BR112015018534B1 - Disposição de válvula, método de operação de um poço de hidrocarboneto compreendendo uma pluralidade de mandris de bolsa lateral, e mandril de bolsa lateral para colocação em um poço de hidrocarboneto que compreende a disposição de válvula - Google Patents

Abstract

DISPOSIÇÃO DE VÁLVULA E MÉTODO DE OPERAÇÃO DA MESMA. A presente invenção está correlacionada a uma disposição de válvula (8) para controlar o fluxo de um fluido de injeção proveniente de um espaço anular (4) dentro de um conduto de poço (5) de um poço de hidrocarboneto (1), compreendendo um corpo de válvula (9) que pode ser inserido dentro de um mandril de bolsa lateral (6) do poço de hidrocarboneto (1), o corpo de válvula compreendendo: pelo menos uma porta de entrada (10) para recebimento do fluido de injeção proveniente do espaço anular do poço; pelo menos uma porta de saída (11) para liberação do fluido de injeção para o conduto do poço; uma válvula de injeção de fluido (19) sendo disposta em comunicação fluida com a dita pelo menos uma porta de entrada e a dita pelo menos uma porta de saída, e sendo operável entre uma posição aberta e uma posição fechada para controlar o fluxo do fluido de injeção através da disposição de válvula; um dispositivo de acionamento (22) para acionar a válvula de injeção de fluido na direção da posição fechada; e uma disposição de fole (24) compreendendo um primeiro elemento de pressão (26), um segundo elemento de pressão (27) e pelo menos um elemento de fole (34, 35), incluindo pelo menos (...).

Description

[001] A presente invenção está correlacionada a uma disposição de válvula para controlar o fluxo de um fluido de injeção de um espaço anular de um poço dentro de um conduto de poço de um poço de hidrocarboneto, compreendendo: -um corpo de válvula que pode ser inserido dentro de um mandril de cavidade lateral do poço de hidrocarboneto, o corpo de válvula compreendendo: -pelo menos uma porta de entrada para recebimento do fluido de injeção proveniente do espaço anular do poço; -pelo menos umaporta de saída para liberação do fluidodeinjeçãopara o conduto do poço; -uma válvula de injeção de fluido sendo disposta em comunicação fluida com a dita pelo menos uma porta de entrada e a dita pelo menos uma porta de saída, e sendo operável entre uma posição aberta e uma posição fechada para controlar o fluxo do fluido de injeção através da disposição de válvula; -um dispositivo de acionamento para acionar a válvula de injeção de fluido na direção da posição fechada; e - uma disposição de fole compreendendo um primeiro elemento de pressão, um segundo elemento de pressão epelo menos umelemento de fole,incluindopelo menos umacâmara defole compreendendo umfluido defole (diafragma), em que os elementos de pressão são hidraulicamente conectados através do fluido de fole (diafragma); caracterizada pelo fato de que a válvula de injeção de fluido é conectada ao segundo elemento de pressão e o dispositivo de acionamento é disposto adjacente ao primeiro elemento de pressão para acionar a válvula de injeção de fluido na direção da posição fechada através do primeiro elemento de pressão, do fluido de diafragma e do segundo elemento de pressão.

[002] Especificamente, a presente invenção se refere a uma disposição de válvula para operações de descarga e elevação de gás em um poço de hidrocarboneto.

[003] A presente invenção também se refere a um método de operação da dita disposição de válvula em um poço de hidrocarboneto, e ainda a um mandril de bolsa lateral compreendendo tal disposição de válvula.

[004] Nas válvulas conhecidas do tipo acima identificado, a disposição de fole é posicionada adjacente à câmara de fluido de injeção, de modo que o fluido de injeção que entra na disposição de válvula proveniente do espaço anular pode atuar sobre o segundo elemento de pressão da disposição de fole. Quando a pressão do fluido de injeção atuando sobre o segundo elemento de pressão supera a pressão através da qual o dispositivo de acionamento influencia o primeiro elemento de pressão, o segundo elemento de pressão irá abrir a válvula de injeção de fluido. Uma válvula desse tipo é divulgada no documento de patente WO 2010/062187 A1.

[005] Entretanto, a exposição da disposição de fole à pressão flutuante do fluido de injeção no espaço anular coloca um problema para esse tipo de disposição de válvula. Especificamente, devido à exposição à pressão flutuante do fluido de injeção, o fole será submetido a um grande número de ciclos de compressão e expansão durante sua vida útil, o que pode provocar defeitos para a disposição de fole e da válvula.

[006] Um objetivo da presente invenção é solucionar esse problema e proporcionar uma disposição de válvula que seja submetida a um reduzido número de ciclos de fole e, portanto, apresente uma aperfeiçoada expectativa de vida.

[007] A disposição de válvula de acordo com a invenção é caracterizada pelo fato de compreender: -pelo menos uma porta de linha de controle disposta no corpo de válvula para comunicação fluida com uma linha de controle do poço; e -uma câmara de fluido de controle disposta no interior do corpo de válvula, adjacente ao segundo elemento de pressão e em comunicação fluida com a dita pelo menos uma porta de linha de controle, em que a câmara de fluido de controle compreende um fluido hidráulico de controle para pressionar a válvula de injeção de fluido na direção da posição aberta, através do segundo elemento de pressão.

[008] Mediante aumento da pressão na linha de controle e, consequente aumento de pressão na câmara de fluido de controle, um operador pode diretamente atuar o segundo elemento de pressão e, desse modo, o movimento da válvula de injeção de fluido.

[009] O dispositivo de acionamento pode ser um domo carregado de gás, uma mola de compressão, um acionador hidráulico ou elétrico ou qualquer outro dispositivo de acionamento capaz de proporcionar um movimento de acionamento.

