BR112013032877B1 - método e sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente - Google Patents
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Abstract
MÉTODO E SISTEMA DE CONTROLE DE ESCOAMENTO DE FLUIDO DE FURO DESCENDENTE Um sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente que tem resposta dinâmica a condições locais de poço. O sistema inclui uma coluna de tubulação posicionável operacionalmente em um furo de poço. Barreiras anelares são posicionadas entre a coluna de tubulação e o furo de poço, para isolar primeira e segunda zonas. Um dispositivo de controle de escoamento de fluido é posicionado dentro de cada zona. Urn tubo de escoamento que é associado operacionalmente com o dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona é operável para estabelecer comunicação entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na primeira zona, de tal modo que uma pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona é operável para atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona a partir de uma primeira configuração operacional, para uma segunda configuração operacional.
Description
[001] Esta invenção é relativa, em geral, a equipamento utilizado em conjunto com operações realizadas em poços subterrâneos e, em particular, a um sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente e método que tem resposta dinâmica a condições locais do poço, para controlar o escoamento de entrada de fluidos de formação e o escoamento de saída de fluidos de injeção.
[002] Sem limitar o escopo da presente invenção, seu fundamento será descrito com referência ao fluido de produção a partir de uma formação subterrânea que contém hidrocarbonetos, como um exemplo.
[003] Durante a completação de um poço que atravessa uma formação subterrânea que contém hidrocarbonetos, tubulação de produção e diversos equipamentos de completação são instalados no poço para possibilitar a produção segura e eficiente dos fluidos da formação. Por exemplo, para controlar o escoamento de entrada de fluidos de produção é prática comum instalar um ou mais dispositivos de controle de escoamento dentro da coluna de tubulação. Os dispositivos de controle de escoamento podem incluir um ou mais componentes de controle de escoamento tais como tubos de escoamento, bloqueios, labirintos, ou similares. Tipicamente a vazão de produção através destes dispositivos de controle de escoamento é fixada antes da instalação por meio da quantidade e projeto dos componentes de controle de escoamento.
[004] Foi descoberto, contudo, que devido a mudanças em pressão da formação e mudanças em composição de fluido da formação durante a vida do poço, pode ser desejável ajustar as características de controle de escoamento dos dispositivos de controle de escoamento. Em adição, para certas completações, tal como completações horizontais longas que têm inúmeros intervalos de produção, pode ser desejável controlar de maneira independente o escoamento de entrada de fluidos de produção em cada um dos intervalos de produção. Além disto, em algumas completações, seria desejado ajustar as características de controle de escoamento dos dispositivos de controle de escoamento sem a necessidade por intervenção no poço.
[005] Consequentemente, surge uma necessidade por um sistema de controle de escoamento melhorado, que seja operável para controlar o escoamento de entrada de fluidos da formação. Também surgiu uma necessidade por tal sistema de controle de escoamento que seja operável para controlar de maneira independente o escoamento de entrada de fluidos de produção a partir de diversos intervalos de produção e operável para controlar o escoamento de entrada de fluidos de produção sem a necessidade por intervenção no poço quando pressão da formação ou composição de fluido muda com o tempo.
[006] A presente invenção aqui divulgada compreende um sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente e método que tem resposta dinâmica para condições locais do poço, para controlar o escoamento de entrada de fluidos de formação e o escoamento de saída de fluidos de injeção. Em adição, o sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente e método da presente invenção são operados para controlar de maneira independente o escoamento de entrada de fluidos de produção em diversos intervalos de produção sem a necessidade por intervenção no poço quando pressão da formação ou composição dos fluidos produzidos nos intervalos específicos muda com o tempo.
[007] Em um aspecto, a presente invenção é direcionada para um sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente. O sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente inclui uma coluna de tubulação posicionável operacionalmente em um furo de poço. Barreiras anelares são posicionadas entre a coluna de tubulação e o furo de poço, para isolar primeira e segunda zonas. Um dispositivo de controle de escoamento de fluido é posicionado dentro de cada zona. Um tubo de escoamento associado operacionalmente com o dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona operável para estabelecer comunicação direta entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na primeira zona tal que uma pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona é operável para atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona a partir de uma primeira configuração operacional para uma segunda ou configuração operacional.
