BR112016026567B1

BR112016026567B1 - Adaptador para uma árvore de natal do campo de petróleo ou gás

Info

Publication number: BR112016026567B1
Application number: BR112016026567-0A
Authority: BR
Inventors: David Brown; Kim W. Christensen; Roar Eide; Lars Bay; Tommy Târneby; Thor Ketil Hallan
Original assignee: Aker Solutions As
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2022-03-15
Also published as: GB201616962D0; US9896897B2; AU2015261530A1; MY182928A; AU2015261530B2; GB2544186A; CA2946951A1; GB2544186B; NO20161941A1; BR112016026567A2; WO2015173319A1; NO347684B1; US20170183935A1

Abstract

adaptador suspenso de árvore de natal submarina universal. a invenção refere-se a um adaptador (15) para uma árvore de natal (4) do campo de petróleo ou gás, dito adaptador (15) compreendendo uma primeira interface (16) para conectar o adaptador (15) a uma correspondente interface (17) de árvore de natal disposta no topo da árvore de natal (4), diferenciado em que o adaptador (15) compreende ainda uma segunda interface (18), pelo menos um condutor de passagem, e pelo menos um elemento dentre: um elemento de barreira de poço, um perfil interno para assentamento de um tampão, um suspensor ou uma combinação de suspensor e tampão.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] Em um primeiro aspecto, a presente invenção está correlacionada a um adaptador para uma árvore de Natal do campo de petróleo ou gás.

[0002] Em um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um método para instalação de Bombas Elétricas Submersíveis (ESPs) ou outros equipamentos de fundo de poço em poços submarinos, usando um adaptador de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Mais especificamente, a invenção proporciona um método e equipamento para instalação submarina de ESPs e outros equipamentos, através de árvores de Natal (Xmas), a princípio, de qualquer tipo ou qualquer vendedor, sem recuperar suspensores adicionais da completação ou instalação existente no interior do carretel da árvore de Natal.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO E ESTADO DA TÉCNICA

[0003] Os equipamentos de fundo de poço incluem equipamentos auxiliares, como, por exemplo, as bombas elétricas submersíveis (ESPs), além de válvulas de controle de zonas, MPFMs (Fluxímetros Multifásicos), outros dispositivos de instrumentação, luvas, chokes (dispositivos de controle de vazão de escoamento) e outros equipamentos. A instalação ou substituição desses equipamentos é difícil e apresenta um alto custo.

[0004] Isso pode ser explicado, por exemplo, fazendo-se referência às bombas elétricas submersíveis (ESPs). As ESPs são usadas para elevação artificial de fluidos de um poço. A maioria dos poços se beneficia da elevação artificial para aumentar a produção. As ESPs constituem uma de diversas opções para elevação artificial, que são de utilidade quando tomadas isoladamente ou em combinação. A elevação artificial reduz a pressão de produção no fundo do poço, relativa à formação, para se obter uma maior velocidade de produção do poço. Uma ESP, tipicamente, é uma bomba centrífuga, colocada no fundo do poço. As restrições de tamanho do fundo do poço limitam a vazão e a carga de pressão dessas bombas. O acesso restrito e os numerosos modelos de árvore de Natal limitam o uso prático e a instalação das mesmas. A integridade do poço, como, por exemplo, o estado das superfícies de vedação e barreiras do poço, deve ser mantida. Tipicamente, as ESPs são usadas para moderar os poços de alto volume de vazão e são, tipicamente, suspensas de alguma maneira, a partir da cabeça do poço. A Norma API RP11 S3 descreve práticas recomendadas para instalação das ESPs.

[0005] Tipicamente, existem dois métodos de instalação de ESPs, a saber: 1. Puxando a tubulação de produção e reinstalando a mesma com a ESP; 2. Instalando a ESP através da tubulação de produção existente. Esse método restringe acentuadamente o tamanho e o tipo da ESP, mas, permite custos inferiores de instalação e de recondicionamento de poço.

[0006] A presente invenção está correlacionada ao método mencionado no item 2 acima, embora não seja limitada apenas para as ESPs, mas, para quaisquer dos equipamentos acima mencionados. Existem trabalhos em andamento para executar a instalação de um sistema suspensor no interior de modelo de árvore de Natal submarina (XT), para equipamentos instalados através da tubulação, mas, todos esses modelos exigem que o ponto de suspensão seja específico para o tipo da XT em questão.

[0007] Algumas publicações de patentes que descrevem os antecedentes da técnica ou a técnica correlacionada incluem os documentos de patentes US 2011/0011596 A, US 2010/0096144 A1, US 2002/070030 A1, WO 2014/107470 A2, US 2014/158347 A1, CA 2822242 A1, US 2012/222856 A1 e WO 2012/074607 A1.

[0008] O documento de patente GB 2498068 A mostra um adaptador de riser de perfuração que proporciona acessos ou portas para umbilicais de mangueiras flexíveis. No entanto, esse tipo de adaptador não proporciona nenhuma interface para recebimento de um elemento tipo barreira ou similar elemento de tampão.