[0010] O principal benefício da disposição de válvula de acordo com a invenção é uma redução no número de ciclos exigidos para a disposição ou sistema de fole. A redução nos ciclos exigidos é obtida pelo fato de que o movimento do fole ser controlado pela pressão na linha de controle. Isso significa que o operador terá um total controlecomrelação aomovimentodo fole durante toda a sua vida útil. O único tempo em que o fole será operado é quando édada a partidano poço e depoisdas paradas,ou quando uma válvula é fechada durante uma operação de elevação de gás, quando a mesma foi usada como uma válvula de operação. Além disso, em uma disposição de válvula de acordo com a invenção, não irá ocorrer nenhuma trepidação ou rápida ciclagem da disposição de fole durante uma mudança ou redução de pressão, o que também irá reduzir o número potencial de ciclos exigidos.

[0011] Outro benefício da disposição de válvula de acordo com a invenção é a possibilidade de execução de um teste de pressão do espaço anular sem a presença de elementos de conveniência, isto é, válvulas de conveniência ou fictícias, instaladas nos mandris de bolsa lateral. Um adequado ajuste da pressão da linha de controle e acionamento da pressão do dispositivo irá garantir que a alta pressão no espaço anular não irá abrir as válvulas, quando a pressão da linha de controle for zero na superfície. Após o teste de pressão no espaço anular ter terminado, a pressão na linha de controle pode ser aumentada para abrir as válvulas, quando exigido. O benefício da possibilidade do teste de pressão no espaço anular irá remover a exigência de intervenção de cabo de aço após a fase de completação do poço, uma vez que o teste de pressão do espaço anular pode ser realizado sem a presença de elementos fictícios ou de conveniência instalados no interior dos mandris de bolsa lateral. Além disso, irá permitir a execução de trabalhos de estimulação ácida, sem ter de tracionar válvulas operadas por pressão de orifício e injeção e substituir as mesmas por elementos fictícios.

[0012] Vantajosamente, a disposição de fole é uma disposição de fole duplo, isto é, uma disposição de fole compreendendo duas câmaras de fole em comunicação fluida entre si. Entretanto, qualquer tipo de disposição de fole conhecida no segmento da técnica pode ser usada.

[0013] Pode ser vantajoso se dispor o dispositivo de acionamento, a disposição de fole e a válvula de injeção de fluido ao longo de um eixo central do corpo de válvula, de modo que uma eficiente configuração de espaço seja obtida.

[0014] A seguir, as modalidades da presente invenção serão descritas em maiores detalhes.

[0015] As modalidades são ilustradas pelos desenhos anexos, nos quais: -a figura 1 é uma ilustração esquemática de um poço de hidrocarboneto, o qual compreende um sistema de elevação de gás compreendendo mandris de bolsa lateral e uma disposição de válvula de acordo com a invenção; -a figura 2 é uma vista esquemática em seção transversal de uma modalidade da disposição de válvula, de acordo com a invenção; -a figura 3 é uma vista em corte, parcialmente aberta, de um mandril de bolsa lateral compreendendo uma disposição de válvula de acordo com a invenção; e -a figura 4 é uma vista lateral do mandril de bolsa lateral de acordo com o mostrado na figura 3.

[0016] Na descrição que se segue, as partes que são similares são assinaladas em todo o relatório descritivo e desenhos com as mesmas referências numéricas. As figuras não são necessariamente desenhadas em escala e, em alguns exemplos, foram exageradas ou simplificadas para esclarecer melhor determinadas características da invenção. Também, dentro do escopo da presente divulgação, os termos “superior” e “inferior” e os correspondentes termos “acima”, “abaixo”, “ascendente”, “descendente”, etc., são apenas termos relativos usados para indicar posições e movimentos relativos dentro da característica discutida, e não devem ser informados seus significados absolutos como dentro de um sistema de referência baseado na terra.

[0017] Afigura1mostraum poçode hidrocarboneto (1) compreendendo uma coluna de produção (2) que é envolvida por um revestimento (3), formando um espaço anular (4) entre a coluna de produção (2) e o revestimento (3). A coluna de produção (2) compreende uma tubagem de produção ou condutos de poço (5), tendo uma pluralidade de mandris de bolsa lateral (6a-6f) dispostos ao longo da extensão da tubagem de produção (5).

[0018] Cada mandril de bolsa lateral (6a-6f) compreende uma disposição de válvula de acordo com a invenção. Também, se deslocando ao longo da extensão da coluna de produção (2), o poço (1) compreende uma linha de controle hidráulico de superfície (7), a qual é conectada a cada mandril de bolsa lateral (6a-6f), a fim de operar a disposição de válvula ali montada, de uma maneira que será divulgada a seguir.

[0019] Uma modalidade de uma disposição de válvula (8), de acordo com a invenção, será agora discutida fazendo-se referência à figura 2.

[0020] A disposição de válvula (8) compreende um corpo de válvula alongado e geralmente cilíndrico (9), que pode ser constituído de uma ou uma pluralidade de seções de corpo. O formato do corpo de válvula (9) é tal que a disposição de válvula (8) pode ser inserida de forma vedada em uma bolsa de um mandril de bolsa lateral, de uma maneira já conhecida no segmento da técnica. Para tal fim, o formato do corpo de válvula (9), geralmente, corresponde ao formato da parede lateral interna da bolsa, e a disposição de válvula (8) pode ser instalada e removida do mandril de bolsa lateral de uma maneira conhecida no segmento da técnica, por exemplo, por meio de uma operação conhecidas por wireline (cabo de aço).

[0021] O corpo de válvula (9) compreende uma primeira extremidade superior (60) e uma segunda extremidade inferior (61). Conforme anteriormente indicado, os termos “superior” e “inferior” e os correspondentes termos “acima”, “abaixo”, “ascendente”, “descendente”, etc., são apenas termos relativos usados para indicar posições e movimentos relativos, não sendo apresentados com um significado absoluto. Assim, por exemplo, dependendo da situação, a disposição de válvula (8) pode ser montada com a extremidade superior (60) abaixo ou no mesmo nível da extremidade inferior (61).

