BR112013021998B1

BR112013021998B1 - processo para tamponar um furo do poço, dispositivo de estrangulamento para uso no referido processo, método de preparar um furo do poço para ser tamponado e furo do poço tamponado

Info

Publication number: BR112013021998B1
Application number: BR112013021998-0A
Authority: BR
Inventors: Thomas Eugene Ferg
Original assignee: Conocophillips Company
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2021-02-17
Also published as: EP2681410B1; WO2012118611A2; AU2012223708B2; BR112013021998A2; AU2012223708A1; US20120222862A1; EP2681410A2; WO2012118611A3

Abstract

TAMPÃO DO POÇO E INSERTO DE ESTRANGULADOR DE ABANDONO. Um processo para tampar um furo do poço, por exemplo, poço de óleo ou de gás, compreende instalar um dispositivo de estrangulamento (1) para dentro do furo do poço, a fim de aumentar a contrapressão para permitir um melhor controle quando introduzindo cimento para tampar o furo de poço. O dispositivo (1) tem um formato cilíndrico com um furo na passagem central (6). No perfil externo é um ressalto (4), o qual, quando o dispositivo é instalado em um furo de poço, se assenta contra um niple no furo do poço. O dispositivo (1) pode cair em queda livre para todo ou uma parte do caminho para baixo, mas, normalmente, ser bombeado para baixo pelo menos a última parte da sua distribuição. No furo (6) é uma esfera do bombeamento (10) que bloqueia o furo de passagem até que o dispositivo alcance o niple e pare, neste ponto a pressão aumenta e a esfera é ejetada. O cimento e outro líquido podem, então, ser bombeados através do dispositivo de estrangulamento para a região distal do poço.

Description

PROCESSO PARA TAMPONAR UM FURO DO POÇO, DISPOSITIVO DE ESTRANGULAMENTO PARA USO NO REFERIDO PROCESSO, MÉTODO DE PREPARAR UM FURO DO POÇO PARA SER TAMPONADO E FURO DO POÇO TAMPONADO

[001] Esta invenção refere-se a um método e um aparelho para tamponar um furo do poço (como, por exemplo, um poço de óleo ou de gás), ou para preparar o furo do poço para ser tamponado, por exemplo, quando este alcançou o final de sua vida produtiva. A invenção também se refere a um furo de poço tamponado.

[002] Quando um poço de um óleo ou de gás não é mais econômico ou se houver algum problema com o poço, o que significa que a produção já não é possível, ou que a integridade do poço foi comprometida de alguma forma, ou por outros motivos, o poço pode ser abandonado. É prática comum tapar o poço antes de abandoná-lo, por exemplo, para impedir a infiltração de produto de hidrocarboneto a partir do poço. Isto também pode ser aplicado aos injetores de água, isto é, os furos que foram perfurados a fim de bombear água para dentro do reservatório, para aumentar a pressão do fundo do furo.

[003] Geralmente, o tamponamento pode ser alcançado por injetar uma substância ou meio de endurecimento, por exemplo, cimento, para dentro do poço. Um poço terá, normalmente, perfurações de produção, isto é, aberturas em um forro ou revestimento de poço através do qual o produto de hidrocarboneto entra a partir da formação de rocha e viaja até à superfície. Durante as operações de tampão e abandono é comum selar ("comprimir") as perfurações de produção com cimento ou outro meio de endurecimento, o qual pode, então, formar uma barreira permanente para fluir através das perfurações e para fora do poço.

[004] O processo de tamponamento, frequentemente, envolve bombear um líquido tensoativo, conhecido como um "separador", no poço. A finalidade do separador é remover os resíduos de óleo a partir da superfície interna do revestimento e/ou forro do poço e matriz da rocha tornando-os "umedecidos em água" (permitindo uma melhor aderência de cimento). Normalmente, seguindo imediatamente o separador, o cimento é bombeado para parte inferior do poço para ocupar parte do revestimento e/ou forro do poço, onde as perfurações devem ser comprimidas. Quando cimento suficiente tiver sido bombeado para baixo, mais líquido separador e, possivelmente, outros líquidos podem ser bombeado para a parte inferior do poço, a fim de colocar o cimento na sua localização final projetada.