[0009] Um primeiro objetivo da presente invenção é de proporcionar um adaptador para uma árvore de Natal que possibilite o assentamento de um elemento barreira de poço, um perfil interno para assentamento de um tampão, um suspensor ou uma combinação de suspensor e tampão. Outro objetivo da invenção é proporcionar um método que facilite a instalação de uma ESP ou outro equipamento em um poço submarino, através da tubulação de produção existente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] A invenção alcança os referidos objetivos mediante provisão de um adaptador para uma árvore de Natal do campo de petróleo e gás, dito adaptador compreendendo uma primeira interface para conectar o adaptador a uma correspondente interface de árvore de Natal, disposta no topo da dita árvore de Natal, caracterizado em que o adaptador compreende ainda uma segunda interface, pelo menos um condutor de passagem e pelo menos um elemento dentre: um elemento barreira de poço, um perfil interno para assentamento de um tampão, um suspensor ou uma combinação de suspensor e tampão.

[0011] Preferivelmente, a segunda interface se dispõe em uma extremidade do adaptador, oposta à dita primeira interface, e em que o dito pelo menos um condutor de passagem, disposto lateralmente ou axialmente, conecta o interior do adaptador com o exterior do mesmo, e pelo menos um elemento barreira de poço, que se constitui de uma válvula ou tampão compatível de barreira de poço, ou uma combinação dos mesmos.

[0012] Preferivelmente, o condutor de passagem é configurado para conduzir um ou mais dentre os seguintes insumos: energia elétrica, comunicação elétrica, comunicação ótica, líquido hidráulico, e gás, em qualquer combinação.

[0013] O adaptador, preferivelmente, compreende uma coluna pendurada dentro de uma tubulação de produção, a partir de uma barreira de poço inferior, dita coluna compreendendo todas ou algumas das linhas, cabos e tubos do condutor de passagem. Preferivelmente, a dita coluna é uma tubulação espiralada, incluindo as ditas linhas, cabos e tubos, dita tubulação espiralada sendo suspensa de um tampão dentro da dita árvore de Natal ou do dito adaptador.

[0014] Preferivelmente, o dito condutor de passagem se estende lateralmente através de uma parede lateral do dito adaptador. Alternativamente, o dito condutor de passagem se estende verticalmente através de uma tampa no topo do dito adaptador. Preferivelmente, o dito condutor de passagem é disposto abaixo da dita pelo menos uma barreira de poço. Além disso, e preferivelmente, o adaptador compreende duas barreiras de poço, e o dito condutor de passagem é disposto entre as ditas duas barreiras de poço.

[0015] O adaptador, preferivelmente, compreende um conector de árvore de Natal, adaptado para fazer interface com um suspensor de tubulação da árvore de Natal, para conectar as árvores de Natal horizontais, ou com o interior do carretel da árvore de Natal, para conectar as árvores de Natal verticais.

[0016] O adaptador é capaz de suportar a pressão do poço, preferivelmente, também a pressão de poços de alta pressão.

[0017] Preferivelmente, a segunda interface é um perfil de H4.

[0018] A invenção também proporciona um método para instalação de uma ESP ou outro equipamento de fundo de poço submarino, para ser adaptado dentro de uma completação existente de um poço submarino. O método é caracterizado pelas seguintes etapas: - para fechar válvulas de isolamento em cada lado, com relação ao fluxo de produção, dos tampões de coroamento da árvore de Natal submarina; - opcionalmente, para circular para fora fluido de hidrocarboneto proveniente do volume isolado entre as ditas válvulas fechadas de isolamento e para equilibrar a pressão; - para remover os tampões de coroamento do topo da árvore de Natal submarina; - para instalar a ESP ou outro equipamento submarino de disposição no fundo do poço, pendurado a partir de uma coluna, de uma barreira de poço inferior de um adaptador, de acordo com a invenção, mediante disposição do equipamento e do adaptador em adequada posição, com seguinte conexão do adaptador à árvore de Natal, desse modo, instalando permanentemente o adaptador no topo da árvore de Natal submarina.

[0019] Preferivelmente, o adaptador com o equipamento submarino de fundo de poço conectado, são montados em uma estrutura e instalados usando o sistema guia da árvore de Natal existente.

[0020] Também, é possível instalar o adaptador e a ESP usando um sistema de recondicionamento de poço de águas abertas.

[0021] A presente invenção, no seu aspecto mais elaborado, pode compreender quatro partes principais: 1. Um adaptador de árvore de Natal com um condutor de passagem para um cabo de energia e sinal, conforme descrito acima, incluindo um método correlacionado; 2. Um cabo de energia e de sinal suspenso a partir do adaptador de árvore de Natal; 3. Uma estação de acoplamento para a unidade de bomba; 4. Uma unidade de bomba convencional, per si.

[0022] A presente invenção é adequada para cooperação com uma disposição para acoplamento de uma bomba elétrica submersível em um poço de produção de petróleo ou gás, compreendendo uma estação de acoplamento com um perfil de assentamento para receber uma unidade de bomba e um cabo de energia e de sinal conectado à dita estação de acoplamento, caracterizado pelo fato de compreender ainda elementos de vedação e de assentamento para engatar a estação de acoplamento com a superfície interna de uma tubulação de produção, e com um elo fraco de cabo no dito cabo ou entre o dito cabo e a dita estação de acoplamento.