[0022] O corpo de válvula (9) compreende uma ou uma pluralidade de portas de entrada (10) para recebimento de um fluido de injeção proveniente do espaço anular do poço, através de uma correspondente abertura ou aberturas no mandril de bolsa lateral, de uma maneira que, por sua vez, é conhecida no segmento da técnica. Abaixo das portas de entrada (10) na extremidade inferior (61) do corpo de válvula (9), o corpo de válvula (9) compreende uma ou uma pluralidade de portas de saída (11) para descarga do fluido de injeção para a tubagem de produção, diretamente ou através de uma correspondente abertura ou aberturas no mandril de bolsa lateral, de uma maneira que, por sua vez, é também conhecida no segmento da técnica. Acima das portas de entrada (10), o corpo de válvula (9) compreende uma ou uma pluralidade de portas de linha de controle (12) que são dispostas para se comunicar com uma linha hidráulica de controle (7) (ver a figura 1), através de uma correspondente abertura ou aberturas no mandril de bolsa lateral. Consequentemente, na direção longitudinal do corpo de válvula (9), as portas de entrada (10) são posicionadas entre as portas de saída (11) e as portas de linha de controle (12).

[0023] A disposição de válvula (8) compreende ainda primeira (13), segunda (14) e terceira (15) disposições de vedação anular ou pilhas de vedações, que são dispostas em torno do corpo de válvula (9), para proporcionar vedações herméticas a fluido entre o corpo de válvula (9) e a parede lateral interna geralmente cilíndrica da bolsa receptora (não mostrado) do mandril de bolsa lateral, quando a disposição de válvula (8) é ali montada. As portas de linha de controle (12) são posicionadas entre a primeira pilha de vedação (13) e a segunda pilha de vedação (14), de modo que as pilhas de vedação (13) e (14) proporcionam a vedação de um espaço ou recesso anular (16) que circunda as portas de linha de controle (12), quando a disposição de válvula (8) é montada no mandril de bolsa lateral, cujo espaço ou recesso é configurado para formar a interface entre as portas de linha de controle (12) e a correspondente abertura ou aberturas do mandril de bolsa lateral. As portas de entrada (10) são posicionadas entre a segunda pilha de vedação (14) e a terceira pilha de vedação (15), de modo que as pilhas de vedação (14) e (15) proporcionam a vedação das portas de entrada (10) quando a disposição de válvula (8) é montada no mandril de bolsa lateral. As portas de saída (11) são posicionadas abaixo da terceira pilha de vedação (15), de modo que o vazamento entre o espaço anular do poço e o conduto do poço através das aberturas do mandril de bolsa lateral é evitado.

[0024] A disposição de válvula (8) compreende uma câmara de fluido de injeção (18) disposta no interior do corpo de válvula (9), em comunicação fluida com as portas de entrada (10).

[0025] A disposição de válvula (8) compreende também uma válvula de injeção de fluido (19), disposta em comunicação fluida com a câmara de fluido de injeção (18) e operável entre uma posição aberta e uma posição fechada, para controlar o fluxo de fluido de injeção através da disposição de válvula (8). A válvula de injeção de fluido (19) compreende uma haste de válvula (20) e uma sede de válvula (21). A sede de válvula (21) é estacionária, montada no corpo de válvula (9). A haste de válvula (20), por outro lado, é montada de modo móvel no corpodeválvula (9), de modo que pode ser operada para cima e para baixo, na direção longitudinal do corpode válvula (9) ede modo queuma cabeçade haste de válvula (17) da haste deválvula (20) possa sertrazida para fora eem contato com asede de válvula (21), desse modo, trazendo a válvula de injeção de fluido (19) para dentro da posição aberta e fechada, respectivamente.

[0026] A disposição de válvula (8) compreende ainda um dispositivo de acionamento (22), conectado à válvula de injeção de fluido (19), para pressionar a válvula (19) na direção da posição fechada.

[0027] Na modalidade divulgada, o dispositivo de acionamento (22) compreende um elemento de acionamento na forma de um domo carregado de gás (23), isto é, um domo cheio de gás pressurizado, por exemplo, gás nitrogênio. Alternativamente, o elemento de acionamento pode ser uma mola de compressão, um pistão hidráulico operado por uma linha de controle ou qualquer outro tipo de dispositivo que proporcione uma força de acionamento.