[008] Em uma modalidade, a primeira configuração operacional é uma posição aberta e a segunda configuração operacional é uma posição fechada. Em outra modalidade, a primeira configuração operacional e uma posição fechada e a segunda configuração operacional é uma posição aberta. Em outra modalidade, a primeira configuração operacional é uma posição aberta e a segunda configuração operacional é uma posição restringida. Em certas modalidades o tubo de escoamento se estende através de no mínimo uma das barreiras anelares. Em algumas modalidades um tubo de escoamento operacionalmente associado com o dispositivo de controle de escoamento de fluido da segunda zona se estende através de no mínimo uma das barreiras anelares para estabelecer comunicação direta entre a primeira zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na segunda zona, de tal modo que uma pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona é operável para atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da segunda zona a partir de uma primeira configuração operacional para uma segunda configuração operacional.
[009] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um método de controle de escoamento de fluido de furo descendente. O método inclui isolar primeira e segunda zonas em um furo de poço, cada zona tendo um dispositivo de controle de escoamento de fluido posicionado nela, estabelecer comunicação direta entre a primeira zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na segunda zona, e escoar fluido através do dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona gerando uma pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona, e atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da segunda zona a partir de uma primeira configuração operacional para uma segunda configuração operacional que responde à pressão diferencial.
[0010] O método pode também incluir instalar barreiras anelares entre a coluna de tubulação e o furo de poço, estender um tubo de escoamento através de no mínimo uma das barreiras anelares, injetar um fluido a partir de um interior da coluna de tubulação para o interior da formação através da primeira zona, realizar uma estimulação ácida da primeira zona, realizar uma operação de rachadura na formação, trocar a viscosidade do fluido ou atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da segunda zona a partir de uma posição fechada para uma posição aberta.
[0011] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada para um método de controle de escoamento de fluido de furo descendente. O método inclui isolar primeira e segunda zonas em um furo de poço, cada zona tendo um dispositivo de controle de escoamento de fluido posicionado nela, estabelecer comunicação direta entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na primeira zona, escoar fluido através dos dispositivos de controle de escoamento de fluido da primeira zona e da segunda zona, gerar uma pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona e atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona a partir da primeira configuração operacional para uma segunda configuração operacional que responde à pressão diferencial.
[0012] O método pode também incluir instalar barreiras anelares dentro da coluna de tubulação entre a coluna de tubulação e o furo de poço, estender um tubo de escoamento através de no mínimo uma das barreiras anelares, produzir fluido a partir da formação para um interior da coluna de tubulação através da primeira zona e da segunda zona, mudar de produção de um fluido desejado para produção de um fluido não desejado na primeira zona, aumentar a vazão do fluido produzido através da primeira zona, trocar a viscosidade do fluido produzido através da primeira zona, atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona a partir de uma posição aberta para uma posição restringida, ou atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona a partir de uma posição aberta para uma posição fechada.
[0013] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada para um método de controle de escoamento de fluido de furo descendente. O método inclui isolar primeira e segunda zonas em um furo de poço, cada zona tendo um dispositivo de controle de escoamento de fluido posicionado nela, estabelecer comunicação direta entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na primeira zona, estabelecer comunicação direta entre a primeira zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na segunda zona, injetar fluido a partir de uma coluna de tubulação através do dispositivo de controle de escoamento de fluido da primeira zona para o interior de uma formação, gerar uma pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona e que responde à pressão diferencial, abrir o dispositivo de controle de escoamento de fluido na segunda zona e fechar o dispositivo de controle de escoamento de fluido na primeira zona.
[0014] Para um entendimento mais completo dos aspectos e vantagens da presente invenção é feita referência agora à descrição detalhada da invenção, juntamente com as figuras que acompanham, nas quais numerais correspondentes nas diferentes figuras se referem a partes correspondentes, e nas quais: A figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço que opera um sistema de controle de escoamento de fluido de acordo com uma modalidade da presente invenção durante uma primeira fase de uma operação de tratamento; A figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço que opera um sistema de controle de escoamento de fluido de acordo com uma modalidade da presente invenção durante uma segunda fase de uma operação de tratamento; A figura 3 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço que opera um sistema de controle de escoamento de fluido de acordo com uma modalidade da presente invenção durante uma terceira fase de uma operação de tratamento; A figura 4 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço que opera um sistema de controle de escoamento de fluido de acordo com uma modalidade da presente invenção durante uma fase final de uma operação de tratamento; A figura 5 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço que opera um sistema de controle de escoamento de fluido de acordo com uma modalidade da presente invenção durante uma operação de produção;e A figura 6 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço que opera um sistema de controle de escoamento de fluido de acordo com uma modalidade da presente invenção durante uma fase posterior da operação de produção.
