BRPI0612054A2 - método e aparelho de desvio de cabeça de poço - Google Patents

Abstract

METODO E APARELHO DE DESVIO DE CABEçA DE POçO. Uma válvula (136, 136', 136", 200) adaptada para substituir uma válvula existente de uma cabeça de poço (114) . A válvula (136, 136', 136", 200) pode ter dimensões similares às da válvula existente que substitui para utilizar conexões de cabeça de poço existentes. Em uma modalidade, uma válvula mestra de desvio substituta (136) incorpora um percurso de desvio de fluido (168) para permitir comunicação e transporte de um fluido intensificado de produção (132) de uma localização externa ao poço através de tubulação de pequeno diâmetro (126) para uma localização específica furo abaixo independente da posição de um elemento de controle de fluxo na câmara interior (166). A válvula mestra de desvio substituta (136') pode incluir conjunto fixo de vedação (122') posicionado em perfil de travamento 180 do orifício de admissão de montante (162) para permitir comunicação do percurso de desvio de fluido (168) para conduto inferior de injeção (128). Em outra modalidade, a válvula substituta (200) inclui uma ranhura em entrada (208) que recebe de modo vedável tubulação capilar de injeção (204) quando em uma posição fechada.

Description

MÉTODO E APARELHO DE DESVIO DE CABEÇA DE POÇOREFERÊNCIA A PEDIDO DE PATENTE CORRELATO

Este pedido de patente reivindica o benefício dopedido de patente provisório U.S. No. de Série 60/595.137depositado em 8 de junho de 2005.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a poços e cabeças depoços de produção de hidrocarbonetos, e cria um percurso dedesvio seguro através da cabeça de poço. Maisespecificamente, a invenção é uma válvula adaptada parasubstituir uma válvula existente que é um componente de umsistema de válvula de cabeça de poço comumente chamado deárvore ou árvore de Natal. A válvula da presente invençãoincorpora uma porta para permitir comunicação e/outransmissão de um fluido de aperfeiçoamento de produçãoproveniente de uma localização externa ao poço através detubulação de pequeno diâmetro para uma localizaçãoespecífica furo abaixo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Poços de produção de hidrocarbonetos normalmentepossuem um invólucro ou forro que é cimentado nos mesmos, euma tubulação de produção que é suspensa a partir de umsuporte de tubulação em uma cabeça de poço. Um empacotadoranular está situado entre o invólucro e a tubulação deprodução, o que força fluidos do poço a fluírem dentro datubulação de produção a uma certa velocidade para asuperfície. A produção proveniente de um poço é normalmentede múltiplas fases, em que gás, petróleo, água, e/ou algunssólidos suspensos, tais como areia, são carregados de umreservatório subterrâneo para a superfície da Terra. Arazão do gás, petróleo, e/ou água produzidos determina se opoço é considerado como sendo um poço de gás, um poço depetróleo, ou um poço de água. A velocidade dos fluidosproduzidos é determinada em parte por pressão de formação,ou pressão inferior de furo (BHP).

Quando um poço é primeiro perfurado, sua BHP está emseu valor máximo, por conseguinte a velocidade na tubulaçãode produção está em seu valor mais elevado e a quantidademáxima de hidrocarbonetos é içada do poço. Com o tempo, aprodução provoca um esgotamento do reservatório, uma quedaem BHP, e uma redução de velocidade na tubulação deprodução. À medida que a velocidade da tubulação deprodução diminui, goticulas de fluidos de poço podem "cairde volta" no poço. Isto pode conduzir a acumulação de águana tubulação de produção. À medida que a acumulação de águase eleva na tubulação de produção, uma pressão de cabeçahidrostática se desenvolve na mesma. Quando a pressão decabeça hidrostática se iguala a BHP, o fluxo dehidrocarbonetos proveniente do reservatório cessa.

Problemas de produção adicionais que são normalmenteencontrados incluem: (i) podem-se formar emulsões quandocertas razões da química do poço existirem; (ii) podeocorrer deposição de precipitados de sólidos dissolvidos oque irá restringir e/ou entupir a tubulação; e (iii) podeocorrer corrosão na tubulação de produção devido à químicado poço.

Tecnologias químicas foram desenvolvidas para mitigarou eliminar estes problemas. Agentes tensoativos sãocomumente injetados para secar poços, e outros químicos sãoutilizados para evitar emulsões, precipitados, e parapropiciar proteção ã corrosão. Um método que é bemconhecido na indústria é distribuir estes químicos atravésde tubulação de carretei, comumente conhecida comotubulação espiralada, ou de preferência tubulação capilarde pequeno diâmetro devido a sua facilidade de transporte emanipulação. Aquele versado na técnica imediatamenteobservará que qualquer tipo de tubulação pode ser empregadopara realizar o mesmo objetivo. Para facilidade deconveniência descritiva, a tubulação capilar deve sermencionada nesta descrição para descrever a utilização dainvenção, contudo qualquer tipo de conduto de comunicaçãopode ser utilizado sem divergir do espírito da invenção.

Na prática, a tubulação capilar é distribuída dentroda tubulação de produção, e um químico adequado é injetadoa partir da superfície através da tubulação capilar parauma localização furo abaixo.

Um problema comum ocorre na cabeça de poço onde atubulação capilar emerge da cabeça de poço. Normalmente, atubulação capilar corre através das válvulas da cabeça depoço, para dentro de um obturador de retenção de pressão,emergindo desse modo da cabeça de poço. Se for necessáriofechar uma das válvulas da cabeça de poço, a tubulaçãocapilar é compartilhada, apenas para depois ser pescada dopoço. Outro método de penetração de cabeça de poço bemconhecido é construir uma bobina (adaptada para caber entreflanges de cabeça de poço) que possua uma abertura para atubulação capilar emergir. Infelizmente, a inserção de talbobina pode alterar a altura global da cabeça de poço ealterar as localizações de linhas de fluxo.