[0028] O dispositivo de acionamento (22) é conectado à válvula de injeção de fluido (19) através de uma disposição de fole (24) disposta no interior do corpo de válvula (9), abaixo do dispositivo de acionamento (22), isto é, entre o dispositivo de acionamento (22) e a válvula de injeção de fluido (19). Na modalidade divulgada, a disposição de fole (24) compreende um elemento anular (31), um primeiro elemento de pressão superior geralmente cilíndrico (26), disposto acima do elemento anular (31), e um segundo elemento de pressão inferior geralmente cilíndrico (27), disposto abaixo do elemento anular (31). A disposição de fole (24) compreende ainda um primeiro elemento de fole superior geralmente cilíndrico (34), e um segundo elemento de fole inferior geralmente cilíndrico (35). Os elementos de fole (34,35), vantajosamente, compreendem folhas metálicas dobradas ou interligadas, capazes de proporcionar um movimento tipo sanfona. Esses elementos de fole são conhecidos no segmento da técnica, pelo que, não serão aqui mais discutidos. A extremidade superior (36) do elemento de folesuperior(34)é conectada ao elemento de pressão superior (26), e a extremidade inferior (37) do elemento de folesuperior(34)é conectada ao elemento anular (31), conformedivulgadonafigura 2, de modo que o elemento de fole superior (34) inclui uma primeira câmara de fole superior. De maneira similar, a extremidade superior (39) do elemento de fole inferior (35) é conectada ao elemento anular (31) e a extremidade inferior (40) do elemento de fole inferior (35) é conectada ao elemento de pressão inferior (27), de modo que o elemento de fole inferior (35) inclui uma segunda câmara de fole inferior. As câmaras de folesão cheiascom um fluido incompressível, por exemplo, óleo de silicone ou outro fluido hidráulico. Além disso, ascâmaras defole estão em comunicação fluida entre si, através de uma ou uma pluralidade de aberturas ou canais no elemento anular (31), de modo que o fluido de fole (diafragma) hidráulico possa circular entre as câmaras de fole. Consequentemente, os elementos de pressão (26) e (27) são hidraulicamente conectados entre si através das aberturas ou canais dispostos no elemento anular (31). Quando a disposição de fole (24) é montada no corpo de válvula (9), o anel (31) é rigidamente fixado ao corpo de válvula (9), e as superfícies da manta dos elementos de pressão (26) e (27) são dispostas para deslizar contra a superfície interna cilíndrica (42) do corpo de válvula (9). Consequentemente, a disposição de fole (24) é configurada para ser operável entre uma primeira posição terminal superior, na qual o fole superior (34) é estendido e o fole inferior (35) é completamente comprimido, e uma segunda posição terminal inferior, na qual o fole superior (34) é completamente comprimido e o fole inferior (35) é estendido, conforme mostrado na figura 2. Quando a disposição de fole (24) é trazida da posição terminal superior para a posição terminalinferior,o fluidode fole é trazido paracircular a partirda câmara de folesuperiorpara a câmara de fole inferior, através do canal ou canais dispostos no elemento anular (31); e quando a disposição de fole (24) é trazida da posição terminal inferior para a posição terminal superior, o fluido de fole é trazido para circular na outra direção, isto é, a partir da câmara de fole inferior para a câmara de fole superior, através do canal ou canais dispostos no elemento anular (31). Isso proporciona um movimento controlado da disposição de fole (24) quando os elementosdepressão(26) e (27) sãoacionados.

[0029] A disposição de fole (24) é posicionada adjacenteaoprimeiro dispositivo deacionamento(22), isto é, o domo carregado de gás (23) na modalidade divulgada, de modo que o elemento de pressão superior (26) é submetido à força de pressão do primeiro dispositivo de acionamento (22), isto é, a força resultante da pressão do gás no domo (23), na presente modalidade. O elemento de pressão inferior (27) é fixado à haste de válvula (20). Consequentemente, a força dirigida descendentemente gerada pelo primeiro dispositivo de acionamento (22) será transferida para a haste de válvula (20) através do fluido hidráulico nas câmaras de fole, desse modo, inclinando a válvula de injeção de fluido (19) na direção de sua posição fechada.

[0030] Entretanto, quando a disposição de fole (24) alcança sua posição terminal inferior, na qual o fole superior (34) está completamente comprimido, o elemento de pressão superior (26) irá se apoiar no elemento anular (31) através do fole comprimido (34), conforme mostrado na figura 2, cujo elemento anular (31) irá então absorver a força de pressão do primeiro dispositivo de acionamento (22).

[0031] A disposição de válvula (8) compreende ainda uma câmara de fluido de controle (30) para o confinamento de um fluido hidráulico de controle. A câmara (30) é disposta no interior do corpo de válvula (9), adjacente ao elemento de pressão inferior (27). A câmara (30) está em comunicação fluida com as portas de linha de controle (12), de modo que a pressão do fluido de controle na câmara de fluido de controle (30) pode ser controlada através da linha de controle (7) (ver a figura 1). Consequentemente, o elemento de pressão inferior (27) é submetido à pressão do fluido de controle na câmara (30), e a força dirigida ascendentemente gerada pelo fluido de controle na câmara (30) irá, portanto, ser transferida para a haste de válvula (20) através do elemento de pressão inferior (27), desse modo, inclinando a válvula de injeção de fluido (19) na direção de sua posição aberta. Entretanto, quando a disposição de fole (24) alcança sua posição terminal superior, em cuja posição o fole inferior (35) está completamente comprimido, o elemento de pressão inferior (27) irá se apoiar no elemento anular (31) através do fole comprimido (35), cujo elemento anular (31) irá então absorver a força de pressão gerada pela pressão do fluido de controle.

[0032] Na modalidade divulgada, a válvula de injeção de fluido (19), o dispositivo de acionamento (22) e a disposição de fole (24) são dispostos ao longo do eixo central do corpo de válvula (9). Isso proporciona uma configuração efetiva e eficiente de espaço da disposição de válvula (8).

[0033] Conforme evidenciado da figura 2, a haste de válvula (20) se desloca através da câmara de fluido de controle (30) e da câmara de fluido de injeção (18). A fim de impedir o fluido de injeção de entrar na câmara de fluido de controle (30), e vice-versa, isto é, impedir o fluido hidráulico de controle de entrar na câmara de fluido de injeção (18), uma vedação anular dinâmica (42) é disposta no corpo de válvula (9), entre a câmara de fluido de injeção (18) e a câmara de fluido de controle (30), cuja vedação (42) proporciona uma vedação hermética a fluido entre a haste de válvula (20) e a parede interior do corpo de válvula (9).

[0034] Um elemento barreira ou válvula de saída (43) atuando como uma válvula de contrapressão de fluxo reverso pode, vantajosamente, ser disposto a jusante da válvula de injeção de fluido (19), para impedir o fluido de produção de entrar na câmara de fluido de injeção (18), quando a pressão na tubagem de produção se tornar mais alta que a pressão no espaço anular. Essa válvula pode ser qualquer tipo de dispositivo de válvula barreira, de válvula de saída ou de válvula de contrapressão, já conhecidos no segmento da técnica.