[0015] Embora a realização e utilização de diversas modalidades da presente invenção sejam discutidas em detalhe abaixo, deveria ser apreciado que a presente invenção fornece diversos conceitos inovadores aplicáveis que podem ser configurados em uma ampla variedade de contextos específicos. As modalidades específicas discutidas aqui são meramente ilustrativas de maneiras específicas para fazer e utilizar a invenção, e não delimitam o escopo da presente invenção.
[0016] Fazendo referência inicialmente à figura 1, nela está delineado um sistema de poço que inclui um sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente que configura princípios da presente invenção, a qual está ilustrada de maneira esquemática e indicada de maneira genérica 10. Na modalidade ilustrada um furo de poço 12 se estende através de diversas camadas (strata) de terra. O furo de poço 12 tem uma seção substancialmente vertical 14 cuja porção superior tem cimentada nela uma coluna encamisamento 16. O furo de poço 12 também tem uma seção substancialmente horizontal 18 que se estende através de uma formação subterrânea que contém hidrocarbonetos 20. Como ilustrado, a seção substancialmente horizontal 18 do furo de poço 12 é de furo aberto.
[0017] Posicionada dentro do furo de poço 12, e se estendendo desde a superfície, existe uma coluna de tubulação 22. A coluna de tubulação 22 fornece um conduto para fluidos de formação viajarem a partir da formação 20 para a superfície e para fluidos de injeção viajarem desde a superfície para a formação 20. Em sua extremidade inferior a coluna de tubulação 20 é acoplada a uma coluna de completação 24 que foi instalada no furo de poço 12 e divide o intervalo de completação em diversos intervalos de produção identificados como zona 1, zona 2, zona 3,„„ zona N-l e zona N. A coluna de completação 24 inclui uma pluralidade de dispositivos de controle de escoamento identificados como FCD1, FCD2, FCD3, FCDN-1 e FCDN, onde FCD1 corresponde com a zona 1, FCD2 corresponde com a zona 2, e assim por diante. Cada um dos dispositivos de controle de escoamento está delineado como sendo posicionado entre um par de barreiras anelares 26 que se estendem entre a coluna de completação 24 e o furo de poço 12, com isto isolando os intervalos de produção. Como aqui utilizado, o termo “barreira anelar” pode se referir a qualquer barreira de pressão adequada conhecida daqueles versados na técnica que inclui, porém não limitada a packers (engachetamentos) de produção, packer inflável, packer que incha, ou similares, bem como materiais tais como engaxetamentos de cascalho, ou outros materiais de enchimento de furo de poço, que são operados para fornecer um diferencial de pressão através deles, com isto isolando zonas no furo de poço. As barreiras anelares podem ou não fornecer uma vedação completa entre a coluna de tubulação e o furo de poço.
[0018] Na modalidade ilustrada os dispositivos de controle de escoamento podem servir a inúmeras funções. Por exemplo, os dispositivos de controle de escoamento podem funcionar como meios de filtro, tais como uma tela de arame encapado, uma tela de malha de arame tecida, uma tela pré- embalada ou similar, com ou sem uma coifa exterior posicionada ao redor dela, projetada para permitir fluidos escoarem através de toda ela, porém impedir que material particulado de uma dimensão predeterminada escoe através de toda ela. Em adição, os dispositivos de controle de escoamento podem funcionar como dispositivos de controle de escoamento de entrada para regular o escoamento de uma corrente de fluido de produção durante a fase de produção de operações de poço, ou como dispositivos de controle de escoamento de saída para controlar o escoamento de uma corrente de fluido de injeção durante uma fase de tratamento de operações de poço, ou ambas. O controle de escoamento de entrada e escoamento de saída pode ser realizado utilizando os mesmos, ou componentes diferentes, dentro dos dispositivos de controle de escoamento, de tal modo que as vazões desejadas são alcançadas. Por exemplo, pode ser desejável ter uma taxa de injeção mais elevada do que a taxa de produção projetada através dos dispositivos de controle de escoamento, caso em que válvulas de injeção diferentes de válvulas de produção podem ser utilizadas, ou mais válvulas de injeção do que válvulas de produção podem ser utilizadas. Como explicado em maior detalhe abaixo, quando operados no sistema de acordo com os métodos da presente invenção, os dispositivos de controle de escoamento são também operáveis para responder de maneira dinâmica a condições locais de poço para controlar o escoamento de entrada de fluidos de formação ou escoamento de saída de fluidos de injeção através das diversas zonas do furo de poço. É observado que a função de controle de escoamento de entrada ou escoamento de saída durante operações de produção ou de injeção, e a função de resposta dinâmica a condições de furo de poço, podem ser realizadas pelos mesmos ou diferentes componentes dentro dos dispositivos de controle de escoamento.
