BR112015003342B1 - sistema para injetar fluidos em um poço, sistema de injeção por alta pressão em incrustações e método para injetar fluido em um poço - Google Patents

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Abstract

SISTEMA PARA INJETAR FLUIDOS EM UM POÇO, SISTEMA DE INJEÇÃO POR ALTA PRESSÃO EM INCRUSTAÇÕES E MÉTODO PARA INJETAR FLUIDO EM UM POÇO. Trata-se de um sistema para injetar fluidos em um poço que tem uma linha de suprimento de fluido (22) que é conectada a um mandril (6) no topo da árvore de produção (2). O sistema é projetado de modo que todos os componentes do sistema sejam acondicionados juntos e se desloquem para a árvore de produção (2) em uma operação. A árvore de produção (2) é projetada para proporcionar uma trajetória para que o fluido percorra do mandril (6) para o furo de produção (4) dentro da árvore (2) e, então, para o tubo de produção de um poço.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] Esta invenção refere-se, geralmente, à injeção de fluido em poços de gás e óleo. Em particular, esta invenção se refere à entrega de fluido a um poço, através de uma árvore de produção montada no poço, injetando-se o fluido através de um mandril na árvore de produção.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A produção de óleo e gás, a partir de alguns poços, pode levar ao contato entre compostos em formações rochosas de hidrocarboneto e aqueles presentes em fluidos de processo de campo de óleo, tal como, por exemplo, água do mar. Esse contato pode levar à formação de “incrustações”, ou sais que obstruem a formação e inibem hidrocarbonetos na formação de entrarem no poço. Consequentemente, os inibidores de incrustações são, algumas vezes, introduzidos em um poço para controlar ou impedir a deposição de incrustações. Em alguns casos, os inibidores de incrustações podem ser combinados com tratamentos de fratura, cujo propósito é quebrar a formação e facilitar a liberação de hidrocarbonetos no poço.
[003] Os fluidos usados para inibir a incrustação e para causar o fraturamento (doravante denominado como fluido de injeção por pressão em incrustações, ou apenas fluido) são tipicamente introduzidos no poço através do estrangulamento de uma árvore de produção presa ao poço. A partir do estrangulamento, o fluido pode entrar no furo de produção da árvore, no tubo de produção do poço e, por fim, na formação com necessidade de desincrustações/fraturamento. Entretanto, há problemas associados à introdução do fluido através de um estrangulamento na árvore de produção.
[004] Por exemplo, quando o fluido é introduzido através do estrangulamento, a capacidade do estrangulamento para realizar outras funções, tal como gerenciar a pressão dentro do poço, pode ser reduzida ou eliminada. Além disso, a introdução do fluido através do estrangulamento exige um inserto de estrangulamento especial, adaptado para a interface com um módulo de assentamento que entrega o fluido. Aperfeiçoar o estrangulamento para aceitar o inserto de estrangulamento especial pode ser um processo complicado que exige múltiplas etapas. As etapas incluem operar postes-guias, operar uma ferramenta de substituição de componente remota (RCR) para remover quaisquer insertos de estrangulamento antigos, operar uma ferramenta de RCR para inserir o inserto de estrangulamento especial, operar um módulo de injeção por pressão em incrustações, injetar o fluido de injeção por pressão em incrustações, recuperar o módulo e cobrir o adaptador de injeção por pressão em incrustações.
[005] Consequentemente, há uma necessidade de um sistema e um processo de injeção de fluido que abordem as desvantagens do estado da técnica.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[006] É revelado no presente documento um sistema de injeção de fluido em que o fluido é injetado, não no estrangulamento de uma árvore de produção, mas diretamente em um mandril no topo da árvore. Uma trajetória é proporcionada dentro da árvore de produção para que o fluido percorra do mandril ao furo de produção dentro da árvore, e, então, no tubo de produção de um poço.