[005] É desejável ser capaz de monitorar, com um grau razoável de precisão onde os diferentes componentes da coluna de líquido estão localizados em qualquer momento e a pressão de bombeamento da superfície associada (tratamento) de. É também desejável ser capaz de controlar o progresso da coluna de líquido, entre outras, por variar a pressão na coluna aplicada na superfície. Para esses objetivos serem alcançados, é útil ter uma coluna contínua de líquido sendo bombeado para dentro do poço.

[006] É, portanto, desejável ter a pressão de reservatório suficiente entrando no poço ("pressão no fundo do furo do poço") para suportar uma coluna fixa de material com gravidade específica relativamente alta, por exemplo, separador líquido, cimento e fluido de deslocamento, atingindo o topo do poço. O separador e o cimento e os outros líquidos podem, então, ser bombeados para baixo contra esta pressão e, assim, uma determinação precisa da localização de cada componente ser feita em qualquer ponto dentro do processo.

[007] Em muitos casos, a pressão no fundo do furo do poço é insuficiente para suportar uma coluna fixa de líquido com gravidade específica relativamente alta alcançando o topo do poço. Neste caso, a pressão positiva contra a coluna de fluido na superfície não pode ser mantida à medida que os líquidos são introduzidos no topo do poço. Isso resulta em uma queda livre do líquido para parte inferior do poço e para fora através da completação do reservatório, ou seja, a seção perfurada de revestimento/forro.

[008] Nesta situação, é frequente não ser possível monitorar quando o cimento tiver atingido o local desejado do furo do poço com respeito às perfurações que se deseja selar. Sem um entendimento preciso de onde o cimento está, é possível deslocar em excesso o cimento por continuar a introduzir fluido na superfície, o qual cai em queda livre e desloca em excesso o cimento, resultando em que as perfurações proximais não são comprimidas eficazmente. Alternativamente, é possível subdeslocar o cimento, assim, deixando as perfurações distais não tamponadas e, ao mesmo tempo, criando uma barreira na parte mais proximal do forro dificultando operações de tamponamento otimizadas dentro do furo do poço sem revisão dos procedimentos.

[009] No passado, tentativas foram feitas para resolver este problema pela adição de material de tamponamento sólido ao fluido de tamponamento líquido ou pelo deslocamento do fluido de tamponamento líquido com um fluido de gravidade específica menor.

[0010] A adição de material de tamponamento sólido fecha parcialmente os caminhos nas perfurações criando contrapressão ou a necessidade de uma pressão de bombeamento adicional na superfície a fim de deslocar o tamponamento ao local desejado. Assim, uma pressão positiva na coluna de fluido é mantida na superfície. Fechar as perfurações parcialmente com material sólido pode ser indesejável, uma vez que as perfurações podem acabar não tamponadas adequadamente. Por outro lado, porque existe pouco controle sobre o grau de tamponamento e em que ponto ele ocorrerá, um resultado indesejável pode ocorrer se todas as perfurações estão tamponadas com o meio antes de alcançar o deslocamento projetado.

[0011] Da mesma forma, o deslocamento do fluido de tamponamento com um fluido com gravidade específica significativamente inferior também pode permitir que a pressão positiva seja mantida na superfície. No entanto, há um limite em fluidos disponíveis de gravidade específica baixa e os componentes incorporados neles que atendam aos requisitos de projeto.

[0012] US6520256 divulga um estrangulador para uso em revestimentos de cimentação em poços de óleo e gás.

[0013] A invenção inclui, mais particularmente, um processo para tamponar um furo do poço, em que o processo compreende as etapas de (a) instalar um dispositivo de estrangulamento dentro do furo do poço, o dispositivo tendo um furo de passagem com um diâmetro predeterminado. A invenção é, particularmente, aplicável quando a pressão no fundo do furo do poço é insuficiente para suportar uma coluna fixa de líquido de densidade específica 1 alcançando a superfície.