[0023] Preferivelmente, a estação de acoplamento compreende pelo menos um assentamento de tampão e um perfil de assentamento. Ditos elementos de vedação e assentamento, preferivelmente, são de um tipo que é capaz de prender a estação de acoplamento a uma superfície lisa interna da dita tubulação de produção. Em um adicional aspecto, a presente invenção pode cooperar com uma disposição de bomba elétrica submersível para um poço de petróleo ou gás, compreendendo uma estação de acoplamento com um perfil de assentamento para receber uma unidade de bomba e um cabo de energia e sinal conectado à dita estação de acoplamento, dita estação de acoplamento sendo disposta dentro de uma tubulação de produção, caracterizada em que o dito cabo é conectado à dita estação de acoplamento dentro da dita tubulação de produção e se estende dentro da dita tubulação de produção entre a dita estação de acoplamento e uma árvore de Natal. Preferivelmente, o dito cabo se estende através de um adaptador fixado ao topo da dita árvore de Natal.

[0024] Preferivelmente, o dito cabo se estende através de um condutor de passagem no lado do dito adaptador. Preferivelmente, o dito cabo é envolvido dentro de uma tubulação espiralada, dita tubulação espiralada sendo suspensa a partir de um tampão dentro da árvore de Natal ou do dito adaptador.

[0025] Em um primeiro aspecto, a invenção concerne um adaptador para uma árvore de Natal do campo de petróleo ou gás, dito adaptador compreendendo uma primeira interface para conectar o adaptador a uma correspondente interface de árvore de Natal, disposta no topo da dita árvore de Natal.

[0026] O adaptador apresenta uma segunda interface, oposta à dita primeira interface, dita segunda interface podendo ser idêntica ou diferente da interface da árvore de Natal.

[0027] Isso proporciona a possibilidade de equipar a árvore de Natal com adicionais características, tais como, adicionais perfis de tampão, condutor de passagem de cabo, adicionais válvulas e sensores.

[0028] Preferivelmente, o adaptador é uma unidade de alta pressão, capaz de suportar a pressão do poço. Consequentemente, apenas um tampão será necessário e uma tampa de detritos pode ser usada no topo do adaptador.

[0029] Preferivelmente, a segunda interface é um perfil de H4. Desse modo, um equipamento padrão para conexão da árvore de Natal com o perfil de H4 pode ser usado para se conectar com o topo do adaptador.

[0030] A presente invenção supera as limitações correlacionadas às soluções do estado da técnica ao estabelecer uma interface universal que permite a instalação de uma conexão (hidráulica, ótica, elétrica, injeção de gás) para o equipamento instalado de passagem da tubulação para poços, com todos os tipos de árvores de Natal (XTs) (horizontal, vertical, híbrida). O adaptador da invenção, preferivelmente, provê um elemento suspensor, de utilidade para instalação e subsequente serviços de recondicionamento de poço, sem que haja recuperação de adicionais suspensores da completação ou instalação existente no interior do carretel da árvore de Natal, o que proporciona significativas simplificações e economias de custo, no decorrer do período de vida do poço submarino.

[0031] Preferivelmente, o adaptador da invenção apresenta o suspensor e barreiras de poço sobre um cubo de extensão montado acima do corpo existente de árvore de Natal, ao mesmo tempo em que mantém as exigências de barreira dos sistemas submarinos. Além disso, possibilita instalar um equipamento após a fase de produção, enquanto o equipamento existente é mantido no lugar. O peso e as forças impostas pelo novo equipamento podem ser distribuídas entre o adaptador e a completação, para evitar desnecessárias cargas sobre a cabeça de poço, mediante uso de packers de regulagem profunda.

[0032] Preferivelmente, um ou ambas as barreiras de poço compreendem furos de passagem para um ou mais dentre os seguintes insumos: energia elétrica, comunicação elétrica, comunicação ótica, líquido hidráulico, e gás, em qualquer combinação. Preferivelmente, uma ou ambas as barreiras de poço são válvulas ou tampões compatíveis para barreiras de poço, ou uma combinação das mesmas. O adaptador de acordo com a invenção, preferivelmente, compreende uma coluna pendurada dentro da tubulação de produção, a partir da barreira de poço inferior; a coluna pode ou não compreender todas as linhas, cabos e tubos do condutor de passagem, preferivelmente, embutidos em um tubo ou tubulação, em furos de passagem e coluna, ou ambos. Preferivelmente, conectores capazes de encaixe são incluídos nos furos de passagem, coluna ou ambos.

[0033] Preferivelmente, o adaptador compreende um condutor de passagem que é trazido horizontal ou lateralmente da barreira de poço inferior ou de entre a barreira de poço inferior e superior, fora de uma parede lateral do cubo de extensão, da parte que se estende do adaptador.

[0034] O adaptador, preferivelmente, compreende um tampão como barreira de poço superior, para a modalidade com furos de passagem ou penetradores laterais ou horizontais. Alternativamente, os furos de passagem são retirados para fora do adaptador pelo topo, para cuja modalidade, furos de passagem ou penetradores, preferivelmente, são dispostos através de ambas as barreiras de poço.

[0035] O adaptador, preferivelmente, compreende um conector de árvore de Natal, adaptado para fazer interface com um suspensor da tubulação da árvore de Natal, para conexão com árvores de Natal horizontais, ou com o interior do carretel da árvore de Natal, para conexão com árvores de Natal verticais. Outros modelos de conectores podem ser também possíveis.