[007] Também é revelado no presente documento um processo para injetar fluido em um poço injetando-se o fluido diretamente no mandril em uma árvore de produção montada no poço. O processo inclui prender uma linha de suprimento de fluido ao mandril da árvore de produção com um conector. Em uma realização, todos dentre os componentes necessários para conectar a linha de suprimento de fluido ao mandril e para controlar o fluxo de fluido através da linha de suprimento de fluido são incluídos em um volume, de modo que a instalação do sistema de injeção de fluido exige apenas uma manobra para entregar o volume e instalar os componentes do sistema na árvore de produção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[008] A presente invenção será mais bem compreendida na leitura da descrição detalhada, a seguir, de realizações não limitantes da mesma e no exame das figuras anexas.
[009] A Figura 1 é uma vista em corte transversal lateral esquemática de uma realização de uma árvore de produção que tem uma trajetória de fluxo a partir de um mandril, no topo de uma árvore de produção, até um furo de produção na árvore; e
[010] A Figura 2 é uma vista em corte transversal lateral esquemática de uma realização de um sistema de injeção de fluido disposto e projetado para entregar um fluido a um mandril no topo de uma árvore de produção.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[011] O sistema e o método da presente invenção serão, agora, descritos mais completamente em referência às figuras anexas, em que as realizações exemplificativas são mostradas e em que numerais de referência similares se referem a elementos similares por toda parte. A matéria da presente invenção pode ser, entretanto, incorporada em muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada para as realizações ilustradas; ao contrário, essas realizações são proporcionadas de modo que essa invenção será completa e concluída, e transportará completamente o escopo da invenção para os técnicos no assunto.
[012] Deve-se compreender que a matéria da presente invenção não é limitada aos detalhes exatos ou às realizações mostradas e descritas, conforme as modificações e equivalentes serão evidentes para um técnico no assunto. Nas figuras e no relatório descritivo, há reveladas realizações ilustrativas da invenção da matéria e, embora os termos específicos sejam empregados, os mesmos são usados em um sentido genérico e descritivo apenas e, não, com o propósito de limitação.
[013] Referindo-se à Figura 1, há mostrada uma vista em corte transversal lateral esquemática de uma árvore de produção 2, de acordo com uma realização possível da presente invenção. A árvore de produção 2 tem um furo de produção 4 em comunicação fluida, e configurada para fixação em uma extremidade inferior ao tubo de produção de um poço (não mostrada). A árvore de produção 2 também inclui um mandril 6 em uma extremidade superior. Uma abertura de fluido 8 proporciona uma trajetória através do mandril 6 para um bloco de saída de espaço anular através da válvula de acesso ao espaço anular 10, e a partir da válvula de acesso ao espaço anular 10 até uma abertura de cruzamento 12. Uma válvula mestra de espaço anular 14 separa a abertura de cruzamento 12 da porção do espaço anular abaixo da válvula mestra de espaço anular 14.
[014] A abertura de cruzamento 12 proporciona uma trajetória a partir do bloco de saída de espaço anular até um bloco de saída de produção, através de uma válvula de cruzamento 16. A abertura de cruzamento 12 cruza o furo de produção 4 em uma localização entre uma válvula de saída de produção 18 e uma válvula mestra de produção 20. A válvula de saída de produção 18 separa a abertura de cruzamento 12 da porção do furo de produção, a montante da válvula de saída de produção 18. Cada uma das válvulas reveladas no presente documento pode ser controlada por métodos conhecidos. Por exemplo, as válvulas podem ser controladas hidraulicamente. Alternativamente, as válvulas podem ser controladas mecânica ou eletricamente.
[015] Uma vantagem para a configuração da árvore de produção mostrada na Figura 1 é que o fluido, tal como, por exemplo, o fluido de injeção por pressão em incrustações, pode ser introduzido diretamente no furo de produção 4 através do mandril 6 da árvore de produção 2. Uma razão de essa injeção direta através do mandril 6 ser vantajosa é que a mesma elimina a necessidade de introduzir o fluido através de um estrangulamento. Isso libera o estrangulamento para uso com outros propósitos, tal como controlar a pressão dentro do poço. Outra vantagem de introduzir o fluido na árvore de produção, diretamente através do mandril, e, não, do estrangulamento, é que quando conecta as linhas de fluido, é mais fácil assentar o conector (discutido em mais detalhes abaixo) no mandril do que no estrangulamento.