A Patente U.S. No. 6.851.478, aqui incorporadamediante referência, descreve uma árvore de Natal de corpoem "Y" para utilização com tubulação espiralada e outroscomponentes de cabeça de poço que integram componentes deuma árvore de Natal, enquanto propicia acesso de tubulaçãoespiralada sem necessariamente adicionar à altura verticalda unidade. Contudo, a colocação da seção em "Y" acima daválvula mestra inferior resulta em compartilhamento datubulação capilar quando a válvula mestra inferior éfechada. Adicionalmente, a árvore de Natal de corpo em "Y"não facilita o reajuste de uma válvula mestra existente umavez que a árvore de Natal de corpo em "Y" é umasubstituição para uma árvore de Natal existente inteira, epode necessitar de re-tubulação significativa. Pedcor,Inc., em uma brochura de produto, descreve um adaptador deinjeção química que propicia um mecanismo para inserirtubulação espiralada através de uma cabeça de poço, comdesvantagens similares às descritas acima.

A presente invenção contempla os problemas acima epropicia soluções para as necessidades anteriores.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção propicia um aparelho parautilização em um poço de produção que permite a utilizaçãode tubulação capilar onde a tubulação capilar é colocada detal forma que a tubulação capilar não seja danificada epermaneça operacional quando a válvula mestra estiverfechada.

A presente invenção propicia um aparelho parautilização em um poço de produção que possui uma cabeça depoço fixada a uma tubulação de produção, o aparelhoincluindo um elemento do corpo que possui um orifício deadmissão a montante, um orifício de descarga a jusante, euma câmara interior, um elemento de controle de fluxosituado na câmara interior para regular um fluxo de fluidodo orifício de admissão a montante para o orifício dedescarga a jusante, e um percurso de desvio de fluido queconecta o orifício de admissão de montante a montante decada um de qualquer elemento de controle de fluxo da cabeçade poço para uma porta no elemento de corpo para permitircomunicação de fluido com a tubulação de produçãoindependente de uma posição do elemento de controle defluxo qualquer da cabeça de poço.

Um aparelho pode incluir um primeiro conector fixadoao orifício de admissão a montante para propiciarcomunicação de fluido com um primeiro componente de cabeçade poço, um segundo conector fixado ao orifício de admissãoa jusante para propiciar comunicação de fluido com umsegundo componente de cabeça de poço, um terceiro conectorfixado à porta no elemento de corpo para propiciarcomunicação de fluido com um terceiro componente de cabeçade poço. Os primeiro, segundo e terceiro conectores podemser conexões aparafusadas, conexões rebordadas, ousimilares, e combinações das mesmas.

0 percurso de desvio de fluido pode ser oblíquo aoorifício de admissão a montante, ou pode sersubstancialmente perpendicular ou substancialmente paraleloao orifício de admissão a montante. 0 aparelho pode incluiruma guia de tubulação próxima a uma interseção do orifíciode admissão a montante e o percurso de desvio de fluido.

Um conduto de comunicação que possui uma extremidadesuperior e uma extremidade distai pode ser instaladoatravés do percurso de desvio de fluido. A extremidadedistai do conduto de comunicação pode se estender paradentro da tubulação de produção. Pelo menos uma rampa podeser instalada entre um interior do percurso de desvio defluido e um exterior do conduto de comunicação, próximo àextremidade superior do conduto de comunicação. Além disso,um obturador pode estar próximo à extremidade superior doconduto de comunicação, um obturador que veda a coroaanular entre um interior do percurso de desvio de fluido eo exterior do conduto de comunicação. 0 conduto decomunicação pode ser uma tubulação capilar, tubulação linhatelefônica, linha lisa, de cabo de fibra ótica, espiralada,ou similar.

Uma ferramenta, tal como uma válvula subsuperficialde segurança, um suporte de tubulação, ou similar, pode serconectada à extremidade distai do conduto de comunicação.Uma extremidade superior de um conduto de comunicaçãoinferior pode ser conectada a uma porção inferior daferramenta. Uma cabeça de injeção pode ser conectada a umaextremidade distai do conduto de comunicação para adistribuição do fluxo de fluido para dentro do poço. Aferramenta inclui uma passagem interior para direcionar umfluxo de fluido do interior do conduto de comunicação paraum interior do conduto de comunicação inferior.

Uma válvula subsuperficial de segurança situada natubulação de produção pode ser conectada à extremidadedistai do conduto de comunicação. Um conduto de comunicaçãoinferior pode se estender a montante a partir da válvulasubsuperficial de segurança, o conduto de comunicaçãoinferior na comunicação de fluido com o conduto decomunicação através de uma passagem interior da válvulasubsuperficial de segurança. Uma cabeça de injeção pode serconectada a uma extremidade distai do conduto decomunicação inferior.

O orifício de admissão de montante pode incluir umperfil de travamento intermediário à câmara interior e aopercurso de desvio de fluido. 0 perfil de travamento podeser utilizado para engatar uma ferramenta, por exemplo, umconjunto fixo de desvio, que possui um corpo principal quepropicia um perfil de engate configurado para ser retidopelo perfil de travamento, um conjunto superior de desvio eum conjunto inferior de desvio para vedar uma interfaceentre o corpo principal e o orifício de admissão demontante, uma porta de admissão intermediária aos conjuntosde vedação superior e inferior em comunicação de fluido como percurso de desvio de fluido, uma porta de descarga nocorpo principal próxima a uma extremidade inferior do corpoprincipal, e um canal de comunicação que se estende atravésdo corpo principal para propiciar comunicação de fluidoentre a porta de admissão e a porta de descarga. Um condutode comunicação inferior pode estar em comunicação de fluidocom a porta de descarga. Uma cabeça de injeção pode estarconectada a uma extremidade distai do conduto decomunicação inferior.

Em outra modalidade, a invenção propicia um poço comcavidade de poço envolvida que possui uma extremidadesuperior e uma inferior, tubulação de produção situadaatravés das mesmas que possui uma extremidade superior euma inferior e que forma um coroa anular com a cavidade depoço envolvida em que a tubulação de produção é vedada euma extremidade superior da cavidade de poço envolvida. 0poço inclui uma cabeça de poço para controlar uma produçãode fluidos provenientes do poço que compreende pelo menosuma válvula pode incluir um elemento de corpo que possui umorifício de admissão a montante, um orifício de descarga ajusante, e uma câmara interior. Um elemento de controle defluxo está situado na câmara interior para regular um fluxode fluido do orifício de admissão a montante para oorifício de descarga a jusante. Um percurso de desvio defluido conecta o orifício de admissão a montante a umaporta no elemento de corpo.

