BRPI0612054B1 - Apparatus for use in a production well, a master well valve fixed to a production pipe and method for retro-fitting a well head - Google Patents

Description

APARELHO PARA USO EM UM POÇO DE PRODUÇÃO, VÁLVULA MESTRA DE UMA CABEÇA DE POÇO FIXADA A UMA TUBULAÇÃO DE PRODUÇÃO E MÉTODO PARA RETRO-AJUSTAR UMA CABEÇA DE POÇO REFERÊNCIA A PEDIDO DE PATENTE CORRELATO

[001] Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente provisório U.S. No. de Série 60/595.13? depositado era 8 de junho de 2005.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a poços e cabeças de poços de produção de hidrocarbonetos, e cria ura percurso de desvio seguro através da cabeça de poço. Mais especificamente, a invenção é uma válvula adaptada para substituir uma válvula existente que é um componente de um sistema de válvula de cabeça, de poço comumente chamado de árvore ou árvore de Natal. A válvula da presente invenção incorpora uma porta para permitir comunicação e/ou transmissão de um fluido de aperfeiçoamento de produção proveniente de uma localização externa ao poço através de tubulação de pequeno diâmetro para uma localização especifica furo abaixo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] Poços de produção de hidrocarbonetos normalmente possuem um invólucro ou forro que é cimentado nos mesmos, e uma tubulação de produção que é suspensa a partir de um suporte de tubulação em uma cabeça de poço. Um empacotador anular está situado entre o invólucro e a tubulação de produção, o que força fluidos do poço a fluírem dentro da tubulação de produção a uma certa velocidade para a superfície. A produção proveniente de um poço é normalmente de múltiplas fases, era que gãs, petróleo, água, e/ou alguns sólidos suspensos, tais como areia, são carregados de um reservatório subterrâneo para a superfície da Terra. A razão do gás, petróleo, e/ou água produzidos determina se o poço é considerado como sendo um poço de gás, um poço de petróleo, ou um poço de água. A velocidade dos fluidos produzidos é determinada em parte por pressão de formação, ou pressão inferior de furo (BHP).

[004] Quando um poço é primeiro perfurado, sua BHP está em seu valor máximo, por conseguinte a velocidade na tubulação de produção está em seu valor mais elevado e a quantidade máxima de hidrocarbonetos é içada do poço. Com o tempo, a produção provoca um esgotamento do reservatório, uma queda em BHP, e uma redução de velocidade na tubulação de produção. À medida que a velocidade da tubulação de produção diminui, gotículas de fluidos de poço podem "cair de volta" no poço. Isto pode conduzir a acumulação de água na tubulação de produção. À medida que a acumulação de água se eleva na tubulação de produção, uma pressão de cabeça hidrostática se desenvolve na mesma. Quando a pressão de cabeça hidrostática se iguala a BHP, o fluxo de hidrocarbonetos proveniente do reservatório cessa.

[005] Problemas de produção adicionais que são normalmente encontrados incluem: (i) podem-se formar emulsões quando certas razões da química do poço existirem; (ii) pode ocorrer deposição de precipitados de sólidos dissolvidos o que irá restringir e/ou entupir a tubulação; e (iii) pode ocorrer corrosão na tubulação de produção devido à química do poço.

[006] Tecnologias químicas foram desenvolvidas para mitigar ou eliminar estes problemas. Agentes tensoativos são comumente injetados para secar poços, e outros químicos são utilizados para evitar emulsões, precipitados, e para propiciar proteção à corrosão. Um método que é bem conhecido na indústria é distribuir estes químicos através de tubulação de carretei, comumente conhecida como tubulação espiralada, ou de preferência tubulação capilar de pequeno diâmetro devido a sua facilidade de transporte e manipulação. Aquele versado na técnica imediatamente observará que qualquer tipo de tubulação pode ser empregado para realizar o mesmo objetivo. Para facilidade de conveniência descritiva, a tubulação capilar deve ser mencionada nesta descrição para descrever a utilização da invenção, contudo qualquer tipo de conduto de comunicação pode ser utilizado sem divergir do espírito da invenção.

[007] Na prática, a tubulação capilar é distribuída dentro da tubulação de produção, e um químico adequado é injetado a partir da superfície através da tubulação capilar para uma localização furo abaixo.