[0014] O dispositivo de estrangulamento pode ser instalado de modo a permitir este cair em queda livre no fundo do poço, ou pode ser bombeado para o fundo do poço, ou uma combinação dos dois. Se o furo do poço inclui um niple, o dispositivo de estrangulamento pode alcançar o fundo do poço no niple.

[0015] Em uma modalidade, o dispositivo de estrangulamento inclui uma válvula de saída da bomba. Quando o dispositivo alcança o niple e para, o bombeamento é prolongado, aumentando assim a pressão até que a válvula de saída da bomba é acionada, permitindo assim o fluxo do fluido através do dispositivo. A bomba de saída da bomba pode ser concebida como um dispositivo para o bloqueio do furo de passagem, até uma pressão predeterminada ser aplicada, por exemplo, no lado proximal da válvula. A válvula pode ser um arranjo simples como um tampão deformável de formato esférico ou outro, que está localizado no furo de passagem entre dois ressaltos; quando a pressão aumenta para além de um determinado nível, o tampão é forçado para fora abrindo, assim, o furo para o líquido fluir através dele.

[0016] Se uma árvore de Natal está localizada no topo do furo do poço, a etapa de instalar o dispositivo de estrangulamento pode incluir inserir o dispositivo entre a válvula de pistoneio e a válvula principal (topo ou do fundo da válvula principal) e, em seguida, abrir as válvulas necessárias abaixo do dispositivo para obter acesso ao poço.

[0017] Para tamponar o poço, o meio de endurecimento (como o cimento) pode ser injetado através do dispositivo de estrangulamento para a parte distal do furo do poço, ou seja, a parte além do dispositivo de estrangulamento. O tensoativo pode ser injetado no furo do poço antes do líquido de endurecimento, e outro líquido pode ser injetado depois. A pressão na superfície, normalmente, seria monitorada, neste caso, poderia ser possível determinar a partir da pressão monitorada quando o meio de endurecimento alcançaria o dispositivo de estrangulamento.

[0018] O próprio dispositivo de estrangulamento pode compreender um corpo capaz de ser passado para o fundo de um furo de poço. O corpo pode ter um perfil externo, incluindo um ressalto, um furo de passagem e uma válvula de saída da bomba que bloqueia o furo de passagem até que uma pressão predeterminada seja aplicada à válvula. A válvula de saída da bomba pode ser uma bola retida no furo de passagem por uma superfície de estanca. Vedações podem ser fornecidas no perfil externo do corpo.

[0019] Um método de preparar um furo do poço para tamponamento pode compreender inserir em um furo do poço para o dispositivo de estrangulamento, como descrito acima. O método pode incluir aplicar a pressão ao dispositivo de estrangulamento, assim, bombear o dispositivo através do furo de poço e, subsequentemente, aumentar a pressão para um nível no qual a válvula de saída da bomba é acionada e o furo de passagem desbloqueado. Isto acontece, de preferência, quando o dispositivo tiver alcançado um niple no furo do poço, por exemplo, adjacente a um empacotador de produção.

[0020] A invenção refere-se também a um furo do poço tamponado tendo localizado nele um dispositivo de estrangulamento, como descrito acima.

[0021] O termo "furo do poço" como usado aqui deve ser entendido como um poço de óleo ou gás ou um injetor de água.

[0022] Um entendimento mais completo da presente invenção e benefícios desta podem ser adquiridos por referência à seguinte descrição tomada em conjunto com os desenhos anexos nos quais:
A Figura 1 é uma vista lateral de um inserto estrangulador de acordo com a invenção;
A Figura 2 é uma vista lateral, parcialmente em corte, de uma árvore de Natal do poço mostrando o inserto estrangulador da Figura 1 no local; e
A Figura 3 é uma vista lateral, parcialmente em corte, de uma parte de um furo de poço mostrando o inserto estrangulador da Figura 1, localizado contra um niple no poço.

