente equalizada com a pressão do furo de poço (1).
16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de um fluido de baixa densidade ser injetado a jusante de uma válvula de estrangulamento (32) em uma linha de ultrapassagem (24) conectando o furo de poço (1) com a cavidade (46), a fim de manter a pressão imediatamente a jusante da válvula de estrangulamento (32) mais baixa do que a pressão a montante da válvula de estrangulamento (32).
17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de a linha de retorno de estrangulamento (17) possuir um diâmetro substancialmente menor do que o furo de poço (1).
18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado

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5/6 pelo fato de a pressão no furo de poço abaixo do elemento de encerramento inferior (16) ser controlada pela regulagem da perda de fricção na linha de ultrapassagem (24).
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente o bombeamento de um fluido a uma taxa de fluxo variável para dentro do poço abaixo do elemento de encerramento inferior (16) através de uma linha de interrupção (33).
20. Método, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de os fluidos de poço da linha de ultrapassagem (24) entrarem na cavidade fechada (46) acima da saída de líquido (13) e abaixo da saída (18) de linha de estrangulamento (17).
21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 20, caracterizado pelo fato de a pressão de gás na linha de retorno de estrangulamento (17) ser ajustável.
22. Método para o controle de poço durante a perfuração, finalização ou intervenção de poço de um poço submarino, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

fechar um elemento (16) em um BOP submarino (3) e/ou pacote de elevador marinho inferior (3a) conectado ao poço, retirar o fluido do poço do furo de poço (1) através de uma linha de estrangulamento (24) conectada por fluido ao furo de poço (1) abaixo do elemento BOP fechado (16), a linha de estrangulamento (24) contendo uma válvula de estrangulamento submarina (32) localizada perto do BOP (3), a linha de estrangulamento (24) se estendendo para a instalação de perfuração na superfície da água (6), injetar um fluido de baixa densidade, por exemplo, um gás, dentro da linha de estrangulamento (24)_ a jusante da válvula de estrangulamento (32), evacuar o fluido de poço a jusante da válvula de estrangulamento submarina (32) para a superfície da água (6) enquanto mantém a pressão a jusante do estrangulamento submarino (32) substancialmente inferior à pressão a montante da válvula de

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6/6 estrangulamento submarina (32).
23. Método para o controle de poço durante a perfuração, finalização ou intervenção de poço de um poço submarino, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

criar uma cavidade (46) pelo encerramento de um elemento de encerramento superior (19) e inferior (16) em um BOP submarino (3) e/ou pacote de elevador marinho (3a) inferior conectado ao poço, retirar o fluido de poço a partir do poço através de uma linha de ultrapassagem (24) conectando por fluido o furo de poço (1) com a cavidade (46), injetar um fluido de baixa densidade, por exemplo, gás, na cavidade (46) a partir da superfície da água (6), retirar o fluido misturado a partir da parte superior da cavidade (46) através de uma linha de estrangulamento (17) para a superfície da água (6) mantendo, assim, a pressão na cavidade (46) inferior à pressão no poço abaixo do elemento BOP (16) fechado inferior.
24. Método, de acordo com a reivindicação 22 ou 23, caracterizado pelo fato de a pressão no furo de poço (1) abaixo do elemento de encerramento inferior (16) ser controlada pela regulagem da perda de fricção na linha de ultrapassagem (24).
25. Método, de acordo com a reivindicação 22 a 24, caracterizado pelo fato de a pressão de cavidade (46) ser controlada pela regulagem da pressão do gás e líquido fluindo para a superfície (6) por um estrangulamento controlado por superfície (22).
26. Método, de acordo com a reivindicação 22 a 25, caracterizado pelo fato de a pressão de poço ser controlada por uma válvula de estrangulamento (32) controlada por superfície na linha de ultrapassagem (24).