[008] Um problema comum ocorre na cabeça de poço onde a tubulação capilar emerge da cabeça de poço. Normalmente, a tubulação capilar corre através das válvulas da cabeça de poço, para dentro de um obturador de retenção de pressão, emergindo desse modo da cabeça de poço. Se for necessário fechar uma das válvulas da cabeça de poço, a tubulação capilar é compartilhada, apenas para depois ser pescada do poço. Outro método de penetração de cabeça de poço bem conhecido é construir uma bobina (adaptada para caber entre flanges de cabeça de poço) que possua uma abertura para a tubulação capilar emergir. Infelizmente, a inserção de tal bobina pode alterar a altura global da cabeça de poço e alterar as localizações de linhas de fluxo.

[009] A Patente U.S. No. 6.851.478, aqui incorporada mediante referência, descreve uma árvore de Natal de corpo em "Y" para utilização com tubulação espiralada e outros componentes de cabeça de poço que integram componentes de uma árvore de Natal, enquanto propicia acesso de tubulação espiralada sem necessariamente adicionar à altura vertical da unidade. Contudo, a colocação da seção em "Y" acima da válvula mestra inferior resulta em compartilhamento da tubulação capilar quando a válvula mestra inferior é fechada. Adicionalmente, a árvore de Natal de corpo em "Y" não facilita o reajuste de uma válvula mestra existente uma vez que a árvore de Natal de corpo em "Y" é uma substituição para uma árvore de Natal existente inteira, e pode necessitar de re-tubulação significativa. Pedcor, Inc., em uma brochura de produto, descreve um adaptador de injeção química que propicia um mecanismo para inserir tubulação espiralada através de uma cabeça de poço, com desvantagens similares às descritas acima.

[010] A presente invenção contempla os problemas acima e propicia soluções para as necessidades anteriores.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[011] A presente invenção propicia um aparelho para utilização em um poço de produção que permite a utilização de tubulação capilar onde a tubulação capilar é colocada de tal forma que a tubulação capilar não seja danificada e permaneça operacional quando a válvula mestra estiver fechada.

[012] A presente invenção propicia um aparelho para utilização em um poço de produção que possui uma cabeça de poço fixada a uma tubulação de produção, o aparelho incluindo um elemento do corpo que possui um orifício de entrada a montante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmara interior, um elemento de controle de fluxo situado na câmara interior para regular um fluxo de fluido do orifício de entrada a montante para o orifício de descarga a jusante, e um percurso de desvio de fluido que conecta o orifício de entrada de montante a montante de cada um de qualquer elemento de controle de fluxo da cabeça de poço para uma porta no elemento de corpo para permitir comunicação de fluido com a tubulação de produção independente de uma posição do elemento de controle de fluxo qualquer da cabeça de poço.

[013] Um aparelho pode incluir um primeiro conector fixado ao orifício de entrada a montante para propiciar comunicação de fluido com um primeiro componente de cabeça de poço, um segundo conector fixado ao orifício de entrada a jusante para propiciar comunicação de fluido com um segundo componente de cabeça de poço, um terceiro conector fixado à porta no elemento de corpo para propiciar comunicação de fluido com um terceiro componente de cabeça de poço. Os primeiro, segundo e terceiro conectores podem ser conexões aparafusadas, conexões rebordadas, ou similares, e combinações das mesmas.

[014] O percurso de desvio de fluido pode ser oblíquo ao orifício de entrada a montante, ou pode ser substancialmente perpendicular ou substancialmente paralelo ao orifício de entrada a montante. O aparelho pode incluir uma guia de tubulação próxima a uma interseção do orifício de entrada a montante e o percurso de desvio de fluido.

[015] Um conduto de comunicação que possui uma extremidade superior e uma extremidade distai pode ser instalado através do percurso de desvio de fluido. A extremidade distai do conduto de comunicação pode se estender para dentro da tubulação de produção. Pelo menos uma rampa pode ser instalada entre um interior do percurso de desvio de fluido e um exterior do conduto de comunicação, próximo à extremidade superior do conduto de comunicação. Além disso, um obturador pode estar próximo à extremidade superior do conduto de comunicação, um obturador que veda a coroa anular entre um interior do percurso de desvio de fluido e o exterior do conduto de comunicação. O conduto de comunicação pode ser uma tubulação capilar, tubulação linha telefônica, linha lisa, de cabo de fibra ótica, espiralada, ou similar.