[0023] Passando agora para a descrição detalhada do arranjo preferido ou arranjos preferidos da presente invenção, deve ser compreendido que as características inventivas e conceitos inventivos podem ser manifestados em outros arranjos e que o escopo da invenção não está limitado às modalidades descritas ou ilustradas. O escopo da invenção é destinado apenas a ser limitado pelo escopo das reivindicações que se seguem.

[0024] A Figura 1 mostra um inserto estrangulador 1 . Ele compreende um corpo fundido de alumínio tendo um formato, geralmente, cilíndrico. O seu perfil externo inclui uma porção proximal 2 e uma porção distal 3 de diâmetro reduzido em comparação com a porção proximal. Os termos "proximal" e "distal" referem-se à orientação do dispositivo, quando no local em um poço: a porção proximal estando mais perto da superfície e a porção distal estando mais perto da extremidade do poço.

[0025] Entre as porções proximais e distais está um ressalto 4. No perfil externo na porção distal de diâmetro reduzido estão duas vedações 5. A função das vedações 5 é restringir o fluxo de fluido em torno do exterior do inserto 1 de tal forma que todo o fluxo é direcionado através do dispositivo. Estendendo-se através do dispositivo está um furo 6 tendo um diâmetro, o qual diminui no sentido da extremidade distal do dispositivo; na sua extremidade mais distal, o furo 6 tem um diâmetro 7, como mostrado na Figura 1. O furo 6 é dotado com uma extremidade proximal alargada 8, para auxiliar a reduzir a turbulência dentro do regime de fluxo de fluido.

[0026] Um tampão de extremidade 11 está enroscado na extremidade distal do furo de inserto 1, o qual proporciona um ressalto interno ou uma superfície de estanca 12. O tampão de extremidade tem um furo 13 com o mesmo diâmetro 7 como a parte mais distal do furo 6 através do corpo principal do inserto estrangulador 1. O furo 13 também tem uma extremidade alargada 9 para auxiliar a reduzir a turbulência.

[0027] Localizado na lateral proximal do tampão de extremidade 11 está uma esfera 10 de plástico fenólico, que fica adjacente à superfície de estanca 12. A esfera 10 é mantida entre a superfície de estanca 12 e a extremidade distal do furo 6 no corpo principal. As dimensões e o módulo de elasticidade da esfera são cuidadosamente estabelecidos, em relação ao diâmetro 7, de tal forma que a esfera deformará e passará para a superfície de estanca 12, se uma pressão predeterminada é aplicada ao lado proximal da esfera 10.

[0028] A Figura 2 mostra um arranjo de válvulas da árvore de Natal no topo de um furo do poço para serem tamponadas. O comprimento do inserto estrangulador 1 é escolhido de modo a se encaixar na árvore de Natal 20 entre a válvula de pistoneio 21 e a válvula principal superior 22. O diâmetro externo global é escolhido de modo que ele transmitirá o poço até um ponto imediatamente acima do reservatório. As dimensões da porção distal 3 e do ressalto 4 são escolhidas de modo que o dispositivo de inserto estrangulador 1 descansará contra um niple 31 (ver Figura 3), no furo do poço 30 na região do topo do reservatório, perto do empacotador de produção (não mostrado).

[0029] Antes de tamponar um poço, a água do mar é bombeada para baixo do poço para determinar se é possível injetar líquido para dentro das perfurações na parte de produção do poço (não mostrada), a qual é desejada comprimir (bloco com cimento ou outro fluido de tamponamento de endurecimento) . Um dispositivo medidor, de diâmetro e comprimento determinado pelo inserto estrangulador e o cilindro sendo atravessado, também é baixado no poço para determinar se as obstruções estão presentes, as quais podem obstruir e impedir o posicionamento correto do inserto estrangulador.