[0035] A fim de garantir uma vedação hermética a fluido entre a cabeça da haste de válvula (17) e a sede da válvula (21), pode ser vantajoso dividir a haste de válvula (20) em uma primeira seção de haste superior (28) e uma segunda seção de haste inferior (29), conforme mostrado na figura 2, e conectar a seção de haste inferior (29) com a seção de haste superior (28), de modo que a seção de haste inferior (29) possa se mover na direção longitudinal do corpo de válvula (9), relativamente à seção de haste superior (28). Nessa modalidade, uma primeira mola (44) é vantajosamente disposta entre as seções de haste (28, 29), para pressionar a seção de haste inferior (29) numa direção descendente em relação à seção de haste superior (28). Do mesmo modo, pode ser vantajoso conectar a cabeça de haste de válvula (17) com a seção de haste inferior (29), de modo que a cabeça de haste de válvula (17) possa se mover na direção longitudinal do corpo de válvula (9), em relação à seção de haste inferior (29). Nessa modalidade, uma segunda mola (45) é vantajosamente disposta entre a cabeça de haste de válvula (17) e a seção de haste inferior (29), para pressionar a cabeça de haste de válvula (17) numa direção descendente em relação à seção de haste inferior (29).

[0036] A operação da disposição de válvula (8) será agora discutida. Conforme discutido com relação à figura 1, a operação da disposição de válvula (8) exige que uma linha de controle (7) seja deslocada para o mandril de bolsa lateral, no qual a disposição de válvula (8) deverá ser montada. Antes da montagem da disposição de válvula (8) no mandril de bolsa lateral, o domo (23) é pressurizado para um nível de pressão predefinido, que é escolhido de acordo com a profundidade de operação pretendida da disposição de válvula. Assim, por exemplo, o nível de pressão pode se dispor dentro da faixa de 100 a 700 bar. Após isso, a disposição de válvula (8) é montada em um mandril de bolsa lateral, por exemplo, por meio de uma operação tipo wireline, de modo que as portas de entrada (10), portas de saída (11) e portas da linha de controle (12) sejam trazidas em comunicação com as correspondentes portas ou aberturas no mandril de bolsa lateral. Depois, quando em operação, a válvula de injeção de fluido (19) pode ser aberta e fechada por meio de um operador, aumentando e reduzindo a pressão na linha de controle (7) e, consequentemente, na câmara de fluido de controle (30), por exemplo, a partir da superfície do poço. O fluido hidráulico na câmara de fluido de controle (30) irá produzir uma força dirigida ascendentemente, que irá atuar sobre o elemento de pressão inferior (27), e o gás pressurizado no domo(23) irá produzir uma força dirigida descendentemente, que irá atuar sobre o elemento de pressão superior (26).

[0037] A fim de abrir a válvula de injeção de fluido (19), o operador irá aumentar a pressão na linha de controle (7) e, consequentemente, na câmara de fluido de controle (30). Quando a pressão na câmara de fluido de controle (30) se tornar suficientemente alta para gerar uma força dirigida ascendentemente atuando sobre o elemento de pressão inferior (27), essa força superando a força dirigida descendentemente atuando sobre o elemento de pressão superior(26) devidoà pressãodo gás nodomo (23), a cabeça de hastedeválvula(17) serálevantadada sede de válvula (21) por meio do movimento da disposição de fole (24), e o gás de injeção será capaz de circular através da válvula de injeção (19) e depois através da válvula tipo barreira ou de saída (43) e dentro da tubagem de produção (5). Se a pressão na câmara de fluido de controle (30) se tornar suficientemente grande para forçar a disposição de fole (24) para dentro de sua posição terminal superior, em cuja posição o fole inferior (35) está completamente comprimido e a válvula de injeção (19) se encontra na sua máxima posição de abertura, a força de pressão ascendentemente gerada pelo fluido hidráulico de controle será absorvida pelo elemento anular (31), conforme já discutido anteriormente, e o domo (23) não será submetido a uma excessiva força de pressão ascendente.

[0038] A fim de fechar a válvula de injeção de fluido (19), o operador reduz a pressão na linha de controle (7) e, consequentemente, na câmara de fluido de controle (30). Quando a pressão na câmara de fluido de controle (30) se torna suficientemente baixa para permitir a força dirigida descendentemente atuar sobre o elemento de pressão superior (26), para superar a força dirigida ascendentemente, a cabeça de haste de válvula (17) será trazido de volta em contato com a sede de válvula (21), e a válvula de injeção (19) será fechada. Se a pressão na câmara de fluido de controle (30) se tornar suficientemente baixa para permitir a disposição de fole (24) se dispor dentro de sua posição terminal inferior, em cuja posição o fole superior (34) está completamente comprimido e a válvula de injeção (19) está fechada, a força de pressão descendente gerada pela pressão de gás no domo (23) será absorvida pelo elemento anular (31), conforme foi discutido acima.

[0039] Quando da operação de um poço tendo uma pluralidade de disposições de válvula, conforme mostrado na figura 1, a força de acionamento do dispositivo de acionamento em cada disposição de válvula deve ser ajustada de acordo com a profundidade da operação desejada, de modo que a força de acionamento de cada disposição de válvula seja maior que as forças de acionamento de disposições de válvulas posicionadas acima. Ao dispor das forças de acionamento dessa maneira, e também conectando cada disposição de válvula com a mesma linha de controle, o operador pode abrir as disposições de válvula em sequência, a partir da disposição de válvula superior e descendentemente, mediante aumento de pressão da linha de controle. Consequentemente, quando da operação de um poço tendo uma pluralidade de disposições de válvulas compreendendo domos carregados de gás, a pressão do domo em cada disposição de válvula deverá ser ajustada, de modo que a pressão do domo de cada disposição de válvula seja superior à pressão do domo da disposição de válvula vizinha disposta acima.