[016] Uma ferramenta, tal como uma válvula subsuperficial de segurança, um suporte de tubulação, ou similar, pode ser conectada à extremidade distai do conduto de comunicação. Uma extremidade superior de um conduto de comunicação inferior pode ser conectada a uma porção inferior da ferramenta. Uma cabeça de injeção pode ser conectada a uma extremidade distai do conduto de comunicação para a distribuição do fluxo de fluido para dentro do poço. A ferramenta inclui uma passagem interior para direcionar um fluxo de fluido do interior do conduto de comunicação para um interior do conduto de comunicação inferior.

[017] Uma válvula subsuperficial de segurança situada na tubulação de produção pode ser conectada à extremidade distai do conduto de comunicação. Um conduto de comunicação inferior pode se estender a montante a partir da válvula subsuperficial de segurança, o conduto de comunicação inferior na comunicação de fluido com o conduto de comunicação através de uma passagem interior da válvula subsuperficial de segurança. Uma cabeça de injeção pode ser conectada a uma extremidade distai do conduto de comunicação inferior.

[018] O orifício de entrada de montante pode incluir um perfil de travamento intermediário à câmara interior e ao percurso de desvio de fluido. O perfil de travamento pode ser utilizado para engatar uma ferramenta, por exemplo, um conjunto fixo de desvio, que possui um corpo principal que propicia um perfil de engate configurado para ser retido pelo perfil de travamento, um conjunto superior de desvio e um conjunto inferior de desvio para vedar uma interface entre o corpo principal e o orifício de entrada de montante, uma porta de entrada intermediária aos conjuntos de vedação superior e inferior em comunicação de fluido com o percurso de desvio de fluido, uma porta de descarga no corpo principal próxima a uma extremidade inferior do corpo principal, e um canal de comunicação que se estende através do corpo principal para propiciar comunicação de fluido entre a porta de entrada e a porta de descarga. Um conduto de comunicação inferior pode estar em comunicação de fluido com a porta de descarga. Uma cabeça de injeção pode estar conectada a uma extremidade distai do conduto de comunicação inferior.

[019] Em outra modalidade, a invenção propicia um poço com cavidade de poço envolvida que possui uma extremidade superior e uma inferior, tubulação de produção situada através das mesmas que possui uma extremidade superior e uma inferior e que forma um coroa anular com a cavidade de poço envolvida em que a tubulação de produção é vedada e uma extremidade superior da cavidade de poço envolvida. 0 poço inclui uma cabeça de poço para controlar uma produção de fluidos provenientes do poço que compreende pelo menos uma válvula pode incluir um elemento de corpo que possui um orifício de entrada a montante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmara interior. Um elemento de controle de fluxo está situado na câmara interior para regular um fluxo de fluido do orifício de entrada a montante para o orifício de descarga a jusante. Um percurso de desvio de fluido conecta o orifício de entrada a montante a uma porta no elemento de corpo.

[020] O poço pode incluir um primeiro conector fixado ao orifício de entrada a montante para propiciar comunicação de fluido com um primeiro componente de cabeça de poço; um segundo conector fixado ao orifício de entrada a montante para propiciar comunicação de fluido com um segundo componente de cabeça de poço; um terceiro conector fixado à porta no elemento de corpo para propiciar comunicação de fluido com um terceiro componente de cabeça de poço. Os primeiro, segundo e terceiro conectores podem ser conexões aparafusadas, conexões rebordadas, ou similares, ou uma combinação das mesmas.

[021] O percurso de desvio de fluido pode ser oblíquo, incluindo perpendicular, ao orifício de entrada de montante. A válvula pode incluir uma guia de tubulação próxima a uma interseção do orifício de entrada de montante e ao percurso de desvio de fluido.

[022] O poço pode incluir um conduto de comunicação que possui uma extremidade superior e uma extremidade distai instaladas através do percurso de desvio de fluido. Rampas podem ser instaladas entre um interior do percurso de desvio 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 do conduto de comunicação, vedando o coroa anular entre o interior do percurso de desvio de fluido e a porção externa do conduto de comunicação.