[0036] Preferivelmente, a parte do conector superior é uma parte de conector que faz interface com os BOPs (Blow out Preventers - Dispositivos Preventores de Surgência Descontrolada de Fluidos, como, por exemplo, Válvulas de Segurança), LRPs (Lower Riser Packages - Pacotes de Riser Inferior), outros equipamentos de intervenção e uma tampa de detritos superior de alta pressão, tal como, um perfil de H4 ou um conector submarino.

[0037] Preferivelmente, o adaptador com o equipamento submarino de fundo do poço conectado é montado em uma estrutura e instalado usando o sistema guia da árvore de Natal existente.

[0038] O adaptador de acordo com a invenção, também denominado de SUTHA (sigla em Inglês de Subsea Universal Tree Hang-off Adaptor)pode ser instalado no topo de todos os tipos de árvores de Natal, também chamadas de XTs, e pode ser utilizado para desenvolvimentos de campos de produção “verdes” ou campos de produção “marrons”. Duas barreiras de poço, em que a barreira inferior se constitui de um adicional suspensor, são incluídas no SUTHA, podendo substituir os convencionais tampões de coroamento no topo da árvore de Natal. A invenção também cobre o uso de válvulas de barreira compatíveis, em vez de tampões, se necessário. As barreiras de poço ou tampões irão atuar como elementos barreira durante um modo de produção normal do poço, da mesma maneira que os convencionais tampões de coroamento fazem na árvore de Natal. Pelo menos um dos tampões é preferivelmente designado com condutor de passagem para insumos elétrico, hidráulico e de gás, além de linhas de comunicação. Uma coluna será instalada abaixo do SUTHA para transferir energia (hidráulica e elétrica) e sinais de comunicação (elétricos, de fibra ótica) no fundo do poço. A coluna pode também ser usada para injeção de gás, onde o gás pode ser bombeado a montante através da coluna e liberado em diversas profundidades no poço, dependendo das necessidades específicas para elevação de gás ou para outras finalidades. A referida coluna pode ser também usada para conduzir fluido pressurizado para acionamento de uma bomba hidráulica de fundo do poço ou para outros fins. A referida coluna pode ser uma tubulação espiralada com linhas de energia e sinal no seu interior, linhas de serviço embutidas em um cabo ou corda de fibra, ou outros tipos de coluna de intervenção. Qualquer novo necessário equipamento pode ser instalado, na medida em que possa ser adaptado dentro do tamanho da completação existente. O principal equipamento no SUTHA (como, por exemplo, tampões, interfaces de conexão e específicos perfis de interface de árvore de Natal) será montado em uma estrutura que pode ser instalada no sistema guia da árvore de Natal existente.

[0039] Uma tubulação espiralada, uma instalação umbilical ou conexões com instalações umbilicais existentes são preferivelmente usadas durante a instalação.

[0040] O adaptador é designado para ser permanentemente instalado em uma árvore de Natal existente, o que permite a possibilidade de se instalar e se comunicar com um novo equipamento de fundo de poço, sem recuperação da completação de um poço.

[0041] O SUTHA será designado para fazer interface no topo de todos os tipos de árvores de Natal, independentemente do vendedor. Tipicamente, isso será feito mediante inclusão de um conector de interface de árvore de Natal do vendedor em questão no lado inferior. No topo do SUTHA, um adequado perfil será incluído (por exemplo, o perfil H-4) para fazer interface com o BOP, LRP ou outros equipamentos de intervenção. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS - A Figura 1 é uma vista global de um adaptador de acordo com a invenção; - a figura 2 ilustra um adaptador conforme a invenção, instalado em uma árvore de Natal horizontal; - a figura 3 ilustra um adaptador conforme a invenção, instalado em uma árvore de Natal vertical; - a figura 4 ilustra um condutor de passagem horizontal em um adaptador de acordo com a invenção; - a figura 5 ilustra um condutor de passagem vertical em um adaptador de acordo com a invenção; - a figura 6 ilustra um adaptador conforme a invenção, instalado em uma árvore de Natal híbrida; - as figuras 7 e 8 ilustram modalidades do estado da técnica correlacionadas à instalação de ESPs; - a figura 9 mostra uma disposição do princípio de acordo com a invenção; - a figura 10 mostra um adaptador de acordo com a invenção; - a figura 11 mostra uma estação de acoplamento que pode ser usada em conjunto com a invenção; - a figura 12 mostra a situação no poço quando uma estação de acoplamento é substituída por uma nova estação de acoplamento; e - a figura 13 mostra uma modalidade alternativa de uma disposição que incorpora o adaptador da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0042] A seguir, a mesma referência numérica foi usada para itens que apresentam a mesma função, muito embora o item possa não ser idêntico em todas as diversas modalidades.

[0043] A figura 1 ilustra um exemplo de um SUTHA, isto é, um adaptador (15), de acordo com a invenção. Dois tampões (31a) e (31b) no desenho substituem os dois tampões de coroamento na árvore de Natal (4), de modo a manter uma suficiente integridade do poço durante a produção. Os tampões foram dispostos em um respectivo perfil de tampão (31c) e (31d), formado no furo do adaptador (15). A figura também ilustra como o tampão inferior (31b) é projetado com o necessário condutor de passagem (19) com os insumos elétrico, hidráulico, de fibra ótica ou de gás, para se conectar com a coluna ou com a tubulação disposta abaixo. Conectores de encaixe úmido são encaixados com as linhas de serviços de sinal e energia, entre os tampões (31a, 31b), para permitir um acesso horizontal (similar à penetração híbrida na árvore de Natal (4) ) . O condutor de passagem (19) pode também ser feito verticalmente, através do topo do cubo (50). Nesse caso, ambos os tampões (31a, 31b) irão apresentar uma capacitação vertical dos furos de passagem. Uma tampa de detritos de alta pressão (51) é instalada no topo do adaptador (15). Entre o cubo da árvore de Natal (4) e o adaptador (15) se dispõe um conector de árvore de Natal (52) que faz interface com o condutor de passagem para proporcionar um conduto para as linhas de energia e comunicação, ou linhas de injeção de gás.

