BRPI0502088B1 - dispositivo de micro-squeeze e uso - Google Patents

Abstract

"dispositivo de micro-squeeze e uso". é descrito um dispositivo de micro-squeeze para correção da cimentação de poços, útil para a correção da cimentação por compressão de cimento (squeeze) em poços de petróleo produtores, injetores, terrestres ou marítimos. o dispositivo da presente invenção é dotado de uma câmara (13, 23) de tamanho variável, onde o cimento é confinado, transportado e posteriormente liberado na zona de cimentação no interior do poço; uma coluna de tubos (11, 21); um tampão de topo (12a, 22a); uma válvula de pé de coluna (12b, 22b); uma redução (14, 24); um bocal (15, 25) de assentamento da válvula de pé de coluna; um obturador mecânico (16, 26); um dreno (17, 27) dotado de disco de ruptura e uma sapata vedada (18, 28). a invenção é útil para corrigir a cimentação de poços, sem necessidade de bombear a pasta de cimento ao longo do poço, evitando a contaminação.

Description

DISPOSITIVO DE MfCRO-SQUEEZE E USO CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção trata de um dispositivo de mícro-squeeze para correção da cimentação de poços.

Mais especificamente, a presente invenção se refere a um dispositivo útil para a correção da cimentação por compressão de cimento (squeeze) em poços de petróleo produtores, injetares, terrestres ou marítimos. O dispositivo da presente invenção é dotado de uma câmara (13, 23) de tamanho variável, onde o cimento é confinado, transportado e posteriormente liberado na zona de cimentação no interior do poço; uma coluna de tubos {11, 21); um tampão de topo (12a , 22a); uma válvula de pé de coluna (12b, 22b); uma redução (14, 24); um bocal (15, ,25) de assentamento da válvula de pé de coluna; um obturador mecânico (16, 26); um dreno (17, 27) dotado de disco de ruptura e uma sapata vedada (18, 28). A invenção é útil para corrigir a cimentação de poços, sem necessidade de bombear a pasta de cimento ao longo do poço, evitando a contaminação, FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Os poços de petróleo (injetores e produtores) são revestidos internamente por condutores de aço para evitar desmoronamentos das paredes do poço. O espaço anular entre o dito condutor e o poço é cimentado com o objetivo de aumentar a aderência entre a região externa do condutor e a região interna do poço. Adicionalmente, a dita cimentação preliminar tem as seguintes funções: • prover o isolamento hidráulico entre as várias zonas produtoras ou injetoras dos poços-perfurados; • evitar a contaminação da água potável dos lençóis freáticos mais próximos à superfície; • permitir o retorno do fluido de perfuração à superfície; • prover meios de controle de pressões dos fluidos, permitindo a aplicação de pressão adicional desde a superfície; • permitir a adoção de sistema de fluido de perfuração diferente, mais compatível com formações a serem perfuradas adiante. • Impedir a migração de fluidos das formações; • Sustentar os dispositivos de segurança de cabeça de poço; • Sustentar outra coluna de revestimento; • Alojar os equipamentos de elevação artificial; • Confinar a produção ao interior do poço.

Cimentação de poços de petróleo Após a descida da coluna de revestimento, o espaço anular entre a tubulação de revestimento e as paredes do poço é preenchido com cimento de modo a fixar a tubulação e evitar que haja migração de fluidos entre as diversas zonas permeáveis atravessadas pelo poço por detrás do revestimento. A cimentação do espaço anular é realizada, basicamente, mediante o bombeio de pasta de cimento e água, a qual é deslocada através da própria tubulação de revestimento.

Após o endurecimento da pasta, o cimento deve ficar fortemente aderido à superfície externa do revestimento e à parede do poço, nos intervalos previamente definidos.

Os métodos tradicionais de injeção de pasta de cimento disponíveis no estado da técnica utilizam os seguintes paradigmas: • Utilizam grandes quantidades de pasta de cimento, geralmente acima de três barris, (477 litros); • Realizam a preparação da pasta de cimento na superfície antes de bombeá-la através da tubulação até a profundidade exata de injeção da pasta de cimento; • Utilizam bombas específicas e de alto custo para o bombeio da pasta de cimento; • Propiciam a contaminação da pasta de cimento, já que a dita pasta é bombeada através de grandes trechos entre a superfície e a profundidade requerida. Assim, a pasta de cimento sofre contaminação de outros fluidos já existentes no interior do poço principalmente em poços muito depletados, onde não há controle do nível de fluído dentro do poço, dificultando o posicionamento adequado da pasta de cimento durante a pega.