[0030] Isto tendo sido feito, as válvulas principais de fundo e a válvula de pistoneio são fechadas, e qualquer tipo de pressão aprisionada é purgado entre elas na válvula lateral 23. A válvula de pistoneio é, então, aberta e o inserto estrangulador 1 é, então, inserido dentro da árvore de Natal 20, a válvula de pistoneio 21 é fechada e, então, as válvulas principais inferiores e superiores são 24, 22 abertas. O inserto estrangulador 1, então, cai em queda livre no poço. Em um poço vertical simples, o estrangulador pode alcançar ao local desejado (niple 31), sem bombeamento. Normalmente, no entanto, a fricção será muito grande e/ou o poço tem uma porção inclinada ou horizontal, e o inserto tem que ser bombeado. A água do mar é, normalmente, usada para esta finalidade. O bombeamento continua até que um aumento na contrapressão é notado, o que é indicativo do estrangulador ter ido descansar no perfil do niple 31. O bombeamento continua até que a pressão se eleva suficientemente para deslocar a esfera 10 após a superfície de estanca 12. A queda súbita na pressão monitorada indica que a esfera foi deslocada. Testes de taxa de etapa são então conduzidos para determinar a contrapressão criada pelo estrangulador para aumentar as taxas de injeção. Este dado é utilizado para refinar o perfil de pressão de tratamento da superfície prevista, o que deve ser experimentado durante o local do fluido de tamponamento.

[0031] O fluido separador, uma mistura especializada de produtos químicos, incluindo tensoativos, é, então, bombeado para baixo do poço, em uma taxa suficiente para manter uma pressão positiva em contato com o topo da coluna de fluido. O inserto estrangulador 1 com seu furo de pequeno diâmetro, permite que a coluna de fluido mantenha a contrapressão positiva. O cimento é, então, distribuído em uma coluna de líquido contínua diretamente após o fluido separador. Outro líquido ou outros líquidos, por exemplo, fluido espaçador adicional ou outros líquidos, seguem o cimento em uma coluna de líquido contínua. A pressão continua sendo aplicada ao cimento através desta coluna de líquido, e o monitoramento da contrapressão continua.

[0032] À medida que a interface separador/cimento passa pelo inserto estrangulador 1, uma variação de pressão pode ser gravada na superfície devido à sua viscosidade única e densidade única. O volume das tubulações do poço pode ser determinado, assim como o volume do forro perfurado, de modo que o volume de cimento bombeado para a parte inferior do poço pode ser controlado para obter a melhor oportunidade de preencher o forro perfurado com cimento. Quando a outra extremidade da coluna de cimento passa o inserto estrangulador, uma variação adicional na pressão de superfície pode ser notada, devido à sua viscosidade única e densidade única. O objetivo é espremer todas as perfurações, mas não subdeslocar ou deslocar em excesso a coluna de cimento.

[0033] Em conclusão, deve ser notado que a discussão de qualquer referência não é uma admissão de que a presente invenção é estado da técnica, especialmente, qualquer referência que possa ter uma data de publicação após a data de prioridade deste pedido. Ao mesmo tempo, cada reivindicação abaixo está aqui incorporada nesta descrição detalhada ou especificação como modalidades adicionais da presente invenção.

[0034] Embora os sistemas e os processos aqui descritos tenham sido descritos em detalhes, deve ser entendido que várias mudanças, substituições e alterações podem ser feitas sem afastamento do escopo e do âmbito da invenção como definido pelas reivindicações que se seguem. Aqueles versados na técnica podem ser capazes de estudar as modalidades preferidas e identificar outras formas de praticar a invenção que não são exatamente como descritas aqui. É intenção dos inventores que as variações e equivalentes da invenção estão dentro do escopo das reivindicações, enquanto o relatório, resumo e desenhos não são para ser utilizados para limitar o escopo da invenção. A invenção é especificamente destinada a ser tão ampla quanto às reivindicações abaixo e seus equivalentes.