O poço pode incluir um primeiro conector fixado aoorifício de admissão a montante para propiciar comunicaçãode fluido com um primeiro componente de cabeça de poço; umsegundo conector fixado ao orifício de admissão a montantepara propiciar comunicação de fluido com um segundocomponente de cabeça de poço; um terceiro conector fixado àporta no elemento de corpo para propiciar comunicação defluido com um terceiro componente de cabeça de poço. Osprimeiro, segundo e terceiro conectores podem ser conexõesaparafusadas, conexões rebordadas, ou similares, ou umacombinação das mesmas.

O percurso de desvio de fluido pode ser oblíquo,incluindo perpendicular, ao orifício de admissão demontante. A válvula pode incluir uma guia de tubulaçãopróxima a uma interseção do orifício de admissão demontante e ao percurso de desvio de fluido.

O poço pode incluir um conduto de comunicação quepossui uma extremidade superior e uma extremidade distaiinstaladas através do percurso de desvio de fluido. Rampaspodem ser instaladas entre um interior do percurso dedesvio de fluido e um exterior do conduto de comunicação,próximos à extremidade superior do conduto de comunicação.

Um obturador pode estar próximo à extremidade superior doconduto de comunicação, vedando o coroa anular entre ointerior do percurso de desvio de fluido e a porção externado conduto de comunicação.

0 poço pode incluir uma ferramenta conectada àextremidade distai do conduto de comunicação. 0 poço podeincluir um conduto de comunicação inferior que possui umaextremidade superior e uma extremidade distai, em que aextremidade superior do conduto de comunicação inferiorestá conectada a uma porção inferior da ferramenta. Aferramenta pode incluir uma passagem interior paradirecionar um fluxo de fluido do interior do conduto decomunicação para um interior do conduto de comunicaçãoinferior. 0 poço pode também incluir uma passagem interiorpara direcionar um fluxo de fluido do interior do condutode comunicação para um interior do conduto de comunicaçãoinferior. 0 poço pode também incluir uma cabeça de injeçãoconectada à extremidade distai do conduto de comunicaçãoinferior para a distribuição do fluxo de fluido para dentrodo poço.

0 orifício de admissão a montante da válvulautilizada pode incluir um perfil de travamento queintermédia a câmara interior e o percurso de desvio defluido para engatar uma ferramenta que inclui um corpoprincipal que propicia um perfil de engate configurado paraser retido pelo perfil de travamento; um conjunto superiorde vedação e um conjunto inferior de vedação para vedar umainterface entre o corpo principal e o orifício de admissãode montante; uma porta de admissão que intermédia osconjuntos superior e inferior de vedação em comunicação defluido com o percurso de desvio de fluido; uma porta dedescarga próxima a uma extremidade inferior do corpoprincipal; um percurso que se estende através do corpoprincipal para propiciar comunicação de fluido da porta deadmissão para a porta de descarga.

0 conduto de comunicação inferior pode estar emcomunicação de fluido com a porta de descarga. Uma cabeçade injeção pode ser conectada a uma extremidade distai doconduto de comunicação inferior.

Ainda em outra modalidade, uma válvula mestra de umacabeça de poço fixada a uma tubulação de produção inclui umcorpo de válvula mestra que possui um orifício de admissãoa montante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmarainterior, um elemento de controle de fluxo situado nacâmara interior para regular um fluxo de fluido do orifíciode admissão a montante para o orifício de descarga ajusante, e um percurso de desvio de fluido que conecta oorifício de admissão a montante a uma porta no corpo deválvula mestra. Uma tubulação capilar que possui umaextremidade superior e uma extremidade distai pode serinstalada através do percurso de desvio de fluido. Aextremidade distai da tubulação capilar pode se estenderpara dentro da tubulação de produção. 0 percurso de desviode fluido pode ser tubulação capilar.

Em outra modalidade, um aparelho para utilização emum poço de produção que possui um orifício de admissão amontante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmarainterior, uma entrada situada na câmara interior pararegular um fluxo de fluido do orifício de admissão amontante para o orifício de descarga a jusante, e umatubulação capilar que passa através do orifício deadmissão, orifício de descarga, e da câmara interior, tendoa entrada uma ranhura que recebe de forma a vedar atubulação capilar quando a entrada está em uma posiçãofechada para permitir operação do elemento de controle defluxo sem interromper a comunicação de fluido dentro datubulação capilar.

Um método para reajustar uma cabeça de poço queinclui uma válvula mestra original que possui umcomprimento axial, uma largura, e um diâmetro de orifíciointerno pode incluir remover a válvula mestra original,propiciar uma válvula mestra de desvio que possui umcomprimento axial, largura, e um diâmetro de orifíciointerno substancialmente similares à válvula mestraoriginal, substituir a válvula mestra original com aválvula mestra de desvio, a válvula mestra de desvioincluindo um corpo de válvula mestra que possui um orifíciode admissão a montante, um orifício de descarga a jusante,e uma câmara interior, um elemento de controle de fluxosituado na câmara interior para regular um fluxo de fluidodo orifício de admissão de montante para o orifício dedescarga de jusante, e um percurso de desvio de fluido queconecta o orifício de admissão de montante a uma porta nocorpo de válvula mestra. 0 percurso de desvio de fluidopode intersectar ou de outra forma conectar o orifício deadmissão a montante individualmente a qualquer doselementos de controle de fluxo da cabeça de poço. 0 métodopode incluir comunicação de fluidez com a tubulação deprodução fixada a montante à válvula mestra através dopercurso de desvio de fluido quando o elemento de controlede fluxo estiver fechado. 0 método pode ainda incluirinserir um conjunto fixo de vedação em um perfil detravamento no orifício de admissão a montante da válvulamestra de desvio, e vedar o conjunto fixo de vedação aoorifício de admissão a montante com um conjunto superior devedação e um conjunto inferior de vedação, a porta emcomunicação de fluido com o percurso de desvio de fluido, eum canal de comunicação em comunicação de fluido com aporta de admissão e uma porta de descarga sobre umaextremidade inferior do conjunto fixo de vedação.