Exemplos de documentos que retratam o estado da técnica estão relacionados abaixo. A patente US4674573, de título "METHOD AND APPARATUS FOR PLACING CEMENT PLUGS IN WELLS'’, descreve um dispositivo adaptado para uso em poço para receber e alojar um tampão utilizado em uma operação de cimentação, compreendendo um elemento tubular com meios de conectar um duto pela sua extremidade superior, contendo um furo interno para receber e alojar o dito tampão de cimento, o qual se apoia em batentes projetados para apoia-lo, contendo ainda nas paredes do duto uma pluralidade de aberturas que permitem a passagem de cimento fluido ao anular, ditas aberturas causando ainda a turbulência do mesmo.

Outro documento, a patente US5735348, intitulada “METHOD AND MULTI-PURPOSE APPARATUS FOR DISPENS1NG AND CIRCULATING FLUID IN WELLBORE CASING”, trata-se de equipamento e método para passagem de fluido de perfuração e operações de cimentação a ser usado em operações utilizando ‘top drive” ou mesas rotatórias. O equipamento compreende uma ferramenta de preenchimento e circulação, uma cabeça de cimentação e um conjunto raspador de tampão, A ferramenta de preenchimento e circulação compreende um mandril com um apoio de packer fixado em uma luva posicionada no diâmetro exterior do dito mandril. A cabeça de cimentação e o conjunto limpador de tampão são capazes de serem instalados em qualquer ferramenta de preenchimento e circulação capaz de ser inserida em uma camisa de vedação. Para preencher a camisa de vedação, o conjunto desce pelo poço até que a porção correspondente à ferramenta de preenchimento esteja posicionada dentro da camisa de vedação, passando-se assim para a etapa de bombeamento de fluido. Para realizar a circulação do fluido, o conjunto é descido ainda mais, de modo que o apoio de packer sele o diâmetro interior da camisa de vedação, permitindo a circulação do fluido da camisa de vedação para o anular do poço e então de volta para o bombeamento. Para a operação de cimentação da camisa, a bomba e o duto de cimentação são conectados à dita cabeça de cimentação, permitindo que o cimento seja bombeado através da dita ferramenta de preenchimento e circulação e através da camisa de vedação, Um conjunto de tampão de cimento compreendendo uma pluralidade de raspadores de tampão é conectado na saída da ferramenta de preenchimento e circulação. Os raspadores são então lançados em um tempo predeterminado durante o processo de cimentação para selar o fundo da camisa de vedação. A patente US5950725, intitulada “HYDRAULIC WIPER PLUG LAUNCHER”, trata de um equipamento de lançamento de tampão hidráulico a ser montado na extremidade superior da camisa de vedação, compreendendo um contêiner para tampão cilíndrico aberto em uma das extremidades montado dentro da camisa de vedação para definir um anular entre o dito contêiner e a dita camisa de vedação, o dito contêiner possuindo uma abertura superior, formando uma câmara fluida contendo fluido pressurizado; meios de permitir um fluxo predeterminado para o fundo do anular pelo dito contêiner; pelo menos um raspador de tampão dentro do dito contêiner contendo aletas anulares pressionadas contra a superfície interior do dito contêiner para reter o dito raspador de tampão por fricção e por fim meios de prover fluido pressurizado para a porção superior do dito contêiner, sendo este o responsável por pressionar o raspador de tampão para baixo, contra o fundo do contêiner.

Nos dispositivos tradicionais como os mencionados acima, um grande volume de pasta de cimento é bombeado a partir da superfície.

Assim, os dispositivos tradicionais de injeção de pasta de cimento (squeeze) são pouco efetivos para a correção da cimentação original de poços com muitas zonas, com pouco espaçamento entre as ditas zonas e em reservatórios depletados, ou seja, reservatórios com baixa pressão e que não mantêm o nível de fluido na superfície. A técnica necessita de um dispositivo que permita confinar uma pequena quantidade de cimento, garantindo a flexibilização de volume da câmara de cimento, o transporte através do poço e a liberação do cimento in loco na quantidade necessária e previamente calculada, evitando o contato prévio do cimento com as paredes do poço. A técnica necessita de um dispositivo de micro-squeeze para correção da cimentação que supere todos os problemas acima enumerados, dito dispositivo sendo descrito e reivindicado no presente pedido de patente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Dispositivo para correção da cimentação de poços por micro-squeeze que compreende: coluna de tubos (11, 21); tampão de topo (12 a, 22a); válvula de pé de coluna (12b, 22b) com vedação metal/metal dotada de trinco; câmara de cimento (13, 23) com tamanho variável; redução (14, 24); bocal (15, 25)de assentamento da válvula de pé de coluna; obturador mecânico (16, 26); dreno (17, 27); sapata vedada (16, 28).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIGURA 1, anexa ilustra um dispositivo de micro-squeeze segundo uma modalidade da presente invenção para revestimentos de 7". A FIGURA 2, anexa ilustra um dispositivo de micro-squeeze segundo uma modalidade da presente invenção para revestimentos de 5" 1/2. A FIGURA 3 ilustra detalhes do exemplo de um tampão de topo (12 a, 22a) do dispositivo segundo a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O comprimento total do dispositivo de Micro-Squeeze é dimensionado para acomodar todo o volume de pasta de cimento programado, de tal maneira a preencher com cimento até a borda. O dispositivo de micro-squeeze é montado desde a sapata vedada (18,28) até o topo da câmara de cimento (13, 23).