[0040] As figuras 3 e 4 divulgam uma modalidade de um mandril de bolsa lateral (70), compreendendo uma disposição de válvula (71), de acordo com a invenção. O mandril de bolsa lateral (70) compreende aberturas de entrada (72) para recebimento de fluido de injeção de um espaço anular de poço, e uma abertura de saída (73) para liberação do fluido de injeção para um conduto do poço ou tubagem de produção (74) do mandril de bolsa lateral (70).

[0041] A disposição de válvula (71) compreende um corpo de válvula (75) alongado e geralmente cilíndrico, que pode ser constituído de uma ou uma pluralidade de seções. O formato do corpo de válvula (75) é tal que a disposição de válvula (71) pode ser inserida de modo recuperável e vedável dentro de uma primeira disposição de um receptáculo ou bolsa (76) do mandril de bolsa lateral (70). Para tal fim, o formato do corpo de válvula (75) geralmente corresponde ao formato da parede lateral interna da bolsa (76), e a disposição de válvula (71) pode ser instalada e removida da bolsa (76) de uma maneira já conhecida no segmento da técnica, por exemplo, por meio de uma operação tipo wireline, através da tubagem de produção.

[0042] O corpo de válvula (75) compreende uma primeira extremidade (77) e uma segunda extremidade (78). O corpo de válvula (75) compreende também uma pluralidade de portas de entrada (79) para recebimento de um fluido de injeção proveniente do espaço anular do poço. Em um lado das portas de entrada (79), na direção da segunda extremidade (78), o corpo de válvula (75) compreende uma pluralidade de portas de saída (80) para liberação do fluido de injeção para a tubagem de produção (74), através da abertura (73). No outro lado das portas de entrada (79), o corpo de válvula (75) compreende uma pluralidade de portas de linha de controle (81), dispostas para se comunicar com as linhas de controle hidráulico (7a,7b), através de correspondentes aberturas ou condutos (82,83) no mandril de bolsa lateral (70). Consequentemente, na direção longitudinal do corpo de válvula (75), as portas de entrada (79) são posicionadas entre as portas de saída (80) e as portas de linha de controle (81).

[0043] As linhas de controle hidráulico (7a,7b) se dirigem para os vizinhos mandris de bolsa lateral no poço, conforme mostrado na figura 1.

[0044] A disposição de válvula (71) compreende ainda primeira (84), segunda (85) e terceira (86) disposições de vedação anular ou pilhas de vedações, que são dispostas em torno do corpo de válvula (75), para proporcionar vedações herméticas a fluido entre o corpo de válvula (75) e a parede lateral interna geralmente cilíndrica da bolsa receptora (76), quando a disposição de válvula (71) é ali montada. As portas de linha de controle (81) são posicionadas entre a primeira pilha de vedação (84) e a segunda pilha de vedação (85), de modo que as pilhas de vedação (84) e (85) proporcionam a vedação de um espaço ou recesso anular (87) (ver a figura 4) que circunda as portas de linha de controle (81), quando a disposição de válvula (71) é montada no mandril de bolsa lateral (70), cujo espaço ou recesso (87) é configurado para formar a interface entre as portas de linha de controle (81) e as correspondentes aberturas (82,83). As portas de entrada (79) são posicionadas entre a segunda pilha de vedação (85) e a terceira pilha de vedação (86), de modo que as pilhas de vedação (85) e (86) proporcionam a vedação das portas de entrada (79) quando a disposição de válvula (71) é montada no mandril de bolsa lateral (70). A terceira pilha de vedação (86) é posicionada entre as portas de saída (80) e as portas de entrada (79), de modo que o vazamento entre o espaço anular do poço e o conduto do poço é evitado.

[0045] O interior da disposição de válvula (71) corresponde ao interior da disposição de válvula divulgada acima (8), desse modo, compreendendo: -uma válvula de injeção de fluido (não visível nas figuras 3 e 4) sendo disposta em comunicação com as portas de entrada (79) e as portas de saída (80), e sendo operável entre uma posição aberta e uma posição fechada para controlar o fluxo do fluido de injeção através da disposição de válvula (71); -um dispositivo de acionamento (não visível nas figuras 3 e 4) para acionar a válvula de injeção de fluido na direção da posição fechada; -uma disposição de fole (não visível nas figuras 3 e 4) compreendendo um primeiro elemento de pressão, um segundo elemento de pressão e pelo menos um elemento de fole, incluindo pelo menos uma câmara de fole compreendendo um fluido de fole, em que os elementos de pressão são hidraulicamente conectados através do fluido de fole; e -uma câmara de fluido de controle (não visível nas figuras 3 e 4) disposta no interior do corpo de válvula (75), adjacente ao segundo elemento de pressão e em comunicação fluida com as portas de linha de controle (81), em que a câmara de fluido de controle compreende um fluido hidráulico de controle para pressionar a válvula de injeção de fluido na direção da posição aberta, através do segundo elemento de pressão.

[0046] Vantajosamente, a válvula de injeção de fluido, o dispositivo de acionamento, a disposição de fole e a câmara de fluido de controle são idênticas à válvula de injeção de fluido (19), dispositivo de acionamento (22), disposição de fole (24) e câmara de fluido de controle (30), respectivamente, conforme mostrado na figura 2, sendo dispostos para operar da mesma maneira.

[0047] O mandril de bolsa lateral de acordo com a invenção pode compreender apenas uma válvula, isto é, a disposição de válvula de acordo com a invenção. Entretanto, em algumas aplicações, pode ser vantajoso se dispor de válvulas adicionais no mandril de bolsa lateral, por exemplo, uma segunda válvula disposta em série com a disposição de válvula de acordo com a invenção. As figuras 3 e 4 mostram essa configuração, onde o mandril de bolsa lateral (70) compreende uma segunda válvula (88) que é inserida de modo recuperável e vedável dentro de uma segunda disposição de receptáculo ou bolsa (90) do dito mandril de bolsa lateral (70).