[0019] Por exemplo, controle de escoamento de entrada ou escoamento de saída durante operações de produção ou de injeção, pode ser conseguido utilizando resistores de escoamento de fluido, tais como bocais, tubos de escoamento, labirintos, ou outros resistores de escoamento de trajeto tortuoso, bem como câmaras de vórtex ou outros diodos de fluido, câmaras de matriz que contém material de enchimento resistente a escoamento de fluido, tal como contas ou materiais seletores de fluido que incham quando em contato com hidrocarbonetos, água ou outros estimulantes, tais como pH, concentração iônica, ou similares. A função de resposta dinâmica a condições de furo de poço podem ser conseguidas utilizando válvulas, tais como válvulas deslizantes, válvulas operadas por pistão, válvulas de velocidade, ou similares. Alternativamente, ambos, os controles de escoamento de entrada ou escoamento de saída durante operações de produção ou injeção, e resposta dinâmica a condições do furo de poço, poderiam ser realizados pelo mesmo componente, tal como um estrangulamento ou outro conjunto de válvula e infinitamente variável.
[0020] Ainda fazendo referência à figura 1, cada um dos dispositivos de controle de escoamento está em comunicação com uma ou mais zonas adjacentes, por exemplo, comunicação direta, comunicação com pressão de fluido, ou similar. Especificamente, FCD1 é associado operacionalmente com um tubo de escoamento 28, fornecendo comunicação de montante com a zona 2 através de uma das barreiras anelares 26. Como aqui utilizado, o termo “tubo de escoamento” deve significar qualquer meio capaz de fornecer um trajeto de comunicação tal como um trajeto de comunicação de fluido ou de pressão entre um dispositivo de controle de escoamento e outra zona. Por exemplo, os tubos de escoamento podem ser linhas de controle ou outra tubulação do anel entre a coluna de tubulação e o furo de poço, que se estendem através de uma ou mais barreiras anelares. Alternativamente, os tubos de escoamento poderiam ser tubulares concêntricos ao redor da coluna de tubulação e se estenderem através e são preferivelmente posicionados de maneira interior de uma ou mais barreiras anelares. Os tubos de escoamento podem fornecer um trajeto de comunicação desimpedido entre um dispositivo de controle de escoamento e outra zona ou os tubos de escoamento podem incluir válvulas, pistões, ou outro controle de escoamento ou dispositivos operados por pressão. Na modalidade ilustrada, FCD2 é associado operacionalmente com um tubo de escoamento 30 fornecendo comunicação de jusante com a zona 1 através de uma das barreiras anelares 26. Também FCD2 é associado operacionalmente com o tubo de escoamento 32, fornecendo comunicação de montante com a zona 3 através de uma das barreiras anelares 26. FCD3 é associado operacionalmente com um tubo de escoamento 34, fornecendo comunicação de jusante com a zona 2 através de uma das barreiras anelares 26. Também FCD3 é associado operacionalmente com um tubo de escoamento 36 fornecendo comunicação de montante através de uma das barreiras anelares 26. FCDN-1 é associada operacionalmente com um tubo de escoamento 38, fornecendo comunicação de jusante através de uma das barreiras anelares 26. Também FCDN-1 é associado operacionalmente com um tubo de escoamento 40 fornecendo comunicação de montante com a zona N através de uma das barreiras anelares 26. FCDN é associado operacionalmente com um tubo de escoamento 42 fornecendo comunicação de jusante com a zona N-l através de uma das barreiras anelares 26. Mesmo embora a figura 1 delineie cada dispositivo de controle de escoamento em comunicação com uma ou mais zonas adjacentes através de tubos de escoamento, deve ser entendido por aqueles versados na técnica que os dispositivos de controle de escoamento da presente invenção poderiam, alternativamente ou adicionalmente, estar em comunicação com uma ou mais zonas remotas que não são adjacentes à zona na qual este dispositivo de controle de escoamento opera.