[016] A Figura 2 mostra uma vista em corte transversal lateral esquemática de um sistema de injeção de fluido, de acordo com uma realização da presente invenção, em que o fluido é introduzido na árvore de produção 2 através de um mandril 6, no topo da árvore de produção 2. Conforme pode ser visto, o fluido pode ser trazido para o sistema de injeção de fluido por uma linha de suprimento de fluido 22, que se conecta ao sistema de injeção de fluido com uma fonte de fluido em outra localização (não mostrada), tal como, por exemplo, na superfície do mar. A linha de suprimento de fluido 22 se comunica com a árvore de produção 2 por meio de um conector 24. Em uma realização exemplificativa, o conector 24 é anular e inclui grampos (não mostrados) em uma circunferência interna, que podem se prender seletivamente na circunferência externa do mandril 6 da árvore de produção 2. Em uma realização, o conector 24 pode ser um conector MDH4. O conector 24 é opcionalmente adaptável para uso com volumes de função diferente. Além disso, conectores diferentes podem ser usados para conectar a linha de suprimento de fluido 22 a tipos diferentes de árvores de produção. Por exemplo, embora a árvore de produção mostrada na Figura 1 seja uma árvore horizontal, o sistema de injeção de fluido da presente invenção também pode ser usado com árvores que têm uma configuração vertical.
[017] Conforme mostrado na Figura 2, a linha de suprimento de fluido 22 pode incluir uma ou mais válvulas para controlar o fluxo de fluido através da linha de suprimento 22. Por exemplo, a linha de suprimento de fluido 22 pode incluir uma válvula isoladora 26 e/ou uma válvula de contrapressão 28. Além disso, o sistema de injeção de fluido pode incluir componentes adicionais que dependem do tipo e estrutura da árvore de produção 2. Por exemplo, se a árvore de produção tem um plugue 30 no topo do mandril 6, o sistema pode incluir uma ferramenta de remoção de plugue 32, tal como aquela revelada, por exemplo, nas Patentes no U.S. 7.240.736 e U.S. 6.968.902. Similarmente, um transportador de veículo operado remotamente (ROV) 34 pode ser incluído no sistema. Além disso, o sistema de injeção de fluido pode incluir dispositivos de segurança, tal como, por exemplo, uma desconexão rápida de emergência 36 para garantir uma desconexão segura.
[018] Uma vantagem para o sistema de injeção de fluido mostrado na Figura 2 é que tudo dentre a estrutura necessária (por exemplo, a linha de suprimento 22, a válvula isoladora 26, a válvula de contrapressão 28, a desconexão rápida de emergência 36, o transportador de ROV 34, a ferramenta de remoção de plugue 32 e o conector 24) pode ser colocado em uma manobra com apenas um conector do bloqueio e do assentamento. Então, a instalação do sistema de Figura 2 é mais rápida e mais econômica do que a instalação de sistemas conhecidos, muitos dos quais exigem a operação de múltiplas partes e de ferramentas separadamente, a fim de conectar a linha de suprimento de fluidos à árvore de produção.
[019] Com a estrutura da árvore de produção 2 e o sistema de injeção de fluido, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, a trajetória de fluxo de fluido introduzida através do sistema é conforme a seguir: Primeiro, o fluido percorre de uma fonte de fluido até o conector 24, por meio da linha de suprimento de fluido 22. Então o fluido percorre através do conector 24 e do mandril 6, por meio da abertura de fluido 8. A válvula de acesso anular 10 é aberta e a válvula mestra de espaço anular 14 é fechada, de modo que o fluido percorre através da válvula de acesso anular 10 e na abertura de cruzamento 12. Desde então, com a válvula de cruzamento 16 aberta, a válvula de acesso de produção 18 fechada e a válvula mestra de produção 20 aberta, o fluido percorre através da válvula de cruzamento 16 e da válvula mestra de produção 20, no furo de produção 4. Então, o fluido entra na árvore de produção 2 através do mandril 6 e, por fim, no furo de produção 4. A partir do furo de produção 4, o fluido percorre no tubo de produção do poço.