[023] O poço pode incluir uma ferramenta conectada à extremidade distai do conduto de comunicação. O poço pode incluir um conduto de comunicação inferior que possui uma extremidade superior e uma extremidade distai, em que a extremidade superior do conduto de comunicação inferior está conectada a uma porção inferior da ferramenta. A ferramenta pode incluir uma passagem interior para direcionar um fluxo de fluido do interior do conduto de comunicação para um interior do conduto de comunicação inferior. O poço pode também incluir uma passagem interior para direcionar um fluxo de fluido do interior do conduto de comunicação para um interior do conduto de comunicação inferior. O poço pode também incluir uma cabeça de injeção conectada à extremidade distai do conduto de comunicação inferior para a distribuição do fluxo de fluido para dentro do poço.

[024] O orifício de entrada a montante da válvula utilizada pode incluir um perfil de travamento que intermédia a câmara interior e o percurso de desvio de fluido para engatar uma ferramenta que inclui um corpo principal que propicia um perfil de engate configurado para ser retido pelo perfil de travamento; um conjunto superior de vedação e um conjunto inferior de vedação para vedar uma interface entre o corpo principal e o orifício de entrada de montante; uma porta de entrada que intermédia os conjuntos superior e inferior de vedação em comunicação de fluido com o percurso de desvio de fluido; uma porta de descarga próxima a uma extremidade inferior do corpo principal; um percurso que se estende através do corpo principal para propiciar comunicação de fluido da porta de entrada para a porta de descarga.

[025] O conduto de comunicação inferior pode estar em comunicação de fluido com a porta de descarga. Uma cabeça de injeção pode ser conectada a uma extremidade distai do conduto de comunicação inferior.

[026] Ainda em outra modalidade, uma válvula mestra de uma cabeça de poço fixada a uma tubulação de produção inclui um corpo de válvula mestra que possui um orifício de entrada a montante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmara interior, um elemento de controle de fluxo situado na câmara interior para regular um fluxo de fluido do orifício de entrada a montante para o orifício de descarga a jusante, e um percurso de desvio de fluido que conecta o orifício de entrada a montante a uma porta no corpo de válvula mestra. Uma tubulação capilar que possui uma extremidade superior e uma extremidade distai pode ser instalada através do percurso de desvio de fluido. A extremidade distai da tubulação capilar pode se estender para dentro da tubulação de produção. O percurso de desvio de fluido pode ser tubulação capilar.

[027] Em outra modalidade, um aparelho para utilização em um poço de produção que possui um orifício de entrada a montante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmara interior, uma entrada situada na câmara interior para regular um fluxo de fluido do orifício de entrada a montante para o orifício de descarga a jusante, e uma tubulação capilar que passa através do orifício de entrada, orifício de descarga, e da câmara interior, tendo a entrada uma ranhura que recebe de forma a vedar a tubulação capilar quando a entrada está em uma posição fechada para permitir operação do elemento de controle de fluxo sem interromper a comunicação de fluido dentro da tubulação capilar.

[028] Um método para reajustar uma cabeça de poço que inclui uma válvula mestra original que possui um comprimento axial, uma largura, e um diâmetro de orifício interno pode incluir remover a válvula mestra original, propiciar uma válvula mestra de desvio que possui um comprimento axial, largura, e um diâmetro de orifício interno substancialmente similares à válvula mestra original, substituir a válvula mestra original com a válvula mestra de desvio, a válvula mestra de desvio incluindo um corpo de válvula mestra que possui um orifício de entrada a montante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmara interior, um elemento de controle de fluxo situado na câmara interior para regular um fluxo de fluido do orifício de entrada de montante para o orifício de descarga de jusante, e um percurso de desvio de fluido que conecta o orifício de entrada de montante a uma porta no corpo de válvula mestra. O percurso de desvio de fluido pode intersectar ou de outra forma conectar o orifício de entrada a montante individualmente a qualquer dos elementos de controle de fluxo da cabeça de poço. 0 método pode incluir comunicação de fluidez com a tubulação de produção fixada a montante à válvula mestra através do percurso de desvio de fluido quando o elemento de controle de fluxo estiver fechado. 0 método pode ainda incluir inserir um conjunto fixo de vedação em um perfil de travamento no orifício de entrada a montante da válvula mestra de desvio, e vedar o conjunto fixo de vedação ao orifício de entrada a montante com um conjunto superior de vedação e um conjunto inferior de vedação, a porta em comunicação de fluido com o percurso de desvio de fluido, e um canal de comunicação em comunicação de fluido com a porta de entrada e uma porta de descarga sobre uma extremidade inferior do conjunto fixo de vedação.