Em outra modalidade, a invenção propicia um métodopara reajustar uma cabeça de poço existente que inclui umaválvula mestra que possui um comprimento axial, umalargura, e um orifício interno de um diâmetro, que incluiremover a válvula mestra, substituir a válvula mestra com oaparelho descrito acima, em que o aparelho pode possuir umcomprimento axial, uma largura, e um diâmetro de orifíciointerno aproximadamente idênticos ou de outra forma quecombinam com aqueles da válvula mestra. 0 método dereajustar pode ser utilizado para re-ajustar uma cabeça depoço de um poço existente.

Em outra modalidade, a invenção propicia um métodopara reajustar uma cabeça de poço existente que inclui umaválvula mestra e um cruzamento de fluxo próximos à válvulamestra, que quando conectados juntos possuem um comprimentoaxial, uma largura, um orifício interno de um diâmetro, elocalizações de descarga especificadas (dimensões globais),o método incluindo remover a válvula mestra, remover ocruzamento de fluxo próximo à válvula mestra e instalar umaparelho para utilização no poço de produção que possui umacabeça de poço fixada à tubulação de produção parasubstituir a válvula mestra e o cruzamento de fluxo, em queo aparelho possui dimensões externas aproximadamenteidênticas ou similares e localizações de descarga às daválvula mestra e do cruzamento de fluxo quando conectados.

Em outra modalidade da presente invenção, um aparelhopara utilização em um poço de produção que possui umacabeça de poço fixada a uma tubulação de produção, incluium elemento de corpo que possui um orifício de admissão amontante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmarainterna, um elemento de controle de fluxo situado na câmarainterior para regular um fluxo de fluido do orifício deadmissão de montante para o orifício de descarga dejusante, e uma tubulação capilar que passa através doorifício de admissão, do orifício de descarga, e da câmarainterior, em que o elemento de controle de fluxo podeincluir uma entrada adaptada para circundar e formar umavedação com a tubulação capilar, permitindo uma operação doelemento de controle de fluxo sem interromper a comunicaçãodentro da tubulação capilar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Para uma descrição mais detalhada das modalidadespreferidas da presente invenção, será feita referência aosdesenhos em anexo, em que:

a Figura 1 é um desenho esquemático que ilustra umpoço em alto mar que incorpora uma modalidade da presenteinvenção;a Figura 2 é uma ilustração esquemãtica de uma árvorede Natal em forma de cabeça de poço que incorpora umamodalidade da presente invenção;

a Figura 3 é uma vista em seção de uma modalidade daválvula da presente invenção;

a Figura 4 é uma vista em seção de outra modalidadeda válvula da presente invenção com um conjunto fixo devedação situada na mesma;

a Figura 5 é uma vista em seção de outra modalidadeda válvula da presente invenção que incorpora um cruzamentode fluxo dentro do corpo de válvula e

a Figura 6 é uma vista em seção de outra modalidadede uma válvula da presente invenção em que a entrada daválvula forma uma vedação em torno da tubulação capilar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A Figura 1 ilustra um sistema de produção de poço100, que pode ser qualquer tipo de poço, e é mostrado comoum sistema de produção em alto mar apenas para finsilustrativos. Normalmente, o sistema de produção de poço100 permite a recuperação de fluidos de produção 140,normalmente hidrocarbonetos, de um reservatório subterrâneo102 para uma localização sobre ou acima do nível do mar104. Para refluir os fluidos de produção 140, uma cavidadede poço envolvida 106 é perfurada do nível do mar 104 parao reservatório 102. As perfurações 108 permitem que o fluxode fluidos de produção 14 0 do reservatório 102 para dentroda cavidade de poço envolvida 106 onde a pressão dereservatório conduz os fluidos de produção 14 0 para asuperfície através de uma fileira de tubulação de produção110. Um empacotador 112 de preferência veda a coroa anularentre a tubulação de produção 110 e a cavidade de poçoenvolvida 106 para impedir que os fluidos de produçãopressurizados 14 0 escapem através da coroa anular. Umacabeça de poço 114 cobre a extremidade superior da cavidadede poço envolvida 106 e a tubulação de produção 110 paraimpedir que fluidos de coroa anular escapem para dentro epoluam o ambiente. De preferência, a cabeça de poço 114propicia portas vedadas 116 em que fileiras de tubulação(por exemplo, tubulação de produção 110) podem atravessarenquanto ainda mantêm a integridade hidráulica da cabeça depoço 114. A árvore de Natal de cabeça de poço 118 pode serfixada à extremidade superior 119 da tubulação de produção110, propiciando válvulas 12 0, válvula mestra 13 6, e umalinha de fluxo 121 que carrega fluidos produzidos doreservatório 102 para uma estação de bombeamento oucontenção (não mostrados).

Pressões elevadas de fluidos de produção 14 0 emtubulação de produção 110 na extremidade superior 119 podemser perigosos para componentes a jusante; muitasregulamentações de segurança exigem a instalação de umaválvula subsuperficial de segurança (SSV) 122 abaixo dacabeça de poço 114. Válvulas de segurança subsuperficiais emelhorias das mesmas são descritas em diversos pedidos depatente incorporados aqui mediante referência, que incluemPedido de Patente U.S. No. de Série 60/522.499, depositadoem 7 de outubro de 2004, Pedido de Patente U.S. No. deSérie 60/522.360, depositado em 20 de setembro de 2004,Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/522.498, depositadoem 7 de outubro de 2 004, Pedido de Patente U.S. No. deSérie 60/522.500, depositado em 7 de outubro de 2004;Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/593.216; Pedido dePatente U.S. No. de Série 60/593.217, e Pedido de PatenteU.S. No. de Série 60/595.138, intitulados "Aparelho eMétodo para Injetar Continuamente Fluidos de Forma Seguraem uma Cabeça de Poço" depositados em 8 de junho de 2005.