Claims

Processo para tamponar um furo do poço (30), em que o processo compreende as etapas de:
- a) instalar um dispositivo de estrangulamento (1) dentro do furo do poço, o dispositivo tendo um furo de passagem (6) com um diâmetro predeterminado;
- b) injetar um meio de endurecimento dentro do furo do poço;
CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de instalar o dispositivo de estrangulamento compreende bombear o dispositivo de estrangulamento para baixo do furo do poço.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a pressão no fundo do furo do poço (30) é insuficiente para suportar uma coluna fixa de líquido de gravidade específica 1 alcançando a superfície.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de instalar o dispositivo de estrangulamento (1) compreende permitir o dispositivo de estrangulamento cair em queda livre para baixo do furo do poço.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o furo do poço (30) inclui um niple (31), e em que a etapa de instalar o dispositivo de estrangulamento (1) compreende ter o dispositivo de estrangulamento alcançado o fundo do poço no niple (31).
Processo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de estrangulamento (1) inclui uma válvula de saída da bomba, e a etapa de instalar o dispositivo de estrangulamento compreende bombear o dispositivo para baixo do furo de poço (30) até alcançar o fundo do poço no niple (31) e, então, continuar a bombear, aumentando, assim, a pressão no dispositivo até que a válvula de saída da bomba seja acionada.
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que localizado no topo do furo do poço está uma árvore de Natal (20) com uma válvula de pistoneio (21) e uma válvula principal (22), e em que a etapa de instalar o dispositivo de estrangulamento (1) compreende inserir o dispositivo de estrangulamento entre a válvula de pistoneio (21) e a válvula principal (22) e, então, abrir a válvula principal para permitir o dispositivo (1) de entrar no furo do poço (30) .
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que uma parte proximal do furo do poço (30) é definida entre o dispositivo de estrangulamento (1) e a superfície, e uma parte distal do furo do poço (30) é definida entre o dispositivo de estrangulamento (1) e a extremidade distal do furo do poço, e em que a etapa de injetar um meio de endurecimento compreende injetar uma parte ou a totalidade do meio de endurecimento através do dispositivo de estrangulamento (1) na parte distal do furo do poço (30).
Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO por compreender ainda a etapa de injetar um líquido tensoativo no furo do poço (30) antes de injetar o meio de endurecimento, opcionalmente compreende ainda a etapa de injetar um terceiro líquido após injeção do meio de endurecimento, nesse caso, o processo inclui opcionalmente o monitoramento da pressão na superfície do líquido tensoativo, meio de endurecimento e terceiro líquido, opcionalmente compreende ainda determinar a partir da referida pressão da superfície monitorada quando o meio de endurecimento alcança o dispositivo de estrangulamento (1).
Dispositivo de estrangulamento (1) para uso em um processo para tamponar um furo do poço, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo compreende um corpo capaz de ser bombeado para baixo do furo do poço (30), em que o corpo tem:
- a) um perfil externo, o qual inclui um ressalto (4);
- b) um furo de passagem (6);
- c) uma válvula de saída da bomba, a qual bloqueia o furo de passagem até um nível predeterminado de pressão ser aplicado à válvula.
Dispositivo de estrangulamento, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o furo de passagem (6) inclui uma superfície de estanca (12) e em que a válvula de saída da bomba compreende uma esfera (10) retida no furo de passagem (6) pela superfície de estanca (12) .
Dispositivo de estrangulamento, de acordo com a reivindicaçaõ 9 ou 10, CARACTERIZADO pelo fato de que uma ou mais vedações (5) são fornecidas no perfil externo do corpo.
Método de preparar um furo do poço (30) para ser tamponado, CARACTERIZADO por compreender a inserção dentro do poço (30) de um dispositivo de estrangulamento (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 9 a 11.
Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender ainda as etapas de:
- (i) aplicar pressão em um primeiro nível ao dispositivo de estrangulamento (1), referida pressão sendo abaixo do referido nível predeterminado de pressão, assim, bombear o dispositivo (1) através do furo de poço (30); opcionalmente em que o dispositivo é bombeado através do furo de poço até alcançar um niple (31), opcionalmente em que o niple (31) é adjacente a um empacotador de produção do furo de poço; e
- (ii) aplicar subsequentemente pressão ao dispositivo de estrangulamento (1) em um segundo nível ou acima do referido nível predeterminado, pelo qual a referida válvula de saída da bomba é ativada e o furo de passagem (6) desbloqueado.
Furo do poço tamponado CARACTERIZADO por ter localizado nele um dispositivo de estrangulamento (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 9 a 11.