[0048] Do mesmo modo que a disposição de válvula (71) conforme a invenção, a segunda válvula (88) compreende um corpo de válvula (89) alongado e geralmente cilíndrico, que pode ser constituído de uma ou uma pluralidade de seções de corpo. O formato do corpo de válvula (89) é tal que a segunda válvula (88) pode ser inserida de modo recuperável e vedável dentro da segunda bolsa (90) do mandril de bolsa lateral (70). Para tal fim, o formato do corpo de válvula (89) geralmente corresponde ao formato da parede lateral interna da bolsa (90), e a segunda válvula (88) pode ser instalada e removida da bolsa (90) de uma maneira já conhecida no segmento da técnica, por exemplo, por meio de uma operação tipo wireline, através da tubagem de produção.

[0049] O corpo de válvula (89) compreende uma primeira extremidade (91) e uma segunda extremidade (92). O corpo de válvula (89) compreende também uma ou uma pluralidade de portas de entrada (93) para recebimento do fluido de injeção proveniente do espaço anular do poço. Na segunda extremidade (92), o corpo de válvula (89) compreende uma pluralidade de portas de saída (94), que se comunicam com as portas de entrada (93) através de um corpo de válvula interno e uma configuração de sede de válvula (não mostrado). Essas configurações de corpo de válvula e sede de válvula já são conhecidas e não serão aqui discutidas em maiores detalhes.

[0050] A disposição de válvula (71) compreende ainda primeira (95) e segunda (96) disposições de vedação anular, ou pilhas de vedações que são dispostas em torno do corpo de válvula (89), para proporcionar vedações herméticas a fluido entre o corpo de válvula (89) e a parede lateral interna geralmente cilíndrica da bolsa receptora (90), quando a segunda válvula (88) é ali montada. As portas de entrada (93) são posicionadas entre as pilhas de vedação (95), (96), de modo que as pilhas de vedação (95), (96) proporcionem a vedação das portas de entrada (93) quando a válvula (88) é montada no mandril de bolsa lateral (70). A segunda pilha de vedação (96) é posicionada entre as portas de entrada e saída (93,94), de modo que um vazamento entre as portas de saída (94) e o espaço anular do poço é evitado.

[0051] O mandril de bolsa lateral (70) compreende um conduto (97) (ver a figura 4), que conecta de modo fluido a primeira bolsa (76) com a segunda bolsa (90). O conduto (97) se estende entre a seção interna da segunda bolsa (90) e a seção intermediária da primeira bolsa (76), de modo que um percurso de fluxo a partir das portas de saída (94) da segunda válvula (88) para as portas de entrada (79) da disposição de válvula (71) se torna possível. O mandril de bolsa lateral (70) é então configurado para proporcionar um percurso de fluxo a partir do espaço anular para a tubagem de produção através da segunda válvula (88) e disposição de válvula (71), em que a disposição de válvula (71) é posicionada em série com a segunda válvula (88). Consequentemente, a segunda válvula (88) e a disposição de válvula (71) se encontram abertas e o fluido no espaço anular é permitido de circular na seguinte ordem, através das aberturas de entrada (72), das portas de entrada (93), da segunda válvula (88), das portas de saída (94), do conduto (97), das portas de entrada (79), da válvula de injeção de fluido (19) (conforme a figura 2), da válvula tipo barreira ou de saída (43) (conforme a figura 2), portas de saída (80) e, finalmente, através da abertura de saída (73) e dentro da tubagem de produção.

[0052] A segunda válvula (88) pode ser de um tipo já conhecido no estado da técnica. Por exemplo, a segunda válvula (88) pode ser uma válvula de elevação de gás operada por injeção de pressão, que permite um fluido de injeção circular a partir das portas de entrada (93) para as portas de saída (94). Preferivelmente, a segunda válvula compreende o funcionamento de uma válvula de contrapressão, que não permite ao fluido circular na outra direção, isto é, das portas de saída (94) para as portas de entrada (93). Isso permite à disposição de válvula (71) ser removida da primeira bolsa (76) sem a barreira de fluido entre a tubagem de produção e sem que o espaço anular do poço seja comprometido. Também, essa configuração proporciona uma configuração de dupla barreira, em que a válvula tipo barreira ou de saída (43) forma uma primeira barreira e a segunda válvula (88) forma uma segunda barreira para o fluido na tubagem de produção.

[0053] Na segunda modalidade, a primeira bolsa (76) e segunda bolsa (90) se estendem de extremidades opostas do mandril de bolsa lateral (70). Também, as bolsas (76, 90) são paralelas, mas se desviam axialmente. Entretanto, outras configurações são possíveis, desde que se mantenha a relação em série entre a segunda válvula (88) e a disposição de válvula (71). Assim, por exemplo, as bolsas podem ser axialmente alinhadas e/ou podem se estender a partir da mesma extremidade do mandril de bolsa lateral.

[0054] Conquanto que a matéria aqui divulgada tenha sido descrita com referência às modalidades ilustrativas, a presente descrição não é idealizada de ser construída com um sentido limitativo. Diversas modificações das modalidades ilustrativas, assim como, de outras modalidades da matéria apresentada são possíveis dentro do escopo da invenção reivindicada.