A válvula subsuperficial de segurança 122 pode agirpara fechar fluxo através da tubulação de produção 110abaixo da cabeça de poço 114 tanto automaticamente quantona direção de um operador na superfície. Independente darazão, fechar o fluxo de produção na válvula subsuperficialde segurança 122 abaixo da cabeça de poço 114 oferece umacamada adicionada de proteção contra explosões queoperadores poderiam obter ao meramente fechar o poço comválvulas (120, 136) na cabeça de poço 114.

A válvula subsuperficial de segurança 122, que éilustrada como um tipo de conjunto fixo de vedação de SSV,pode ser desdobrada para o bocal hidráulico 124 dentro dafileira de tubulação de produção 110 sobre a extremidadedistai de conduto de injeção superior 12 6. 0 conduto deinjeção superior 126 é de preferência um tubo capilarhidráulico, porém qualquer conduto de comunicação, queinclui linha telefônica, linha lisa, fibra-ótica, outubulação espiralada pode ser utilizado, porém sem selimitar aos mesmos. O conduto de injeção superior 126conforme mostrado na Figura 1 é um conduto hidráulico e écapaz de injetar fluidos abaixo do conjunto fixo de vedação122. Um percurso de fluido (não mostrado) dentro doconjunto fixo de vedação 122 conecta o conduto de injeçãosuperior 126 ao conduto de injeção inferior 128 parapermitir injeção de fluido abaixo do conjunto fixo devedação 122 independente da orientação de qualquer elementode controle de fluxo do conjunto fixo de vedação 122 deválvula subsuperficial de segurança. Uma ou mais válvulasde verificação 129 em condutos de injeção (126, 128) impedefluidos de fluir da zona de produção para a superfícieatravés dos condutos de injeção (126, 128). De formaalternativa, uma comunicação bidirecional pode serpropiciada através dos condutos de injeção (126, 128) aoremover a válvula de verificação 129 conforme desejado poraplicações específicas.

A cabeça de injeção 13 0, situada em uma extremidadedistai de conduto de injeção 128, permite a liberação defluidos injetados 132 para dentro do reservatório 102.Fluidos injetados 132 podem qualquer líquido, espuma oufórmula gasosa que seja desejável para injetar dentro de umreservatório ou tubulação furo abaixo. Agentes tensoativos,ácidos, inibidores de corrosão, inibidores de incrustação,inibidores de hidrato, inibidores de parafina, e soluçõesmistas pode ser utilizados como fluidos injetados 132.Fluidos injetados 132 podem ser injetados na superfície porbomba de injeção 134 através de conduto de injeção superior126 que entra na fileira de tubulação de produção 110através de válvula de desvio de substituição 13 6, aqui umaválvula inferior ou "mestra", conforme propiciado pelapresente invenção. O fluxo de fluidos injetados 132 podeser controlado por válvula de controle de fluxo 13 8, quepode ser uma válvula como a vendida sob a marca registradaMERLA, por exemplo.

Fluidos de produção 14 0 podem entrar na cadeia detubulação de produção 110 em perfurações 108, fluir peloconjunto fixo de vedação 122, que pode incluir uma válvulasubsuperficial de segurança, e fluir para a superfícieatravés de uma abertura vedada em cabeça de poço 114.

Quando é desejado fechar o poço, a válvula subsuperficialde segurança de conjunto fixo de vedação 122 e/ou deválvula mestra de desvio de substituição 136 pode serfechada, impedindo o fluxo de fluidos de produção 14 0 deprogredir para a superfície. Com a válvula mestra de desviode substituição 136 e/ou a válvula subsuperficial desegurança de conjunto fixo de vedação 122 fechada, ainjeção de fluidos de injeção 132 ainda é provável atravésde condutos de injeção (126, 128). Fluidos de injeção 132podem permitir a um operador de superfície realizartrabalho para estimular ou de outra forma trabalhar sobre oreservatório 102 ou componentes furo abaixo enquanto oelemento de controle de fluido de conjunto fixo de vedação122 ou válvula mestra de desvio de substituição 136 éfechado.

A Figura 2 ilustra esquematicamente uma cabeça depoço 114 em maiores detalhes. A cabeça de poço 114 podepossuir diversas admissões e descargas, comumentedenominadas como árvore de Natal, e ilustradas comocruzamento 150. AS válvulas 120 (não mostradas na Fig. 2)e/ou linha de fluxo 121 podem ser fixadas ao cruzamento150, conforme é ilustrado na Figura 1, ou a válvula 152pode ser fixada ao cruzamento 150 conforme ilustrado naFig. 2. A válvula mestra de desvio 13 6 pode ser a válvulade fechamento principal para o sistema de poço.

A válvula mestra de desvio de substituição 13 6 podefixar a tubulação de produção 110 ao cruzamento 150. Aválvula mestra de desvio de substituição 13 6 pode serutilizada ao construir um novo poço, ou pode ser utilizadapara substituir uma válvula mestra existente. Quandoutilizada para substituir uma válvula mestra existente, aválvula mestra de desvio de substituição 13 6 pode ter asmesmas dimensões geométricas da válvula mestra originale/ou do cruzamento 150, por exemplo, altura (H1 ou H2) elargura (Ll), minimizando desse modo as alterações para acabeça de poço 114 ao adaptar a cabeça de poço 114 parautilizar a válvula mestra de desvio de substituição 136.

Embora ilustrado como a válvula mestra, o percurso dedesvio 168 pode ser utilizado com qualquer válvula de umacabeça de poço 114 sem se afastar do espírito da invenção.

Em relação agora às Figuras 2 e 3, a válvula mestrade desvio de substituição 13 6 possui um corpo de válvula160 que possui um orifício de admissão a montante 162, umorifício de descarga a jusante 164, e uma câmara interior166. A câmara interior 166, conforme ilustrado, pode alojarum elemento de controle de fluxo 167 para controlar o fluxode fluidos de produção 14 0 através da válvula mestra dedesvio de substituição 136. 0 elemento de controle de fluxo167 é mostrado esquematicamente como um disco (pontilhado) ,porém pode ser uma bola, entrada, pistão/agulha, ou outroselementos de controle de fluxo utilizados para controlarfluxo através de válvulas, como conhecido daquele versadona técnica.