[029] Em outra modalidade, a invenção propicia um método para reajustar uma cabeça de poço existente que inclui uma válvula mestra que possui um comprimento axial, uma largura, e um orifício interno de um diâmetro, que inclui remover a válvula mestra, substituir a válvula mestra com o aparelho descrito acima, em que o aparelho pode possuir um comprimento axial, uma largura, e um diâmetro de orifício interno aproximadamente idênticos ou de outra forma que combinam com aqueles da válvula mestra. O método de reajustar pode ser utilizado para re-ajustar uma cabeça de poço de um poço existente.

[030] Em outra modalidade, a invenção propicia um método para reajustar uma cabeça de poço existente que inclui uma válvula mestra e um cruzamento de fluxo próximos à válvula mestra, que quando conectados juntos possuem um comprimento axial, uma largura, um orifício interno de um diâmetro, e localizações de descarga especificadas (dimensões globais), o método incluindo remover a válvula mestra, remover o cruzamento de fluxo próximo à válvula mestra e instalar um aparelho para utilização no poço de produção que possui uma cabeça de poço fixada à tubulação de produção para substituir a válvula mestra e o cruzamento de fluxo, em que o aparelho possui dimensões externas aproximadamente idênticas ou similares e localizações de descarga às da válvula mestra e do cruzamento de fluxo quando conectados.

[031] Em outra modalidade da presente invenção, um aparelho para utilização em um poço de produção que possui uma cabeça de poço fixada a uma tubulação de produção, inclui um elemento de corpo que possui um orifício de entrada a montante, um orifício de descarga a jusante, e uma câmara interna, um elemento de controle de fluxo situado na câmara interior para regular um fluxo de fluido do orifício de entrada de montante para o orifício de descarga de jusante, e uma tubulação capilar que passa através do orifício de entrada, do orifício de descarga, e da câmara interior, em que o elemento de controle de fluxo pode incluir uma entrada adaptada para circundar e formar uma vedação com a tubulação capilar, permitindo uma operação do elemento de controle de fluxo sem interromper a comunicação dentro da tubulação capilar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[032] Para uma descrição mais detalhada das modalidades preferidas da presente invenção, será feita referência aos desenhos em anexo, em que: a Figura 1 é um desenho esquemático que ilustra um poço em alto mar que incorpora uma modalidade da presente invenção; a Figura 2 é uma ilustração esquemática de uma árvore de Natal em forma de cabeça de poço que incorpora uma modalidade da presente invenção; a Figura 3 é uma vista em seção de uma modalidade da válvula da presente invenção; a Figura 4 é uma vista em seção de outra modalidade da válvula da presente invenção com um conjunto fixo de vedação situada na mesma; a Figura 5 é uma vista em seção de outra modalidade da válvula da presente invenção que incorpora um cruzamento de fluxo dentro do corpo de válvula e a Figura 6 é uma vista em seção de outra modalidade de uma válvula da presente invenção em que a entrada da válvula forma uma vedação em torno da tubulação capilar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[033] A Figura 1 ilustra um sistema de produção de poço 100, que pode ser qualquer tipo de poço, e é mostrado como um sistema de produção em alto mar apenas para fins ilustrativos. Normalmente, o sistema de produção de poço 100 permite a recuperação de fluidos de produção 140, normalmente hidrocarbonetos, de um reservatório subterrâneo 102 para uma localização sobre ou acima do nivel do mar 104. Para refluir os fluidos de produção 140, uma cavidade de poço envolvida 106 é perfurada do nivel do mar 104 para o reservatório 102. As perfurações 108 permitem que o fluxo de fluidos de produção 140 do reservatório 102 para dentro da cavidade de poço envolvida 106 onde a pressão de reservatório conduz os fluidos de produção 140 para a superfície através de uma fileira de tubulação de produção 110. Um empacotador 112 de preferência veda a coroa anular entre a tubulação de produção 110 e a cavidade de poço envolvida 106 para impedir que os fluidos de produção pressurizados 140 escapem através da coroa anular. Uma cabeça de poço 114 cobre a extremidade superior da cavidade de poço envolvida 106 e a tubulação de produção 110 para impedir que fluidos de coroa anular escapem para dentro e poluam o ambiente. De preferência, a cabeça de poço 114 propicia portas vedadas 116 em que fileiras de tubulação (por exemplo, tubulação de produção 110) podem atravessar enquanto ainda mantêm a integridade hidráulica da cabeça de poço 114. A árvore de Natal de cabeça de poço 118 pode ser fixada à extremidade superior 119 da tubulação de produção 110, propiciando válvulas 120, válvula mestra 136, e uma linha de fluxo 121 que carrega fluidos produzidos do reservatório 102 para uma estação de bombeamento ou contenção (não mostrados).