[020] Outra realização da invenção inclui um método para injetar fluido no tubo de produção de um poço introduzindo-se o fluido através de um mandril no topo de uma árvore de produção. Primeiro, a árvore de produção é posicionada no topo do poço, de modo que o furo de produção da árvore esteja em comunicação fluida com o tubo de produção no poço. Em uma realização, a árvore de produção é projetada conforme descrito acima, em referência à Figura 1, com uma trajetória de fluxo entre um mandril no topo da árvore e o furo de produção da árvore. Uma linha de suprimento de fluido, tal como aquela descrita acima, em relação à Figura 2, é presa ao mandril da árvore de produção. Desde então, o fluido é injetado através do mandril, no tubo de produção da árvore, e então a partir da árvore no tubo de produção do poço. Em uma realização, o líquido pode ser líquido de injeção por pressão em incrustações, embora outros tipos de fluido possam ser introduzidos pelo mesmo método.
[021] Embora a invenção tenha sido mostrada ou descrita em apenas algumas de suas formas, deve estar evidente para aqueles técnicos no assunto que a mesma não é tão limitada, mas é suscetível a várias mudanças, sem se afastar do escopo da invenção. Por exemplo, além das partes da árvore de produção especificamente discutidas acima, outros componentes da árvore conhecidos podem ser incluídos na árvore. Por exemplo, a árvore pode incluir estrangulamentos, linhas de controle elétricas ou hidráulicas para as válvulas, etc. Similarmente, esse sistema pode ser integrado com outros pacotes de águas profundas. Além disso, deve-se compreender que as realizações reveladas acima são meramente ilustrativas dos princípios e aplicações da presente invenção. Consequentemente, numerosas modificações podem ser feitas às realizações ilustrativas e outros arranjos podem ser planejados sem se afastar do escopo da presente invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims (17)

1. SISTEMA PARA INJETAR FLUIDOS EM UM POÇO, caracterizado por compreender: - uma árvore de produção (2) que tem um mandril (6) no topo da mesma e preso ao topo de um poço que tem tubo de produção, o mandril (6) que tem um furo de mandril através dele, em que a árvore (2) tem um furo de produção (4) disposto e projetado para estar em comunicação fluida com o tubo de produção do poço; - uma válvula de saída de produção (18) no furo de produção (4) para seletivamente abrir e fechar o furo de produção (4); - a árvore tendo uma passagem anular de tubo que se estende de um anel de tubulação em torno da tubulação de produção até uma trajetória de fluxo de mandril que se estende a partir do furo de mandril; - uma válvula de trajetória de fluxo de mandril para seletivamente abrir e fechar a trajetória de fluxo de mandril do tubo anular; - a árvore que tem uma passagem de comunicação com uma extremidade anular de tubo que se junta a passagem anular de tubo em um ponto entre a válvula de trajetória de fluxo de mandril e o tubo anular, e uma extremidade de passagem de produção que se junta a saída de produção em um ponto entre a válvula de saída de produção (18) e a tubulação de produção; - uma linha de suprimento de fluido (22) presa ao mandril (6) da árvore (2) acima da trajetória de fluxo de mandril, e em comunicação fluida com o furo de produção (4) através de uma trajetória de injeção a partir do furo de mandril através da passagem anular de tubo e a passagem de comunicação quando a árvore está em um modo de injeção com a abertura da válvula de trajetória de fluxo de mandril e a válvula de saída de produção (18) fechada; - uma válvula de passagem de comunicação para seletivamente abrir e fechar a passagem de comunicação; e - em que a válvula de comunicação é aberta enquanto a árvore está no modo de injeção e fechada enquanto a árvore está no modo de produção.
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um conector (24) posicionado entre a linha de suprimento de fluido (22) e o mandril (6) e preso aos mesmos.