Normal mente são utilizados de 03 a 05 tubos, a depender do volume de pasta de cimento utilizado. A dita pasta de cimento ê confinada na câmara de cimento (13, 23) no interior da ferramenta de micro-squeeze.

Após total preenchimento com cimento, instalar no interior e no topo do dispositivo, o tampão de topo (12a, 22a) adicionado da válvula de pé de coluna de 1 %” (12b, 22b). O tampão de topo (12a, 22a) é dotado de borrachas (11) com diâmetro ligeiramente superior ao diâmetro interno dos tubos. Assim, o conjunto (tampão de topo (12a, 22a) / borracha) se desloca com atrito no interior do poço.

Devido ao sistema estar vedado com dreno (17), cujo disco de ruptura ainda não abriu; a cada 10 tubos da coluna de tubos 2 7/8" EU (11) descida no poço, a manobra é interrompida para preenchimento total dos tubos com o fluído de amortecimento do poço, e assim sucessiva mente até a descida completa.

Posicionar o dreno (17) na profundidade programada para efetuar a injeção de pasta de cimento. O obturador (packer) (16) compreende borrachas (elastômeros), as quais permitem a vedação por expansão e adesão às paredes do revestimento do poço, provendo isolamento hidráulico. O dreno {17) é dotado de um disco (19) de ruptura que é ativado a pressões acima de 1500, 2000 ou 3000 psi.

Ao final desse bombeamento, o tampão de topo {12 a) com válvula de pé de coluna com 1 3A" (12 b) irão topar e alojar no bocal de assentamento (15). O tampão de topo (12 a) com válvula de pé de coluna {12 b) ambos alojados no bocal de assentamento (15), impedirão que o fluido existente dentro da coluna até a superfície seja expelido através do dreno (17) com disco (19) de ruptura já aberto. O dispositivo segundo a presente invenção permite o confinamento de um pequeno volume de pasta de cimento na câmara (13), impedindo desta forma a contaminação indesejável da mesma com outros fluidos já existentes no poço. Desta forma, a pasta de cimento não será mais bombeada da superfície para o fundo do poço, e sim confinada e transportada através de movimentação de tubos para o seu interior, sendo então posicionada na profundidade desejada. A utilização do dispositivo de micro-squeeze permite que a operação de injeção de pasta de cimento seja eficaz para todos tipos de zonas de reservatórios, inclusive zonas depletadas que não conseguem manter estático o nível de fluido na superfície. São utilizados preferencial mente volumes de pasta de cimento abaixo de três barris (477 litros) em cada operação. O dispositivo de micro-squeeze é útil para a correção da cimentação em poços de injeção, podendo ser utilizados em qualquer tipo de poço, principalmente na área petrolífera, tais como poços produtores de óleo, produtores de gás, poços terrestres ou marítimos ou micro-poços.

MODALIDADE PREFERIDA DA INVENÇÃO

Segundo a modalidade preferida do dispositivo da presente invenção para revestimentos de 7" (17,78 cm), ilustrada na FIGURA 1, os tubos (11) que se estendem até a superfície são de 2 7/8" EU, o tampão de topo (12) com borrachas; a válvula de pé (12a), com vedação metal x metal com "latch" (trinco/ lingüeta), a câmara (13) de cimento é formada por 03 a 05 tubos de 3 1/2" NU; a redução de 3 1/2" NU caixa - 2 3/8" (redução especial de 16 cm); o bocal (15) para assentamento da válvula de pé de coluna de 1 3/4" (1 3/8" EU pino x pino) e o obturador mecânico (16) (packer) para assentamento por tração no revestimento de 7" (rosca 2 7/8" EU); o dreno (17) com disco de ruptura (1500, 2000 ou de 3000 psi) ( 2.3/8" EU caixa- 2 3/8" EU pino); a sapata vedada (18) de 2 3/8" EU caixa. A FIGURA 3 ilustra detalhes de um exemplo do tampão de topo (22a) segundo a presente invenção. a) parafuso (31) de fixação do tampão de topo; b) copo (32) do tampão de topo; c) gaxetas (33) do tampão de topo (borrachas); d) espaçador (34) das gaxetas do tampão de topo confeccionada em metal, preferencial mente alumínio; e) parafuso (35); f) porca (36) de fixação do tampão de topo; O parafuso (31) de fixação é conectado na zona superior ao copo (32), dito parafuso sustentando e transpassando as gaxetas (33) do tampão de topo (borrachas), as quais são intercaladas por espaçadores (34) das gaxetas confeccionados em metal, preferencial mente alumínio.