[0044] As figuras 2 e 3, anexas, ilustram como o adaptador SUTHA (15) pode ser instalado em ambas as árvores de Natal (4) horizontal (HXT) e vertical (VXT). Na árvore de Natal horizontal (HXT) (4), o adaptador SUTHA (15) apresenta um perfil interno (54) que faz interface com o Suspensor de Tubulação (53), enquanto na VXT (4), o perfil interno (55) faz interface com o interior do carretel da árvore de Natal (XT) (56).

[0045] As figuras 4 e 5 ilustram elementos de alimentação direta (19) horizontais e verticais, respectivamente, em adaptadores (15), conforme a invenção. Conforme visto na figura 5, o condutor de passagem vertical (19) é trazido através de uma tampa de detritos de alta pressão (51), disposta no topo do adaptador (15). No interior do adaptador (15), o condutor de passagem (19) é tipicamente conectado a um conector suspenso (31), que é conectado com insumos de energia e comunicação, para os meios de instrumentação e equipamentos no poço.

[0046] A figura 6 ilustra um adaptador (15) conforme a invenção, instalado em uma árvore de Natal híbrida.

[0047] A figura 7 mostra os princípios do método conhecido de cabeamento interno. A figura mostra um revestimento de poço (1) se estendendo dentro do piso de uma cabeça de poço (2), disposta no fundo do mar (3) . No topo da cabeça de poço (2) se dispõe uma árvore de Natal (4). Uma tubulação de produção (5) se estende a partir da árvore de Natal para dentro do poço, no interior do revestimento. Uma unidade de bomba (6) (algumas vezes chamada de ESP) se dispõe dentro da tubulação de produção. A unidade de bomba (6) é suspensa a partir de uma tubulação espiralada (7) . Um cabo de sinal e energia (8) é situado dentro da tubulação espiralada (7). A tubulação espiralada (7) é suspensa a partir de um tampão de suspensão (9), o qual foi assentado no interior da árvore de Natal (4) . O cabo (8) se estende através de uma tampa da árvore (10), depois, para cima, até a superfície do mar (não mostrado). A árvore (4) é uma árvore de Natal horizontal. Teoricamente é factível, mas, altamente impraticável o uso dessa técnica em uma árvore de Natal vertical, devido ao menor tamanho do furo de produção das árvores de Natal verticais.

[0048] A principal desvantagem desse método de suspensão da unidade de bomba (6) é o desafio encontrado durante a instalação do sistema e as dificuldades na substituição da ESP quando a mesma apresenta falhas. Além disso, é exigido o uso de tubulação espiralada para a instalação, devido a uma maior capacidade de tensão se comparado com o uso de cabos. O peso do sistema completo (principalmente devido à pesada tubulação espiralada) também impõe limitações para a profundidade da instalação. A instalação se torna bastante difícil de ser implementada em poços em atividade, na medida em que o sistema é dependente do fechamento das válvulas do fundo do poço, abaixo da localização da ESP. Isso torna o sistema menos robusto, e as opções para operações de contingência são limitadas. A substituição da unidade de bomba (6) é complexa e dispendiosa. A confiabilidade das válvulas do fundo do poço para fechamento do poço abaixo da unidade de bomba é questionável, e se a válvula do fundo do poço apresentar falha, a contingência será perdida, e uma dispendiosa operação é necessária para substituir a válvula.

Cabeamento Externo

[0049] A figura 8 mostra uma segunda alternativa estabelecida no estado da técnica. O revestimento do poço (1), cabeça de poço (2), árvore de Natal (4) e tubulação de produção (5) são elementos idênticos que aqueles mostrados na figura 1. No método de cabeamento externo, a unidade de bomba foi assentada em uma estação de acoplamento (11). A estação de acoplamento foi instalada junto com a tubulação de produção e inclui um elemento de penetração direta na tubulação de produção, com uma conexão de encaixe úmido (12) para conectar o cabo de energia e sinal (8) com a ESP.

[0050] O cabo (8) é roteado externamente à tubulação de produção (5), isto é, no espaço anular entre a tubulação de produção (5) e o revestimento (1). O cabo se estende através do elemento de penetração (13) na cabeça de poço (2) e através do elemento de penetração (14) na árvore de Natal (4). Sistemas desse tipo são descritos nos documentos de patentes US 2010/0707843 e US 2010/0835578.

[0051] A penetração através da tubulação de produção exige que a infraestrutura de opção de cabeamento externo deva ser instalada com a tubulação de produção. Na medida em que a completação deva ser especialmente feita para tal finalidade, é exigida a troca da completação (inter alia, da tubulação de produção), no caso de se promover a reforma de poços existentes. Isso torna esse método bastante dispendioso para a instalação de poços em campo marrom. A árvore de Natal deve ser substituída, na medida em que a maior parte das árvores não apresenta o exigido condutor de passagem para o cabo de energia e sinal. Se a estação ou cabo de acoplamento for danificado e parar de funcionar, toda a completação deverá também ser trocada.