3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela linha de suprimento de fluido (22) estar conectada ao furo de produção (4) da árvore por pelo menos uma abertura (8) que se estende através do conector (24), e em que a pelo menos uma linha de suprimento de fluido (22) tem pelo menos uma válvula (10, 16, 20) de linha de suprimento de fluido posicionada na mesma.
4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por durante o modo de produção, o furo de produção (4) está em comunicação com o tubo de produção, com a válvula de saída de produção (18) aberta e a válvula de mandril fechada.
5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma válvula mestra de espaço anular (14) na passagem anular de tubo entre o espaço anular e a extremidade de espaço anular da passagem de comunicação; e em que a válvula mestra de espaço anular (14) é fechada enquanto a árvore está no modo injeção.
6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por ainda compreender um dispositivo de desconexão rápida de emergência (36) preso entre a linha de suprimento de fluido (22) e o conector (24).
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: - um suporte tubular pousado na árvore de produção, o suporte tubular sendo conectado ao tubo de produção e tendo uma passagem do suporte tubular em comuicação fluida com o tubo de produção e unindo o furo de produção (4); - uma válvula mestra de produção (20) entre a saída de produção e a passagem do suporte tubular; e em que: - a válvula mestra da produção (20) é aberta enquanto a árvore está no modo de injeção.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mandril (6) ter uma parede lateral cilíndrica que se estende ao redor de um eixo de furo do mandril; e parte da trajetória de mandril de tubo anular se estende para baixo dentro da parede lateral.
9. SISTEMA DE INJEÇÃO POR ALTA PRESSÃO EM INCRUSTAÇÕES, caracterizado por compreender: - uma árvore de produção (2) que compreende: - uma primeira extremidade que tem um mandril (6) com um furo de mandril e um perfil externo anular cercando um eixo de mandril; - uma segunda extremidade que tem um furo de produção (4) e preso a um poço tendo tubo de produção no poço e um tubo anular em torno do tubo de produção, de modo que o furo de produção (4) da árvore (2) esteja em comunicação fluida com o tubo de produção do poço; - uma passagem anular de tubo que se estende a partir do tubo anular para uma trajetória de mandril de tubo anular, que se estende a partir de um furo de mandril; - uma válvula mestra de espaço anular (14) na passagem anular do tubo; - uma válvula de acesso ao espaço anular (10) na passagem anular do tubo entre a trajetória de mandril de tubo anular e a válvula mestra de espaço anular (14); - pelo menos uma abertura (8) que conecta o mandril (6) ao furo de produção (4); - um furo de produção (4) que leva do tubo de produção para conexão a uma linha de fluxo; - uma válvula de saída de produção (18) para seletivamente abrir e fechar o furo de produção (4); - uma abertura de cruzamento (12) que tem uma extremidade anular de tubo que se junta a passagem anular de tubo em um ponto entre a válvula mestra de espaço anular (14) e a válvula de acesso ao espaço anular (10), a abertura de cruzamento (12) tendo uma extremidade de saída de produção que se junto a saída de produção em um ponto entre o tubo de produção e a válvula de saída de produção (18); - uma válvula de cruzamento (16) na abertura de cruzamento (12); - um conector que se conecta ao perfil externo do mandril (6); - pelo menos uma válvula (10, 16, 20) localizada dentro de pelo menos uma abertura (8); e - uma linha de suprimento de injeção por alta pressão em incrustações (22) presa ao conector, de modo que a linha de suprimento de injeção por alta pressão em incrustações (22) esteja em comunicação fluida com o furo do mandril (6) acima da porta de mandril anular de tubo; em que - a árvore (2) tem um modo de injeção com a válvula de acesso ao espaço anular (10), a válvula mestra de espaço anular (14) fechada, a válvula de cruzamento (16) aberta, e a válvula de saída de produção (18) fechada, definindo um caminho de fluxo que se comunica a linha de suprimento de fluido (22) com a tubulação de produção via o furo de mandril, a trajetória de mandril de tubo anular, a passagem anular de tubo, a abertura de cruzamento (12), e uma porção do furo de produção (4) entre a válvula de saída de produção (18) e a tubulação de produção; e - a árvore (2) tendo um modo de produção com a válvula de acesso ao espaço anular (10) fechada, a válvula mestra de espaço anular (14) fechada, a válvula de cruzamento (16) fechada, e a válvula de saída de produção aberta, definindo um caminho de fluxo que se comunica ao tubo de produção com a linha de fluxo.