[0021] Mesmo embora a figura 1 delineie o sistema de controle de escoamento da presente invenção em um ambiente de furo aberto, deveria ser entendido por aqueles versados na técnica, que a presente invenção é igualmente bem adequada para utilização em poços encamisados. Também, mesmo embora figura 1 delineie um dispositivo de controle de escoamento em cada intervalo de produção, deveria ser entendido por aqueles versados na técnica que qualquer número de dispositivos de controle de escoamento pode ser desenvolvido dentro de um intervalo de produção, sem se afastar dos princípios da presente invenção. Em adição, mesmo embora a figura 1 delineie o sistema de controle de escoamento da presente invenção em uma seção horizontal do furo de poço, deveria ser entendido por aqueles versados na técnica que a presente invenção é igualmente bem adequada para utilização em poços que têm outras configurações direcionais, incluindo poços verticais, poços desviados, poços inclinados, poços multilaterais, e similares. Consequentemente, deveria ser entendido por aqueles versados na técnica que a utilização de termos direcionais tais como “acima”, “abaixo”, “superior”, “inferior”, “para cima”, “para baixo”, “direita”, “ esquerda”, “furo acima”,“furo descendente”, e similares, são utilizados em relação às modalidades ilustrativas como elas estão delineadas nas figuras, a direção para cima sendo no sentido do topo da figura correspondente, e a direção para baixo sendo no sentido do fundo da figura correspondente, a direção furo acima sendo no sentido da superfície do poço, e a direção furo descendente sendo no sentido do pé do poço.
[0022] A operação do sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente que tem resposta dinâmica a condições locais do poço será descrita agora com referência às figuras 1-4. Na figura 1 uma coluna de tubulação delineada como coluna de completação 24 foi localizada no furo poço 12, uma pluralidade de barreiras anelares 26 foi desenvolvida, a qual isola uma pluralidade de zonas, a saber, zona 1 - zona N. Cada zona inclui um primeiro dispositivo de controle de escoamento FCD1-FCDN que está em comunicação direta com uma ou mais outra zonas através de tubos de escoamento 28-42. A figura 1 delineia um primeiro estágio de uma operação de tratamento na qual FCD1 está na posição aberta e FCD2-FCDN estão todos na posição fechada, de tal modo que o fluido de tratamento indicado pelas setas é direcionado fora da coluna de completação 24 para o interior da formação 20 através de FCD1 e zona 1. A operação de tratamento delineada pode ser um tratamento ácido, uma operação de rachadura hidráulico, ou outra operação que requer bombear fluido para baixo na coluna de tubulação para o interior de uma zona de produção ou a formação.
[0023] Quando o fluido de tratamento é bombeado para o interior da formação 20 através da zona 1, a pressão PI na zona 1 irá mudar quando condições locais de poço mudam. Por exemplo, durante um tratamento ácido a pressão PI na zona 1 irá inicialmente estar em uma pressão elevada que está acima da pressão do reservatório quando a torta de filtro ou outro dano do furo de poço irá criar resistência ao escoamento do fluido de tratamento para o interior da formação na superfície do furo de poço. Quando o tratamento ácido remove a torta de filtro na zona 1 a pressão PI irá diminuir quando a resistência a escoamento para o interior da formação diminui. Como outro exemplo, durante certas operações de rachadura, a pressão PI na zona 1 estará inicialmente em uma pressão elevada que está acima da pressão do reservatório quando um grande volume de fluido de tratamento é bombeado para o interior da formação para criar e proporcionar a abertas as rachaduras hidráulicas. Quando as rachaduras cessam de propagar ou um enchimento com areia ocorre, a pressão PI irá aumentar. De maneira similar, em outras operações de rachadura a pressão PI na zona 1 estará inicialmente em uma pressão elevada que está acima da pressão de reservatório quando um grande volume de fluido de tratamento é bombeado para o interior da formação para criar e proporcionar a aberta às rachaduras e hidráulicas. Quando a composição do fluido de tratamento muda de um gel de alta viscosidade para um fluido de viscosidade mais baixa, por exemplo, a pressão PI irá diminuir quando a resistência a escoamento para o interior da formação diminui. Em cada um destes cenários de tratamento a pressão PI muda com o tempo, e tem uma assinatura de pressão esperada.
[0024] Na modalidade ilustrada, estas mudanças de pressão na zona 1 são vistas por FCD2 na zona 2 devido à comunicação direta através da barreira anelar 26 através do tubo de escoamento 30. Dependendo da assinatura de pressão esperada durante operação de tratamento, a pressão de fluido PI pode ser encaminhada para o lado apropriado de um pistão, luva deslizante, ou outro mecanismo de operação dentro de FCD2. O outro lado do pistão, luva deslizante ou outro mecanismo de operação dentro de FCD2 pode ver a pressão P2 a partir da zona 2 que é inicialmente a pressão de reservatório. A pressão diferencial entre Pl e P2 assim fornece uma fonte de energia para operar FCD2 de uma primeira configuração de operação para uma segunda configuração de operação. Dependendo da operação que está sendo realizada e do encaminhamento de pressões PI e P2 para FCD2. quando PI experimenta ou aumento ou diminuição de pressão desejado, uma pressão diferencial é criada entre PI e P2, de tal modo que na modalidade ilustrada FCD2 é deslocado desde a posição fechada para a posição aberta, como melhor visto na figura 2.