[0052] A figura 9 mostra diversos elementos similares aos das figuras 1 e 2. As mesmas referências numéricas foram mantidas para os elementos que são substancialmente similares, tais como, o revestimento (1), a cabeça de poço (2), o fundo do mar (3), a árvore de Natal (4), a tubulação de produção (5), a unidade de bomba (6) e o cabo de energia e sinal (8).

[0053] A unidade de bomba é disposta em uma estação de acoplamento (11’), que é similar à estação de acoplamento (11) mostrada na figura 2, mas, não inclui uma penetração da tubulação de produção (5) . No entanto, a estação de acoplamento (11’) pode ser instalada junto com a tubulação de produção (5) . Alternativamente, ela pode ser instalada em um estágio posterior, mediante fixação da mesma na superfície interna da tubulação de produção, como é geralmente do conhecimento de um especialista versado na técnica.

[0054] A estação de acoplamento inclui um conector de encaixe úmido (ver a figura 5) e o cabo (8) é conectado à estação de acoplamento (11’) através de um elo fraco (30), disposto no interior da tubulação de produção (5) . O cabo (8) se estende ao longo da tubulação de produção (5), no interior da tubulação de produção (5), proveniente da estação de acoplamento (11’), através da cabeça de poço (2) e através da árvore de Natal (4).

[0055] No topo da árvore de Natal é conectado um adaptador (15). Esse adaptador é mostrado em maiores detalhes na figura 4. O adaptador (15) apresenta uma primeira interface inferior (16), que é adaptada para se encaixar com uma correspondente interface (17) no topo da árvore de Natal (4) . No topo do adaptador (15) se dispõe uma segunda interface superior (18), que é idêntica à interface (17) disposta no topo da árvore de Natal (4).

[0056] O adaptador (15) apresenta um condutor de passagem (19) para o cabo de energia e sinal (8), que se desloca através do adaptador e progressivamente para a superfície ou, alternativamente, se conecta a um conector de encaixe úmido disposto exteriormente ao adaptador (15). O condutor de passagem do cabo (8) está disposto na parte inferior do adaptador (15), a fim de reduzir o máximo possível a altura do dito adaptador (15).

[0057] Além disso, o adaptador (15) apresenta perfis de tampão internos (20) e (21) . Desse modo, o adaptador (15) serve para duas finalidades: (1) para proporcionar um condutor de passagem para o cabo (8); e (2) para proporcionar a árvore de Natal com perfis de tampão. Os perfis de tampão, que podem ser para um, dois ou mais tampões, promovem o tamponamento do furo da árvore de Natal e, desse modo, promovem o fechamento do poço. Assim, o adaptador pode servir para proporcionar uma árvore (4) com adicionais perfis de tampão, ou para substituir um perfil de tampão danificado dentro da árvore. Se um perfil de tampão for provido, o adaptador deve ser para alta pressão, de modo a manter duas barreiras, de outro modo, uma tampa de detritos no topo do adaptador seria suficiente. A interface superior (18) do adaptador (15) é preferivelmente de um perfil padrão, tal como, um cubo de perfil H4, para permitir que um sistema de riser de recondicionamento seja conectado no topo do adaptador (15).

[0058] O adaptador (15) pode também ser usado para outras aplicações, tais como, quando uma quantidade extra de energia e/ou de sinais é necessária no poço, e quando é considerado vantajoso instalar o equipamento no interior da tubulação de produção, para evitar ter de trocar a completação. Essas funções podem ser de funcionalidade inteligente do poço, tais como, peças de fechamento e abertura do reservatório para produzir maior quantidade de petróleo/gás e menor quantidade de água, válvulas extras para controle do poço, sistema de monitoramento, etc.

[0059] A figura 10 mostra a estação de acoplamento (11’) em maiores detalhes. A estação de acoplamento compreende uma luva de acoplamento (22) e um conjunto de elementos de vedação (23, 24), que servem para travar a luva (22) contra a superfície interna da tubulação de produção (5), e para vedar o espaço anular entre a luva de acoplamento (22) e a tubulação de produção (5). A luva (22) compreende um rebaixo de assentamento de ESP (25), que é adaptado para receber a unidade de bomba (6) . A luva compreende também perfis de tampão (26, 27) que são adaptados para receber um tampão (não mostrado). A possibilidade de assentamento de um tampão na estação de acoplamento (11’) será descrita mais adiante.

[0060] A estação de acoplamento compreende também um conector de encaixe úmido (28), que na presente modalidade é conectado a um cabo de curta extensão (29) e a um elo fraco (30). O elo fraco, por sua vez, é conectado ao cabo de energia e sinal (8). Alternativamente, o elo fraco (30) pode ser disposto na estação de acoplamento (11’), conforme mostrado na figura 3.

[0061] Uma importante característica do modelo da estação de acoplamento (11’) é que a mesma não seja baseada nas características dentro da tubulação da completação, para que seja presa dentro da tubulação de produção. Portanto, a estação de acoplamento pode ser presa e vedada na tubulação de produção, por meio, por exemplo, de packers. A vedação pode ser permanente ou liberável por sinais de controle através do cabo (8), ou através de outros meios mecânicos ou químicos, conforme é conhecido per si. A unidade de bomba será disposta no rebaixo de assentamento (25) e conectada ao cabo (8) através do conector de encaixe úmido (28).