[034] Pressões elevadas de fluidos de produção 140 em tubulação de produção 110 na extremidade superior 119 podem ser perigosos para componentes a jusante; muitas regulamentações de segurança exigem a instalação de uma válvula subsuperficial de segurança (SSV) 122 abaixo da cabeça de poço 114. Válvulas de segurança subsuperficiais e melhorias das mesmas são descritas em diversos pedidos de patente incorporados aqui mediante referência, que incluem Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/522.499, depositado em 7 de outubro de 2 004, Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/522.360, depositado em 20 de setembro de 2004, Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/522.498, depositado em 7 de outubro de 2 004, Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/522.500, depositado em 7 de outubro de 2004; Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/593.216; Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/593.217, e Pedido de Patente U.S. No. de Série 60/595.138, intitulados "Aparelho e Método para Injetar Continuamente Fluidos de Forma Segura em uma Cabeça de Poço" depositados em 8 de junho de 2005.

[035] A válvula subsuperficial de segurança 122 pode agir para fechar fluxo através da tubulação de produção 110 abaixo da cabeça de poço 114 tanto automaticamente quanto na direção de um operador na superfície. Independente da razão, fechar o fluxo de produção na válvula subsuperficial de segurança 122 abaixo da cabeça de poço 114 oferece uma camada adicionada de proteção contra explosões que operadores poderíam obter ao meramente fechar o poço com válvulas (120, 136) na cabeça de poço 114.

[036] A válvula subsuperficial de segurança 122, que é ilustrada como um tipo de conjunto fixo de vedação de SSV, pode ser desdobrada para o bocal hidráulico 124 dentro da fileira de tubulação de produção 110 sobre a extremidade distai de conduto de injeção superior 126. O conduto de injeção superior 126 é de preferência um tubo capilar hidráulico, porém qualquer conduto de comunicação, que inclui linha telefônica, linha lisa, fibra-ótica, ou tubulação espiralada pode ser utilizado, porém sem se limitar aos mesmos. O conduto de injeção superior 126 conforme mostrado na Figura 1 é um conduto hidráulico e é capaz de injetar fluidos abaixo do conjunto fixo de vedação 122. Um percurso de fluido (não mostrado) dentro do conjunto fixo de vedação 122 conecta o conduto de injeção superior 126 ao conduto de injeção inferior 128 para permitir injeção de fluido abaixo do conjunto fixo de vedação 122 independente da orientação de qualquer elemento de controle de fluxo do conjunto fixo de vedação 122 de válvula subsuperficial de segurança. Uma ou mais válvulas de verificação 129 em condutos de injeção (126, 128) impede fluidos de fluir da zona de produção para a superfície através dos condutos de injeção (126, 128). De forma alternativa, uma comunicação bidirecional pode ser propiciada através dos condutos de injeção (126, 128) ao remover a válvula de verificação 129 conforme desejado por aplicações específicas.

[037] A cabeça de injeção 130, situada em uma extremidade distai de conduto de injeção 128, permite a liberação de fluidos injetados 132 para dentro do reservatório 102. Fluidos injetados 132 podem qualquer líquido, espuma ou fórmula gasosa que seja desejável para injetar dentro de um reservatório ou tubulação furo abaixo. Agentes tensoativos, ácidos, inibidores de corrosão, inibidores de incrustação, inibidores de hidrato, inibidores de parafina, e soluções mistas pode ser utilizados como fluidos injetados 132. Fluidos injetados 132 podem ser injetados na superfície por bomba de injeção 134 através de conduto de injeção superior 126 que entra na fileira de tubulação de produção 110 através de válvula de desvio de substituição 136, aqui uma válvula inferior ou "mestra" conforme propiciado pela presente invenção. O fluxo de fluidos injetados 132 pode ser controlado por válvula de controle de fluxo 138, que pode ser uma válvula como a vendida sob a marca registrada MERLA, por exemplo.