[0025] Dependendo do resultado desejado da operação de tratamento, uma vez que FCD2 é aberto FCD1 pode permanecer aberto ou preferivelmente FCD1 pode ser fechado. Na modalidade ilustrada a pressão P2 na zona 2 é vista por FCD1 na zona 1 devido à comunicação direta através da barreira anelar 26 através do tubo de escoamento 28. Dependendo da assinatura de pressão esperada durante operação de tratamento, a pressão de fluido PO2 pode ser encaminhada para um lado apropriado do mecanismo de operação dentro de FCD1, cujo outro lado preferivelmente vê a pressão Pl a partir da zona 1. A pressão diferencial entre Pl e P2 assim fornece uma fonte de energia para operar FCD1 desde uma primeira configuração de operação para uma segunda configuração de operação que, neste caso, é o deslocamento de FCD1 da posição aberta para a posição fechada, como melhor visto na figura 2. Preferivelmente, FCD2 é aberto antes do fechamento de FCD1. Isto pode ser realizado utilizando um circuito de retardo de tempo tal como um fluido dosador para regular a velocidade de fechamento de FCD1. Uma vez que FCD1 está fechado, pode ser mecanicamente deslocado ou travado na posição fechada utilizando molas, colares, ou outros conjuntos de travamento, ou pode ser deslocado na posição fechada por meio de pressão no sistema, tal como pressão de tubulação.
[0026] A operação de tratamento então continua na zona 2 com a pressão P2 mudando com o tempo com uma assinatura de pressão esperada que depende da operação de tratamento que está sendo realizada. Estas mudanças de pressão na zona 2 são vistas por FCD3 na zona 3 devido à comunicação direta através da barreira anelar 26 através do tubo de escoamento 34. Dependendo da assinatura de pressão esperada durante operação de tratamento, a pressão de fluido P2 pode ser encaminhada para o lado apropriado do mecanismo de operação dentro de FCD3 com o outro lado preferivelmente vendo a pressão P3 a partir da zona 3 que é inicialmente a pressão de reservatório. A pressão diferencial entre P2 e P3 fornece assim uma fonte de energia para operar FCD3 desde sua posição fechada para sua posição aberta, como melhor visto na figura 3.
[0027] Dependendo do resultado desejado da operação de tratamento, uma vez que FCD3 seja aberto, FCD2 pode permanecer aberto ou preferivelmente FCD2 pode ser fechado. Na modalidade ilustrada, a pressão P3 na zona 3 é vista por FCD2 na zona 2 devido à comunicação direta através da barreira anelar 26 através do tubo de escoamento 32. Dependendo da assinatura de pressão esperada durante operação de tratamento, a pressão de fluido P3 pode ser encaminhada para um lado apropriado do mecanismo de operação dentro de FCD2, cujo outro lado preferivelmente vê a pressão P2 a partir da zona 2. A pressão diferencial entre P2 e P3 assim fornece uma fonte de energia para operar FCD2 desde sua posição aberta para sua posição fechada como melhor visto na figura 3. Preferivelmente FCD3 é operado antes de fechar FCD2 e FCD2 é preso na posição fechada.
[0028] Este processo pode prosseguir furo acima em uma maneira escalonada para realizar os objetivos de tratamento desejados, até que a última zona do furo de poço 12 seja tratada, como melhor visto na figura 4, na qual FCDN está aberto para permitir que fluido de tratamento penetre na zona N como indicado pelas setas, e todos os outros dispositivos de controle de escoamento estão fechados. Depois que a operação de tratamento tenha sido completada, cada um dos dispositivos de controle de escoamento fechados anteriormente pode ser operado para a posição aberta com base em mudanças de pressão diferencial sequencial nas zonas. Por exemplo, quando fluido é produzido na zona N a pressão PN cai abaixo da pressão de reservatório. Esta mudança de pressão na zona N é vista por FCDN-1 na zona N-l devido à comunicação direta através da barreira anelar 26 através do tubo de escoamento 40. A pressão de fluido PN pode ser encaminhada para o lado apropriado do mecanismo de operação dentro de FCDN-1 cujo outro lado preferivelmente vê a pressão PN-1 a partir da zona N-l que é inicialmente a pressão de reservatório. A pressão diferencial entre PN e PN-1 pode ser utilizada como uma fonte de energia para operar FCDN-1 de sua posição fechada para sua posição aberta. Este processo pode prosseguir furo descendente em uma maneira escalonada até que todas as zonas estejam abertas para produção.