[0062] A figura 11 mostra uma situação em que uma estação de acoplamento (11') foi tornada disfuncional. Isso pode ser devido ao fato de que o conector de encaixe úmido (28) tenha apresentado falhas, ou ao fato da ocorrência de danos no rebaixo de assentamento da ESP, ou outras falhas que resultam em que o acoplamento da unidade de bomba e conexão da mesma ao cabo (8) não mais podem ser executados. Em tal situação, a unidade de bomba (não mostrada na figura 6) será recuperada e um tampão (não mostrado) pode ser disposto e preso aos perfis de tampão (26, 27) na estação de acoplamento (11'), de modo que o fluxo através da estação de acoplamento é bloqueado. O tampão pode ser de um tipo que se dissolve através de um contato prolongado com o fluxo do poço ou devido a uma pressão excessiva sobre um lado do tampão, por exemplo, tampões feitos de vidro. Esses tipos de tampão são bem conhecidos no segmento da técnica.

[0063] Antes ou após o tampão ter se estabelecido na estação de acoplamento, uma tração é exercida no cabo (8) (ver a figura 5). A tração rompe o elo fraco (30), de modo que permanece apenas a extensão curta de cabo (29). Em seguida, o cabo (8) pode ser puxado para fora do poço para nova utilização ou substituição.

[0064] Quando o fluxo através da estação de acoplamento foi bloqueado, uma nova estação de acoplamento (11”) pode ser implementada na tubulação de produção (5) e presa à superfície interna da dita tubulação de produção (5). Essa estação de acoplamento (11”) pode ser idêntica à estação de acoplamento defeituosa (11'), mas, pode ser também de um tipo aperfeiçoado. O cabo que foi recuperado do poço ou, alternativamente, um novo cabo, é conectado à nova estação de acoplamento (11”), antes de sua inserção dentro do poço. A unidade de bomba que foi recuperada da primeira estação de acoplamento (11') pode ser (se não tiver sido danificada) disposta sobre a nova estação de acoplamento (11”) e acoplada ao cabo (8) através do conector de encaixe úmido (28’). Após isso, o tampão que foi estabelecido na primeira estação de acoplamento (11') será removido do poço por meios já bem conhecidos. Tão logo o tampão tenha sido removido, a operação da ESP pode ser reassumida.

[0065] Conforme descrito acima, se uma nova estação de acoplamento for instalada, a antiga estação de acoplamento pode ser deixada no poço. O cabo (8) pode ser depois liberado e reutilizado (caso não tenha sido danificado) mediante implementação do descrito excesso de tração sobre o cabo (8), para romper o elo fraco (30). Uma vez que a antiga estação de acoplamento apresenta perfis de tampão (26, 27) que permitem um fácil tamponamento do poço na correta localização, isso permite a recuperação do cabo (8) em um poço fechado.

[0066] O cabo de energia e sinal (8) (também chamado de cabo de ESP) pode compreender linhas de energia, linhas de sinal e linhas hidráulicas. De acordo com a invenção, o cabo (8) pode ser roteado a partir do adaptador (15) ou da tampa da árvore de Natal, de diversas e diferentes maneiras.

[0067] No entanto, deve ser assegurado que o cabo se dispõe próximo à parede interna da tubulação de produção. Isso proporciona um melhor espaço para processamento da unidade de bomba dentro e fora do poço, assim como, de outros tipos de equipamento. O cabo (8) será também menos sujeito às forças provenientes do fluxo do poço.

[0068] A figura 13 descreve uma modalidade da presente invenção que utiliza o adaptador (15) acima descrito em combinação com uma unidade de bomba (6) suspensa em uma extensão da tubulação espiralada (7) de um tampão de suspensão (31) . Essa modalidade pode ser vantajosa para os casos em que é difícil se obter o correto perfil de tampão de suspensão, para adequação aos perfis existentes na árvore de Natal (4) . O adaptador (15) irá proporcionar o desejado perfil interno para um tampão (9’), a partir do qual a tubulação espiralada é colocada em suspensão. O cabo (8) pode se deslocar através de uma tampa da árvore (10’) no topo do adaptador (15), ou ser alimentado através do lado do adaptador (15), conforme descrito em conexão com a modalidade mostrada nas figuras 3 e 4. A modalidade mostrada na figura 7 pode ser também vantajosa com relação ao estado da técnica para operações de contingência, uma vez que o sistema de recondicionamento de poço em água aberta pode ser assentado sobre o padrão, por exemplo, o perfil de cubo H4, e ganhar o controle do poço antes de o tampão de suspensão ser removido.