[038] Fluidos de produção 140 podem entrar na cadeia de tubulação de produção 110 em perfurações 108, fluir pelo conjunto fixo de vedação 122, que pode incluir uma válvula subsuperficial de segurança, e fluir para a superfície através de uma abertura vedada em cabeça de poço 114. Quando é desejado fechar o poço, a válvula subsuperficial de segurança de conjunto fixo de vedação 122 e/ou de válvula mestra de desvio de substituição 136 pode ser fechada, impedindo o fluxo de fluidos de produção 140 de progredir para a superfície. Com a válvula mestra de desvio de substituição 136 e/ou a válvula subsuperficial de segurança de conjunto fixo de vedação 122 fechada, a injeção de fluidos de injeção 132 ainda é provável através de condutos de injeção (126, 128). Fluidos de injeção 132 podem permitir a um operador de superfície realizar trabalho para estimular ou de outra forma trabalhar sobre o reservatório 102 ou componentes furo abaixo enquanto o elemento de controle de fluido de conjunto fixo de vedação 122 ou válvula mestra de desvio de substituição 136 é fechado.

[039] A Figura 2 ilustra esquematicamente uma cabeça de poço 114 em maiores detalhes. A cabeça de poço 114 pode possuir diversas admissões e descargas, comumente denominadas como árvore de Natal, e ilustradas como cruzamento 150. AS válvulas 120 (não mostradas na Fig. 2) e/ou linha de fluxo 121 podem ser fixadas ao cruzamento 150, conforme é ilustrado na Figura 1, ou a válvula 152 pode ser fixada ao cruzamento 150 conforme ilustrado na Fig. 2. A válvula mestra de desvio 136 pode ser a válvula de fechamento principal para o sistema de poço.

[040] A válvula mestra de desvio de substituição 136 pode fixar a tubulação de produção 110 ao cruzamento 150. A válvula mestra de desvio de substituição 136 pode ser utilizada ao construir um novo poço, ou pode ser utilizada para substituir uma válvula mestra existente. Quando utilizada para substituir uma válvula mestra existente, a válvula mestra de desvio de substituição 136 pode ter as mesmas dimensões geométricas da válvula mestra original e/ou do cruzamento 150, por exemplo, altura (H1 ou H2) e largura (Ll), minimizando desse modo as alterações para a cabeça de poço 114 ao adaptar a cabeça de poço 114 para utilizar a válvula mestra de desvio de substituição 136. Embora ilustrado como a válvula mestra, o percurso de desvio 168 pode ser utilizado com qualquer válvula de uma cabeça de poço 114 sem se afastar do espirito da invenção.

[041] Em relação agora às Figuras 2 e 3, a válvula mestra de desvio de substituição 136 possui um corpo de válvula 160 que possui um orifício de entrada a montante 162, um orifício de descarga a jusante 164, e uma câmara interior 166. A câmara interior 166, conforme ilustrado, pode alojar um elemento de controle de fluxo 167 para controlar o fluxo de fluidos de produção 140 através da válvula mestra de desvio de substituição 136. O elemento de controle de fluxo 167 é mostrado esquematicamente como um disco (pontilhado), porém pode ser uma bola, entrada, pistão/agulha, ou outros elementos de controle de fluxo utilizados para controlar fluxo através de válvulas, como conhecido daquele versado na técnica.

[042] O percurso de desvio de fluido 168 propicia um segundo percurso fluidico do orifício de entrada de montante 162 para o exterior do corpo de válvula 160. O percurso de desvio de fluido 168 pode ser oblíquo com relação ao orifício de entrada de montante 162, conforme ilustrado na Figura 2, ou pode ser perpendicular ao orifício de entrada de montante 162, conforme ilustrado na Figura 4. A entrada 169 de percurso de desvio de fluido 168 no corpo de válvula 160 pode ser uma conexão rosqueada (como na Figura 3, por exemplo) ou uma conexão rebordada.