[0029] Outra operação do sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente que tem resposta dinâmica para condições locais de poço será descrita agora com referência às figuras 5-6. Na figura 5 uma coluna de tubulação delineada como coluna de completação 24 foi localizada no furo de poço 12, uma pluralidade de barreiras anelares 26 foi desenvolvida, as quais isolam uma pluralidade de zonas, a saber, zona 1 - zona N. Cada zona inclui um dispositivo de controle de escoamento de fluido FCD1 - FCDN que está em comunicação direta com uma ou mais outras zonas através de tubos de escoamento 28-42. A figura 5 delineia uma operação de produção na qual cada um dos dispositivos de controle de escoamento está na posição aberta, de tal modo que fluido de produção indicado pelas setas escoa para o interior da coluna de completação 24 através de cada um dos dispositivos de controle de escoamento e cada uma das zonas.
[0030] Durante operação de produção os componentes de controle de escoamento de entrada no FCD1-FCDN irão tentar regular e equilibrar as taxas de produção através de cada zona. Sob certas condições, contudo, os componentes de controle de escoamento de entrada podem ser incapazes de regular e equilibrar taxas de produção, ou pode ser desejável fechar ou restringir altamente produção de uma ou mais zonas devido a mudanças em vazão através de uma zona, ou mudanças na composição de um fluido que está sendo produzido em uma zona. Por exemplo, se o fluido desejado ser produzido no sistema de poço é petróleo e uma ou mais zonas começarem a produzir um fluido não desejado tal como um gás ou água, o sistema de controle de escoamento de fluido da presente invenção pode responder de maneira dinâmica a esta condição local de poço. Uma vez que a viscosidade de petróleo é genericamente mais elevada do que a viscosidade do gás ou água, existe uma grande queda de pressão experimentada pelo petróleo quando ele emigra através da formação para o furo de poço do que aquela experimentada por água ou gás. Desta maneira, quando água ou gás é produzida em uma zona, a pressão naquela zona é maior do que a pressão em uma zona que produz petróleo. Da mesma maneira, se a vazão em uma zona aumenta devido, por exemplo, a uma fissura na formação, esta região de baixa resistência na formação poderia conduzir à produção prematura de água ou gás. Desta maneira, quando o petróleo é produzido em uma zona a partir de uma região de alta permeabilidade na formação, a pressão naquela zona é maior do que a pressão em uma zona que produz petróleo através de uma região de permeabilidade normal da formação. Em cada um destes cenários de produção a diferença de pressão em diversas zonas pode ser utilizada para controlar a produção.
[0031] Na modalidade ilustrada, se uma mudança em vazão ou composição de fluido tenha resultado em uma pressão mais elevada na zona 2 do que na zona 1 ou zona 3 ou ambas, estas diferenças de pressão são vistas por FCD2 na zona 2 devido à comunicação direta através da barreira anelar 26 através de tubos de escoamento 30-32. A pressão de fluido PI ou P3 pode ser encaminhada para o lado apropriado de um pistão, luva deslizante ou outro mecanismo de operação dentro de FCD2 com o outro lado do pistão, luva deslizante ou outro mecanismo de operação dentro de FCD2 vendo a pressão P2 a partir da zona 2. A pressão diferencial entre PI e P2 ou P3 e P2 fornece assim uma fonte de energia para operar FCD2 a partir de uma primeira configuração de operação para uma segunda configuração de operação. Por exemplo, quando a pressão diferencial alcança um nível predeterminado FCD2 poderia ser operado de sua posição aberta para uma posição estrangulada ou FCD2 poderia ser operado a partir de sua posição aberta para uma posição fechada como melhor visto na figura 6. Preferivelmente FCD2 é então preso na posição fechada. O processo irá continuar de maneira sem intervenção através de todo o sistema de furo de poço quando vazões ou composições de fluido de produção mudam nas diversas zonas, com pressões diferenciais fornecendo energia para o fechamento dos dispositivos de controle de escoamento desejados. Deveria ser observado que a pressão diferencial requerida necessária para operar os diversos dispositivos de controle de escoamento pode ser diferente em diferentes zonas e pode ser pré-selecionada ou predeterminada.