[0069] Um possível primeiro tempo de instalação da disposição da presente invenção pode ser conforme exposto a seguir: 1. Tamponar o poço usando tampões de vidro, de degrau ou tampões que podem ser dissolvidos. 2. Circular o poço acima dos tampões com MEG (ou tipos de fluido similares) usando, por exemplo, uma tubulação espiralada. 3. Assentar o adaptador na árvore de Natal, com o cabo e a estação de acoplamento fixados. 4. Prender a estação de acoplamento na tubulação de produção usando, por exemplo, packers ou outros meios que atuam contra uma superfície lisa da tubulação. 5. Dispor um sistema de recondicionamento de poço (sistema de água aberta ou sem provisão de riser) no topo do adaptador. 6. Instalar a unidade de bomba mediante assentamento da mesma na estação de acoplamento. 7. Tamponar o adaptador e instalar uma tampa de detritos, ou uma tampa de árvore de alta pressão. 8. Quebrar os tampões, por exemplo, tampões de vidro, mediante pressurização através da árvore de Natal. Alternativamente, deixar os tampões se dissolverem mediante contato com o fluxo do poço, ou utilizar explosivos para dissolver os tampões.

[0070] Quando a unidade de bomba precisar ser substituída, o seguinte procedimento pode ser usado: 1. Instalar um sistema de sistema de recondicionamento de poço no topo do adaptador (sistema de água aberta ou sem provisão de riser). 2. Remover os tampões do adaptador. 3. Remover a unidade de bomba usando um cabo (preferivelmente, a unidade de bomba pode ser recuperada em diversas partes, de modo a possibilitar o uso de um cabo convencional e a reduzir a exigida duração de lubrificação). 4. Instalar uma nova unidade de bomba (preferivelmente, em diversas partes). 5. Colocar os tampões no adaptador e instalar uma tampa de detritos ou uma tampa de alta pressão.

[0071] Caso a estação de acoplamento, cabo ou adaptador apresentar falhas, o seguinte procedimento pode ser usado: 1. Instalar um sistema de sistema de recondicionamento de poço no topo do adaptador (sistema de água aberta ou sem provisão de riser). 2. Remover os tampões do adaptador. 3. Remover a unidade de bomba usando um cabo (preferivelmente, a unidade de bomba pode ser recuperada em diversas partes, de modo a possibilitar o uso de um cabo convencional e a reduzir a exigida duração de lubrificação). 4. Dispor tampões de vidro ou tampões que podem ser dissolvidos na estação de acoplamento, de modo a fechar o poço. 5. Circular o poço, por exemplo, por MEG. 6. Recuperar o adaptador com uma ferramenta de operação, executando um excesso de tração para liberar o cabo no elo fraco, próximo à estação de acoplamento. 7. Executar a primeira operação, conforme descrito para o primeiro tempo de instalação.

[0072] O adaptador da invenção pode incluir qualquer característica ou etapa aqui descrita ou ilustrada, em qualquer combinação operacional, em que cada de tal combinação representa uma modalidade da invenção.

[0073] O método da invenção pode incluir qualquer característica ou etapa aqui descrita ou ilustrada, em qualquer combinação operacional, em que cada de tal combinação representa uma modalidade da invenção.

Claims

1. Adaptador (15) para uma árvore de Natal (4) do campo de petróleo ou gás, o adaptador (15) compreendendo: uma primeira interface (16) para conectar o adaptador (15) a uma interface correspondente (17) de árvore de Natal (4) disposta no topo da árvore de Natal (4); caracterizado pelo fato de que o adaptador (15) compreende: uma segunda interface (18); um condutor de passagem (19) configurado para conduzir energia elétrica, um elemento dentre: um elemento de barreira de poço, um perfil interno (54) para assentamento de um tampão (31a, 31b), ou uma combinação de suspensor e tampão (31a, 31b) ; em que a segunda interface é idêntica à interface da árvore de Natal (4), a segunda interface se dispondo em uma extremidade do adaptador (15) oposta à primeira interface, e em que o adaptador (15) compreende uma coluna pendurada a partir de uma barreira de poço inferior no interior do adaptador (15), através da árvore de Natal (4), e dentro de uma tubulação de produção (5).

2. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condutor de passagem (19), disposto lateral ou axialmente, conecta um interior do adaptador (15) com um exterior do adaptador (15), o elemento de barreira de poço sendo uma válvula ou tampão (31a, 31b) compatível com barreira de poço, ou uma combinação dos mesmos.

3. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condutor de passagem (19) é configurado para conduzir um ou mais dentre os seguintes: comunicação elétrica, comunicação ótica, líquido hidráulico e gás, em qualquer combinação.

4. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a coluna envolve linhas, cabos e tubos, a coluna sendo suspensa a partir da barreira de poço inferior no interior do adaptador (15), em que a barreira de poço inferior é o elemento de barreira de poço, a combinação de suspensor e tampão (31a, 31b), ou o tampão (31a, 31b) no interior da árvore de Natal (4) ou do adaptador (15).

5. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condutor de passagem (19) se estende lateralmente através de uma parede lateral do adaptador (15).

6. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condutor de passagem (19) se estende verticalmente através de uma tampa no topo do adaptador (15).

7. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condutor de passagem (19) está disposto abaixo do elemento de barreira de poço.

8. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o adaptador (15) compreende duas barreiras de poço e o condutor de passagem (19) é disposto entre as duas barreiras de poço.

9. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira interface compreende um conector (52) de árvore de Natal (4) adaptado para fazer interface com um suspensor de tubulação (53) da árvore de Natal (4), para conectar às árvores de Natal horizontais, ou com o interior de um carretel (56) da árvore de Natal (4), para conectar às árvores de Natal verticais.

10. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o adaptador (15) é uma unidade de alta pressão capaz de suportar a pressão do poço.

11. Adaptador (15), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda interface é um perfil H4.