Ao final da série de gaxetas (33) e espaçadores (34), o parafuso (35) AHen sem cabeça de fixação do tampão de topo é rosqueado na porca (36) de fixação. Um parafuso (35) Allen sem cabeça é posicionado transversalmente à zona inferior do parafuso (31) de fixação transpassando a porca (36) de fixação e garantindo a imobilidade do conjunto.

MODALIDADE ALTERNATIVADA INVENÇÃO A FIGURA 2, anexa ilustra o exemplo de uma modalidade alternativa do dispositivo de micro-squeeze segundo a presente invenção, onde a coluna de trabalho é formada por tubos (21) de 2 7/8" EU que se estendem desde a superfície até o fundo do poço.

Suas dimensões dependem da profundidade do poço. A FIGURA 2 ilustra também detalhes do tampão de topo (22a) para 2 7/8" com borrachas (OD = 2,5787") adaptado com válvula (22b) de pé de coluna 1 3/4" dotada de vedação metal/metal com "latch"; a câmara tubular (23) para confinar a pasta de cimento, formada por 03 a 07 tubos 2 7/8" NU; a redução (24) de 2 7/8" NU - caixa 2 3/8" EU caixa EU caixa (redução especial de 16 cm); o bocal (25) para assentamento da válvula de pé de coluna de 1 3/4" com vedação metal/ metal (1 3/8" EU pino x pino), que está conectada na extremidade do tampão de topo; o obturador mecânico (26) (packer) para assentamento por tração no revestimento de 5 1/2" (rosca 2 3/8" EU); o dreno (27) com disco de ruptura 2 3/8" EU caixa - 2 3/8" EU pino configurado para romper com 1500, 2000 ou 3000 psi e a sapata vedada (28) 2 3/8" EU caixa 0,15.

Caso seja necessário, podem ser intercalados diversos tubos entre o dreno (27) e o obturador (26) com o objetivo de afastá-los.

Claims (13)

1. Dispositivo de micro-squeeze, caracterizado por que compreende: a) Coluna de tubos (11,21); b) tampão de topo (12 a, 22a); c) válvula de pé de coluna (12b, 22b); d) câmara (13, 23) com tamanho variável; e) redução (14,24); f) bocal (15, 25) de assentamento da válvula de pé de coluna (12b, 22b); g) obturador mecânico (16, 26); h) dreno (17, 27) dotado de disco (19, 29) de ruptura; i) sapata (18, 28).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que a coluna de tubos (11, 21) se estende do tampão de topo até a extremidade do poço, compreendendo pelo menos um tubo.

3. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1, caracterizado por que a coluna de tubos (11, 21) se estende do tampão de topo até a extremidade do poço, compreende pelo menos um tubo rosqueado.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que a sapata (18, 28) é vedada.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que a válvula-compreende vedação metal/metal dotada de trinco.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que o tampão de topo (12 a, 22a) é dotado de borrachas (111,211).

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que a câmara de cimento compreende pelo menos um tubo.

8, Dispositivo de acordo com as reivindicações 1, caracterizado por que o volume interno da câmara de cimento é determinado pelo diâmetro interno do tubo e pelo número e extensão dos tubos, determinando assim o volume de pasta de cimento confinada e transportada em cada operação,

9, Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que alternativamente a distância entre o obturador mecânico (16, 15 26) e o dreno (17, 27) é intercalada por tubos.

10, Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que o tampão de topo (12 a) e válvula de pé de coluna (12 b) são alojados no bocal de assentamento (15).

11, Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que o tampão de topo (12 a) e válvula de pé de coluna (12 b) impedirão que o fluido existente dentro da coluna seja expelido através do dreno (17) após a abertura do disco (19) de ruptura.

12, Dispositivo de micro-squeeze, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que o compreende: a) pelo menos um parafuso (31) de fixação; b) pelo menos um copo (32); c) pelo menos uma gaxeta (33); d) pelo menos um espaçador (34) das gaxetas; e) parafuso (35); f) porca (36) de fixação.

13, Dispositivo de micro-squeeze, de acordo com as reivindicações 1 e 13, caracterizado por que o parafuso (31) de fixação é conectado na zona superior ao copo (32), dito parafuso sustentando e transpassando as gaxetas (33), as quais são intercaladas por espaçadores (34), dito parafuso (31) sendo rosqueado na porca (36) de fixação e transpassado transversalmente pelo parafuso (35) de fixação garantindo a imobilidade do conjunto.