[0032] Embora esta invenção tenha sido descrita com referência a modalidades ilustrativas, esta descrição não é projetada para ser construída em um sentido limitativo. Diversas modificações e combinações das modalidades ilustrativas, bem como outras modalidades da invenção serão evidentes a pessoas versados na técnica quando de referência à descrição. Portanto, é projetado que as reivindicações anexas abrangem quaisquer tais modificações ou modalidades.
Claims (9)
1. Método de controle de escoamento de fluido de furo descendente, caracterizadopelo fato de compreender: isolar primeira e segunda zonas em um furo de poço (12), cada zona tendo um dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD) posicionado nela; estabelecer comunicação fluida entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 1) na primeira zona; estabelecer comunicação fluida entre a primeira zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) na segunda zona; estabelecer comunicação fluida entre a terceira zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) na segunda zona; estabelecer comunicação fluida entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 3) na terceira zona; injetar um fluido de tratamento a partir de uma coluna de tubulação (22) através do dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 1) da primeira zona para o interior de uma formação enquanto os dispositivos de escoamento fluido das segunda e terceira zonas estão na posição fechada; gerar uma primeira pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona; em resposta à primeira pressão diferencial, abrir o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) da segunda zona e fechar o dispositivo de controle de fluido (FCD 1) na primeira zona; injetar o fluido de tratamento a partir da coluna de tubulação (22) através do dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) da segunda zona enquanto os dispositivos de controle de escoamento de fluido da primeira e terceira zonas estão na posição fechada; gerar uma segunda pressão diferencial entre a segunda zona e a terceira zona; em resposta à segunda pressão diferencial, abrir o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 3) na terceira zona e fechar o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) na segunda zona; e injetar o fluido de tratamento da coluna de tubulação (22) através do dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 3) da terceira zona enquanto os dispositivos de controle de escoamento de fluido da primeira e segunda zonas estão na posição fechada.
2. Método de controle de escoamento de fluido de furo descendente de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de isolar primeira, segunda e terceira zonas no furo de poço (12) ainda compreender instalar barreiras anelares (26) entre uma coluna de tubulação (22) e o furo de poço (12).
3. Método de controle de escoamento de fluido de furo descendente de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de injetar fluido a partir da coluna de tubulação (22) através do dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 1) da primeira zona para o interior da formação ainda compreender realizar uma estimulação ácida da primeira zona.
4. Método de controle de escoamento de fluido de furo descendente de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de injetar fluido a partir da coluna de tubulação (22) através do dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 1) ainda compreender realizar uma operação de rachadura na formação.
5. Sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente, caracterizadopelo fato de compreender: uma coluna de tubulação (22) posicionável operacionalmente em um furo de poço (12); uma pluralidade de barreiras anelares (26) posicionáveis entre a coluna de tubulação (22) e o furo de poço (12) para isolar primeira, segunda e terceira zonas; um dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD) posicionado dentro de cada zona; e um primeiro tubo de escoamento (28) associado operacionalmente com o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 1) da primeira zona, o tubo de escoamento estabelecendo comunicação entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 1) na primeira zona, de tal modo que uma pressão diferencial entre a primeira zona e a segunda zona seja operável para atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 1) da primeira zona a partir de uma primeira configuração de operação para uma segunda configuração de operação; um segundo tubo de escoamento (32) associado operacionalmente com o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) da segunda zona, o segundo tubo de escoamento estabelecendo comunicação entre a terceira zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido na segunda zona, de tal modo que uma pressão diferencial entre a segunda zona e a terceira zona seja operável para atuar o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) da segunda zona a partir de uma primeira configuração de operação para uma segunda configuração de operação; um terceiro tubo de escoamento (30) associado operacionalmente com o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) da segunda zona, o tubo de escoamento estabelecendo comunicação entre a primeira zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 2) na segunda zona, e um quarto tubo de escoamento (34) associado operacionalmente com o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 3) da terceira zona, o quarto tubo de escoamento estabelecendo comunicação entre a segunda zona e o dispositivo de controle de escoamento de fluido (FCD 3) na terceira zona.
6. Sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o tubo de escoamento se estender através de pelo menos uma das barreiras anelares (26).
7. Sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a primeira configuração de operação ser uma posição aberta e a segunda configuração de operação ser uma posição fechada.
8. Sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a primeira configuração de operação ser uma posição fechada e a segunda configuração de operação ser uma posição aberta.
9. Sistema de controle de escoamento de fluido de furo descendente de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a primeira configuração de operação ser uma posição aberta e a segunda configuração de operação ser uma posição restringida.
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