Claims (12)

1.Disposição de válvula (8,71) para controlar o fluxo de um fluido de injeção de um espaço anular de poço (4) dentro de um conduto de poço (5,74) de um poço de hidrocarboneto (1), compreendendo: -um corpo de válvula (9,75) que pode ser inserido dentro de um mandril de bolsa lateral (6,70) do poço de hidrocarboneto (1), o corpo de válvula (9,75) compreendendo: -pelo menos uma porta de entrada (10,79) para recebimento do fluido de injeção proveniente do espaço anular do poço (4); -pelo menos uma porta de saída (11,80) para liberação do fluido de injeção para o conduto do poço (5, 74); -uma válvula de injeção de fluido (19) sendo disposta em comunicação fluida com a dita porta de entrada (10) e a dita porta de saída (11), e sendo operável entre uma posição aberta e uma posição fechada para controlar o fluxo do fluido de injeção através da disposição de válvula (8); -um dispositivo de acionamento (22) para acionar a válvula de injeção de fluido (19) na direção da posição fechada; e -uma disposição de fole (24) compreendendo um primeiro elemento de pressão (26), um segundo elemento de pressão (27) e pelo menos um elemento de fole (34,35), incluindo pelo menos uma câmara de fole compreendendo um fluido de fole, em que os elementos de pressão (26,27) são hidraulicamente conectados através do fluido de fole; em que a válvula de injeção de fluido (19) é conectada ao segundo elemento de pressão (27), e o dispositivo de acionamento (22) é disposto adjacente ao primeiro elemento de pressão (26) para acionar a válvula de injeção de fluido (19) na direção da posição fechada através do primeiro elemento de pressão (26), do fluido de fole e do segundo elemento de pressão (27), caracterizada pelo fato de que a disposição de válvula (8) compreende: -pelo menos uma porta de linha de controle (12, 81) disposta no corpo de válvula (9) para comunicação fluida com uma linha de controle (7,7a,7b) do poço (1); e -uma câmara de fluido de controle (30) disposta no interior do corpo de válvula, adjacente ao segundo elemento de pressão (27) e em comunicação fluida com a dita porta de linha de controle (12,81), em que a câmara de fluido de controle compreende um fluido hidráulico de controle para pressionar a válvula de injeção de fluido (19) na direção da posição aberta, através do segundo elemento de pressão (27).

2.Disposição de válvula (8), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de acionamento (22), a disposição de fole (24) e a válvula de injeção de fluido (19) são dispostos ao longo de um eixo central do corpo de válvula (9).

3.Disposição de válvula (8), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a disposição de fole (24) é posicionada entre o dispositivo de acionamento (22) e a válvula de injeção de fluido (19).

4.Disposição de válvula (8), de acordo com qualquer uma dasreivindicaçõesanteriores, caracterizada pelo fato de que a disposição de fole (24) compreende um primeiro elemento de fole (34) incluindo uma primeira câmara de fole, e um segundo elemento de fole (35) incluindo uma segunda câmara de fole, em que as primeira e segunda câmaras de fole se encontram em comunicação fluida entre si.

5.Disposição de válvula (8), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de acionamento (22) compreende um domo carregado de gás (23).

6.Disposição de válvula (8), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a válvula de injeção de fluido (19) compreende uma haste de válvula (20) e uma sede de válvula (21), em que a haste de válvula (20) se desloca através da câmara de fluido de controle (30) e câmara de fluido de injeção (18), e em que uma vedação dinâmica (42) é disposta entre a câmara de fluido de injeção (18) e a câmara de fluido de controle (30) para proporcionar uma vedação hermética de fluido entre a haste de válvula (20) e o corpo de válvula (9), a fim de impedir o fluido de injeção de entrar na câmara de fluido de controle (30) e impedir o fluido hidráulico de controle de entrar na câmara de fluido de injeção (18).

7.Disposição de válvula (8,71), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as primeira (13,84), segunda (14,85) e terceira (15,86) disposição de vedação anulares são dispostas em torno do corpo de válvula (9,75) para proporcionar vedações herméticas a fluido entre o corpo de válvula (9,75) e uma bolsa de recebimento (76) de um mandril de bolsa lateral (70), em que a dita porta de linha de controle (12,81) é posicionada entre a primeira disposição de vedação (13,84) e a segunda disposição de vedação (14,85), e em que a dita porta de entrada (10,79) é posicionada entre a segunda disposição de vedação (14, 85) e a terceira disposição de vedação (15, 86).

8.Disposição de válvula (8), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que uma válvula de contrapressão de fluxo reverso (43) é disposta a jusante da válvula de injeção de fluido (19), para impedir o fluido de produção de entrar na câmara de fluido de injeção (18).

9.Método de operação de um poço de hidrocarboneto (1), compreendendo uma pluralidade de mandris de bolsa lateral (6a-6f, 70), dispostos em diferentes profundidades, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: -conectar os mandris de bolsa lateral (6a-6f, 70) a uma linha de controle de superfície (7, 7a, 7b); -instalar uma disposição de válvula (8, 71), conforme definida em qualquer uma das reivindicações anteriores, em cada mandril de bolsa lateral (6a-6f, 70), em que o dispositivo de acionamento (22) de cada disposição de válvula (8) é configurado para prover uma força de pressão ao primeiro elemento de pressão (26), que é maior que a correspondente força de pressão da vizinha disposição de válvula (8) acima; e -abrir um desejado número de disposições de válvula nos mandris de bolsa lateral (6a-6f, 70) em sequência, a partir do topo do mandril de bolsa lateral (6a) e descendentemente, mediante aumento de pressão da linha de controle (7, 7a, 7b).

10.Mandril de bolsa lateral (6a-6f, 70) para colocação em um poço de hidrocarboneto (1), caracterizado pelo fato de compreender uma disposição de válvula (8, 71), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

11.Mandril de bolsa lateral (70), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender uma segunda válvula (88) disposta em série com a disposição de válvula (71), proporcionando uma configuração de válvula de dupla barreira entre um conduto do poço (74) e um espaço anular de poço do dito poço de hidrocarboneto (1).

12.Mandril de bolsa lateral (70), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a segunda válvula (88) é posicionada entre o espaço anular e a disposição de válvula (71).

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