O percurso de desvio de fluido 168 propicia umsegundo percurso fluídico do orifício de admissão demontante 162 para o exterior do corpo de válvula 160. 0percurso de desvio de fluido 168 pode ser oblíquo comrelação ao orifício de admissão de montante 162, conformeilustrado na Figura 2, ou pode ser perpendicular aoorifício de admissão de montante 162, conforme ilustrado naFigura 4. A entrada 169 de percurso de desvio de fluido 168no corpo de válvula 160 pode ser uma conexão rosqueada(como na Figura 3, por exemplo) ou uma conexão rebordada.

Embora a válvula mestra de desvio de substituição 13 6seja ilustrada e descrita com relação a uma válvula mestra,uma válvula de desvio de substituição 13 6 pode também serutilizada em qualquer outra localização na cabeça de poço114, desde que o percurso de desvio de fluido 168 esteja emcomunicação com a tubulação de produção 110 para permitir ainjeção e transporte de cavidade de poço de fluidoindependente da posição de qualquer válvula de cabeça depoço 114.

Em operação, a tubulação capilar 126 atravessa opercurso de desvio de fluido 168 e de orifício de admissãode montante 162 e vai para dentro de cavidade de poço detubulação de produção 110. Conexões 170 podem ser fixadasao corpo de válvula 160 na entrada 169 de percurso dedesvio de fluido 168 para propiciar comunicação de fluidoda bomba de injeção 134 e da válvula de controle de fluxoou medição 138. Rampas 172 e/ou obturador 174 (vide Figura3) podem propiciar sustentação para tubulação capilar 126 edirecionar o fluxo de fluido injetado 132 através dointerior da tubulação capilar 126 de modo a não descarregara partir da entrada 169.

Conforme ilustrado na Figura 3, uma guia de tubulação176 situada próxima à interseção do orifício de admissão demontante 162 e do percurso de desvio de fluido oblíquo ouangularmente disposto 168 pode ser propiciada parafacilitar a instalação de tubulação capilar 126 através deválvula mestra de desvio de substituição 13 6 e para dentrode coroa anular de tubulação de produção 110.

A Figura 4 ilustra outra modalidade da válvula mestrade desvio de substituição 136' da presente invenção. Umaporção superior de orifício de admissão de montante 162 deválvula mestra de desvio de substituição 136' pode possuirum perfil de travamento 180 para a fixação de uma válvulasubsuperficial de segurança ou conjunto fixo de vedação122'. O conjunto fixo de vedação 122', que difere doconjunto fixo de vedação 122 na Fig. 1, é mostradoconstruído como um corpo principal substancialmente tubular182 que possui um perfil externo de detentor de travamento184 e um conjunto superior 186 e inferior 188 de vedação,ilustrados como um par de empacotadores hidráulicos devedação (186, 188}. 0 perfil externo de detentor detravamento 184 é configurado para engatar-se com e serretido por perfil de travamento 180 de válvula mestra dedesvio de substituição 136'. Embora um sistema para travarconjunto fixo de vedação 122' seguramente dentro de válvulamestra de desvio de substituição 136' seja mostradoesquematicamente na Figura 4, outros mecanismos para darsegurança ao conjunto fixo de vedação 122' dentro deválvula mestra de desvio de substituição 136' sãoconhecidos daqueles versados na técnica. Quando instaladas,as vedações de empacotador (186, 188) ficam respectivamenteacima e abaixo de percurso de desvio de fluido 168 parapermitir comunicação de fluido com conjunto fixo de vedação122' através de uma entrada correspondente 190 nasuperfície externa do corpo principal de conjunto fixo devedação 122', a referida entrada 190 situada entre vedaçõesde empacotador (186, 188).

O conjunto fixo de vedação 122' é de preferênciadistribuído para válvula mestra de desvio de substituição136' após ser conectado à extremidade próxima de um condutode injeção inferior 128. O canal de comunicação 192 dentrodo corpo principal 182 conecta o percurso de desvio defluido 168 com conduto de injeção inferior 128 abaixo docorpo principal 182. O canal de comunicação 192 permite aum operador na superfície comunicar-se hidraulicamente coma zona abaixo do conjunto fixo de desvio 122' independentede se as aberturas de fluxo de produção 194 estão naposição aberta ou fechada. A válvula mestra de desvio desubstituição 136' ilustrada na Figura 4 é vantajosamenteempregada durante a construção de novos poços, eliminandodesse modo a necessidade em instalar bocais hidráulicos(por exemplo, bocal hidráulico 124 na Figura 1) dentro dafileira de tubulação de produção 110 para a instalação deconjuntos fixos de vedação, que podem ser utilizados parainjeção fluídica, e/ou válvulas de segurança de sub-superfície.

A Figura 5 ilustra ainda outra modalidade da válvulamestra de desvio de substituição 136" da presente invenção.A válvula mestra de desvio de substituição 136" podeincorporar um cruzamento de fluxo integral 196 em umaextremidade superior de orifício de descarga de jusante164. Conforme ilustrado, a válvula mestra de desvio desubstituição 136" da Figura 5 possui uma guia de tubulação176, um percurso de desvio de fluido 168, e um perfil detravamento 180 adaptados para receber um suporte detubulação de entrada, conjunto fixo de desvio, ou umaválvula subsuperficial de segurança. Deve-se observar que oângulo do percurso de desvio de fluido 168 pode sercolocado em qualquer ângulo que seja operacionalmentedesejável. Um percurso de desvio de fluido 168 que éperpendicular ao orifício de admissão de montante 162 estádentro do âmbito da presente invenção.