10. SISTEMA DE INJEÇÃO POR ALTA PRESSÃO EM INCRUSTAÇÕES, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela passagem anular de tubo entre a trajetória de mandril de tubo anular e a válvula de acesso ao espaço anular (10) se estender para baixo dentro de uma parede lateral do mandril (6).
11. SISTEMA DE INJEÇÃO POR ALTA PRESSÃO EM INCRUSTAÇÕES, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente um suporte tubular pousado na árvore de produção abaixo da trajetória de mandril de tubo anular, o tubo de produção sendo conectado ao suporte tubular, o suporte tubular tendo um furo concêntrico de suporte tubular com o furo de mandril e uma abertura de produção de suporte tubular a partir do furo de suporte tubular para a saída de produção; - uma válvula mestra de produção (20) entre a saída de produção e a passagem do suporte tubular; e em que: - a válvula mestra da produção (20) é aberta enquanto a árvore está no modo de injeção.
12. SISTEMA DE INJEÇÃO POR ALTA PRESSÃO EM INCRUSTAÇÕES, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo conector e a linha de suprimento de fluido (22) serem configurados para serem rebaixados em um nível submarino como uma unidade e conectados ao mandril (6).
13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por ainda compreender um dispositivo de desconexão rápida de emergência (36) preso entre a linha de suprimento de injeção por alta pressão em incrustações (22) e o conector (24).
14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela árvore de produção (2) ser uma árvore horizontal.
15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente uma válvula de linha de suprimento de fluido na linha de suprimento de fluido.
16. MÉTODO PARA INJETAR FLUIDO EM UM POÇO, caracterizado por compreender as etapas de: - fornecer uma árvore de produção (2) com um mandril (6) tendo um furo de mandril, um furo de produção (4), uma válvula de saída de produção (18) no furo de produção (4), uma passagem anular de tubo levando a trajetória de mandril de tubo anular que se estende a partir do furo de mandril, uma válvula de acesso ao espaço anular (10) na passagem anular de tubo, e uma abertura de cruzamento (12) tendo uma extremidade anular de tubo e que se junta a passagem anular de tubo e uma extremidade de saída de produção que se junta ao furo de produção (4); - conectar uma árvore de produção (2) a um poço, de modo que o furo de produção (4) da árvore (2) esteja em comunicação fluida com o tubo de produção no poço e um tubo anular que cerca o tubo de produção está em comunicação fluida com a passagem anular de tubo; - conectar uma linha de suprimento de fluido (22) ao mandril (6) da árvore (2); - abrir a válvula de acesso ao espaço anular (10) e fechar a válvula de saída de produção (18), fornecendo uma trajetória de fluido em modo injeção a partir da linha de suprimento de fluito até o furo de mandril, através da trajetória de mandril de furo anular, a passagem anular de tubo e a abertura de cruzamento (12) do furo de produção (4) e até o tubo de produção; - enquanto estiver no modo de injeção, injetar fluido através da linha de suprimento de fluido (22), até o furo de produção (4) da árvore, e até o tubo de produção do poço; e - fechar a válvula de acesso ao espaço anular (10) e abrir a válvula de saída de produção (18), fornecendo uma trajetória de fluido em modo produção, a partir do tubo de produção através da válvula de saída de produção (18).
17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de prover a árvore (2) com uma válvula mestra de espaço anular (14) entre o espaço anular do tubo e a abertura de passagem (12) e fechar a válvula mestra de espaço anular (14) enquanto a árvore (2) está em modo de injeção e no modo de produção.
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