A Figura 6 ilustra uma válvula de desvio desubstituição 200 que incorpora um projeto de entrada deelemento de controle de fluxo. A entrada 202 é adaptadapara fechar e vedar em tono da tubulação capilar 204,permitindo distribuição da tubulação capilar fora da partesuperior da árvore de Natal de cabeça de poço 206 como étípico na técnica. Este projeto emprega uma ranhura ou umentalhe 208 na entrada 202 da válvula de desvio desubstituição 200 especialmente adaptada para cercarsubstancialmente a tubulação capilar 2 04 e vedar em tornoda mesma. A ranhura 208 permite abrir e fechar a entrada202 da válvula de substituição 200 para vedar a cabeça depoço 206 sem interromper a função da tubulação capilar 204ou fluir fluidos através da mesma.

Em operação este sistema é adaptado de forma idealpara remediar problemas em poços existentes. A invençãodescreve acima em relação que as figuras podem serutilizadas em nova construção ou podem ser utilizadas parareajustar um poço de produção. As etapas para reajustar umpoço existente com a válvula mestra de desvio desubstituição 136 da presente invenção, tal como a válvulailustrada na Figura 2, por exemplo, incluem remover umaválvula mestra que possui dimensões axiais determinadas deuma cabeça de poço 114 (por exemplo, árvore de Natal) ,substituir a referida válvula de controle de fluxo por umaválvula mestra de desvio de substituição 13 6 de dimensõessimilares, por exemplo, diâmetro de furo, comprimento axialde largura, e quaisquer conexões. 0 retro-ajuste éfacilitado pela utilização de uma válvula mestra de desviode substituição 136 que possua dimensões similares àquelada válvula sendo removida, eliminando desse modonecessidade em re-tubular conexões de cabeça de poçoexistentes.

Um poço pode também ser reajustado com uma válvula,similar àquela ilustrada na Figura 5. A válvula mestra dedesvio de substituição 13 6" que possui um cruzamentointegrado pode substituir ambos a válvula mestra e ocruzamento de fluxo de uma cabeça de poço existente. Nestamodalidade, as dimensões da válvula de substituiçãointegrada podem ser similares àquelas da válvula mestra edo cruzamento de fluxo combinados. A utilização de umaválvula integrada minimiza o número de conexões e pontos devazamento potenciais além de não exigir a necessidade dere-tubular as conexões de cabeça de poço para acomodar umaválvula de dimensões variadas.

A invenção também permite ao poço ser facilitado emoperação após reajuste pela inserção de uma fileira detubulação de pequeno diâmetro 126 através do referidopercurso de desvio de fluido 168 dentro de uma tubulação deprodução e injeção de um fluido de aperfeiçoamento deprodução dentro do reservatório independente da posição dequalquer elemento de controle de fluxo da referida válvulade substituição. Para facilitar o reajuste, uma válvulasubsuperficial de segurança pode ser empregada paratemporariamente interromper a produção do poço.

A presente invenção também propicia um método paraproduzir um poço que inclui instalar uma válvula 200 quepossui uma entrada 208 adaptada para encaixar com umasegunda entrada não-motora 202 para vedar em torno de umatubulação de pequeno diâmetro 204 enquanto na posiçãofechada em uma árvore de Natal de cabeça de poço, inserir afileira de tubulação de pequeno diâmetro 204 em umatubulação de produção, e injetar um fluido deaperfeiçoamento de produção através da tubulação de pequenodiâmetro 204 para dentro da cabeça de poço. A entrada 208de preferência possui uma ranhura na borda de ataque damesma para receber a fileira de tubulação de pequenodiâmetro 204. Quando em uma posição fechada, a interação daentrada 208 e da entrada não-motora 202 veda o furoenquanto permite a passagem de tubulação de pequenodiâmetro 204. Além disso, a entrada 208 e a entrada não-motora 202 podem ambas conter uma ranhura, por exemplo, quecoopera para vedar em torno da fileira de tubulação depequeno diâmetro 204.

Todos os documentos de patente mencionados aqui estãoaqui incorporados mediante referência em suas totalidadespara fins de prática de Patente U.S. e outras jurisdiçõesem que são permitidas.

Diversas modalidades e alternativas às mesmas foramdescritas. Embora a descrição acima inclua o melhor modosabido em realizar a invenção conforme contemplado pelosinventores, nem todas as alternativas foram descritas. Poresta razão, o âmbito e limitação da presente invenção nãodevem ser restritos à descrição acima, porém ao contráriodevem ser definidos e construídos pelas reivindicações emanexo.

Claims (24)

1. Aparelho para uso em um poço de produção quepossui uma cabeça de poço fixada a uma tubulação deprodução, caracterizado por compreender:um elemento de corpo com um orifício de admissão demontante, um orifício de descarga de jusante e uma câmarainterior;um elemento de controle de fluxo posicionado nacâmara interior para regular um fluxo de fluido provenientedo orifício de admissão de montante para o orifício dedescarga de jusante;um percurso de desvio de fluido que liga o orifíciode admissão de montante a montante de cada um de qualquerelemento de controle de fluxo da cabeça de poço a uma portano elemento de corpo para permitir comunicação de fluidocom a tubulação de produção independente de um posição dequalquer elemento de controle de fluxo da cabeça de poço;um conduto de comunicação com uma extremidadesuperior e uma extremidade distai instalado através dopercurso de desvio de fluido euma válvula sub-superficial de segurança posicionadana tubulação de produção, a válvula sub-superficial desegurança conectada à extremidade distai do conduto decomunicação.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do elemento de corpo compreenderainda um cruzamento integral de fluxo em uma extremidadesuperior do orifício de descarga de jusante que possui pelomenos duas descargas em comunicação fluida com o orifíciode descarga de jusante.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do percurso de desvio de fluido serperpendicular ao orifício de admissão da montante.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do percurso de desvio de fluido seroblíquo ao orifício de admissão da montante.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda um guia de tubulaçãopróximo a uma interseção do orifício de admissão damontante e do percurso de desvio de fluido.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato da extremidade distai do conduto decomunicação se estender para dentro da tubulação deprodução.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda pelo menos um recuoentre um interior do percurso de desvio de fluido e umexterior do conduto de comunicação.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender um obturador próximo a umaextremidade superior do percurso de desvio de fluido; oobturador vedando uma coroa anular entre um interior dopercurso de desvio de fluido e um exterior do conduto decomunicação.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do conduto de comunicação serselecionado a partir do grupo que consiste em tubulaçãocapilar, linha telefônica, linha lisa, cabo de fibra óticae tubulação espiralada.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender uma ferramenta conectada àextremidade distai do conduto de comunicação.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado por compreender ainda um conduto inferior decomunicação que se estende a partir da válvula sub-superficial de segurança, o conduto inferior de comunicaçãoestendendo-se a montante a partir da válvula sub-superficial de segurança, o conduto inferior de comunicaçãoem comunicação fluida com o conduto de comunicação atravésde uma passagem interior da válvula sub-superficial desegurança.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado por compreender ainda uma cabeça de injeçãoconectada a uma extremidade distai do conduto inferior decomunicação.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado por compreender ainda um conjunto fixo devedação que compreende:um corpo principal que propicia um perfil de engateconfigurado para ser retido pelo perfil de travamento;um conjunto superior de vedação e um conjuntoinferior de vedação para vedar uma interface entre o corpoprincipal e o orifício de admissão de montante;uma porta de admissão no corpo principalintermediário aos conjuntos superior e inferior de vedaçãoem comunicação fluida com o percurso de desvio de fluido;uma porta de descarga no corpo principal próxima auma extremidade inferior do corpo principal eum canal de comunicação que atravessa o corpoprincipal para propiciar comunicação fluida entre a portade admissão e a porta de descarga.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado por compreender ainda um conduto inferior decomunicação em comunicação fluida com a porta de descarga.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado por compreender ainda uma cabeça de injeçãoconectada a uma extremidade distai do conduto inferior decomunicação.

16. Válvula mestra de uma cabeça de poço fixada a umatubulação de produção, caracterizada por compreender:um corpo de válvula mestra com um orifício deadmissão de montante, um orifício de descarga de jusante euma câmara interior;um elemento de controle de fluxo posicionado nacâmara interior para regular um fluxo de fluido provenientedo orifício de admissão de montante para o orifício dedescarga de jusante;um percurso de desvio de fluido que liga o orifíciode admissão de montante a uma porta no corpo da válvulamestra;um conduto de comunicação com uma extremidadesuperior e uma extremidade distai instalado através dopercurso de desvio de fluido euma válvula sub-superficial de segurança posicionadana tubulação de produção, a válvula sub-superficial desegurança conectada, à extremidade distai do conduto decomunicação.

17. Válvula mestra, de acordo com a reivindicação 16,caracterizada pelo fato do conduto de comunicação sertubulação capilar.

18. Válvula mestra, de acordo com a reivindicação 16,caracterizada pelo fato do percurso de desvio de fluido sertubulação capilar.

19. Aparelho para uso em um poço de produção quepossui uma cabeça de poço fixada a uma tubulação deprodução, caracterizado por compreender:um elemento de corpo com um orifício de admissão demontante, um orifício de descarga de jusante e uma câmarainterior, uma entrada posicionada na câmara interior pararegular um fluxo de fluido proveniente do orifício deadmissão de montante para o orifício de descarga dejusante;tubulação capilar que atravessa um percurso de desviode fluido que liga o orifício de admissão, o orifício dedescarga e a câmara interior ea entrada tendo uma ranhura que recebe de modovedável a tubulação capilar quando a entrada está em umaposição fechada para permitir operação do elemento decontrole de fluxo sem interromper a comunicação fluidadentro da tubulação capilar.

20. Método para retro-ajustar uma cabeça de poço quecompreende uma válvula mestra original com um comprimentoaxial, uma largura e um diâmetro interno de orifício, ométodo caracterizado por compreender:remover a válvula mestra original;propiciar uma válvula mestra de desvio com umcomprimento axial, uma largura e um diâmetro interno deorifício substancialmente similares à válvula mestraoriginal;substituir a válvula mestra original pela válvulamestra de desvio, a válvula mestra de desvio compreendendoum corpo de válvula mestra com um orifício de admissão demontante, um orifício de descarga de jusante e uma câmarainterior, um elemento de controle de fluxo posicionado nacâmara interior para regular um fluxo de fluido provenientedo orifício de admissão de montante para o orifício dedescarga de jusante e um percurso de desvio de fluido queliga o orifício de admissão de montante a uma porta nocorpo da válvula mestra.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado pelo fato do percurso de desvio de fluidoligar ao orifício de admissão de montante cada um doselementos de controle de fluxo da cabeça de poço.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado por compreender ainda comunicação fluida comuma tubulação de produção fixada a montante à válvulamestra através do percurso de desvio de fluido quando oelemento de controle de fluxo está fechado.

23. Método, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado por compreender ainda:inserir um conjunto fixo de vedação dentro de umperfil de travamento no orifício de admissão de montante daválvula mestra de desvio evedar o conjunto fixo de vedação ao orifício deadmissão de montante com um conjunto superior de vedação eum conjunto inferior de vedação, uma porta de admissão nocorpo principal intermediária aos conjuntos superior einferior de vedação em comunicação fluida com o percurso dedesvio de fluido e um canal de comunicação em comunicaçãofluida com a porta de admissão e uma porta de descarga emuma extremidade inferior do conjunto fixo de vedação.

24. Aparelho para uso em um poço de produção quepossui uma cabeça de poço fixada a uma tubulação deprodução, caracterizado por compreender:um elemento de corpo com um orifício de admissão demontante, um orifício de descarga de jusante e uma câmarainterior;um elemento de controle de fluxo posicionado nacâmara interior para regular um fluxo de fluido provenientedo orifício de admissão de montante para o orifício dedescarga de jusante eum percurso de desvio de fluido que liga o orifíciode admissão de montante a montante de cada um de qualquerelemento de controle de fluxo da cabeça de poço a uma portano elemento de corpo para permitir comunicação de fluidocom a tubulação de produção independente de um posição dequalquer elemento de controle de fluxo da cabeça de poço,onde o orifício de admissão de montante compreende ainda umperfil de travamento intermediário à câmara interior e aopercurso de desvio de fluido.