[043] Embora a válvula mestra de desvio de substituição 136 seja ilustrada e descrita com relação a uma válvula mestra, uma válvula de desvio de substituição 136 pode também ser utilizada em qualquer outra localização na cabeça de poço 114, desde que o percurso de desvio de fluido 168 esteja em comunicação com a tubulação de produção 110 para permitir a injeção e transporte de cavidade de poço de fluido independente da posição de qualquer válvula de cabeça de poço 114.

[044] Em operação, a tubulação capilar 126 atravessa o percurso de desvio de fluido 168 e de orifício de entrada de montante 162 e vai para dentro de cavidade de poço de tubulação de produção 110. Conexões 170 podem ser fixadas ao corpo de válvula 160 na entrada 169 de percurso de desvio de fluido 168 para propiciar comunicação de fluido da bomba de injeção 134 e da válvula de controle de fluxo ou medição 138. Rampas 172 e/ou obturador 174 (vide Figura 3) podem propiciar sustentação para tubulação capilar 126 e direcionar o fluxo de fluido injetado 132 através do interior da tubulação capilar 126 de modo a não descarregar a partir da entrada 169.

[045] Conforme ilustrado na Figura 3, uma guia de tubulação 176 situada próxima à interseção do orifício de entrada de montante 162 e do percurso de desvio de fluido oblíquo ou angularmente disposto 168 pode ser propiciada para facilitar a instalação de tubulação capilar 126 através de válvula mestra de desvio de substituição 136 e para dentro de coroa anular de tubulação de produção 110.

[046] A Figura 4 ilustra outra modalidade da válvula mestra de desvio de substituição 136' da presente invenção. Uma porção superior de orifício de entrada de montante 162 de válvula mestra de desvio de substituição 136' pode possuir um perfil de travamento 180 para a fixação de uma válvula subsuperficial de segurança ou conjunto fixo de vedação 122'. O conjunto fixo de vedação 122', que difere do conjunto fixo de vedação 122 na Fig. 1, é mostrado construído como um corpo principal substancialmente tubular 182 que possui um perfil externo de detentor de travamento 184 e um conjunto superior 186 e inferior 188 de vedação, ilustrados como um par de empacotadores hidráulicos de vedação (186, 188). O perfil externo de detentor de travamento 184 é configurado para engatar-se com e ser retido por perfil de travamento 180 de válvula mestra de desvio de substituição 136'. Embora um sistema para travar conjunto fixo de vedação 122' seguramente dentro de válvula mestra de desvio de substituição 136' seja mostrado esquematicamente na Figura 4, outros mecanismos para dar segurança ao conjunto fixo de vedação 122' dentro de válvula mestra de desvio de substituição 136' são conhecidos daqueles versados na técnica. Quando instaladas, as vedações de empacotador (186, 188) ficam respectivamente acima e abaixo de percurso de desvio de fluido 168 para permitir comunicação de fluido com conjunto fixo de vedação 122' através de uma entrada correspondente 190 na superfície externa do corpo principal de conjunto fixo de vedação 122', a referida entrada 190 situada entre vedações de empacotador (18 6, 188) .

[047] O conjunto fixo de vedação 122' é de preferência distribuído para válvula mestra de desvio de substituição 136' após ser conectado à extremidade próxima de um conduto de injeção inferior 128. O canal de comunicação 192 dentro do corpo principal 182 conecta o percurso de desvio de fluido 168 com conduto de injeção inferior 128 abaixo do corpo principal 182. O canal de comunicação 192 permite a um operador na superfície comunicar-se hidraulicamente com a zona abaixo do conjunto fixo de desvio 122' independente de se as aberturas de fluxo de produção 194 estão na posição aberta ou fechada. A válvula mestra de desvio de substituição 136' ilustrada na Figura 4 é vantajosamente empregada durante a construção de novos poços, eliminando desse modo a necessidade em instalar bocais hidráulicos (por exemplo, bocal hidráulico 124 na Figura 1) dentro da fileira de tubulação de produção 110 para a instalação de conjuntos fixos de vedação, que podem ser utilizados para injeção fluídica, e/ou válvulas de segurança de sub-superfície.

[048] A Figura 5 ilustra ainda outra modalidade da válvula mestra de desvio de substituição 136" da presente invenção. A válvula mestra de desvio de substituição 136" pode incorporar um cruzamento de fluxo integral 196 em uma extremidade superior de orifício de descarga de jusante 164. Conforme ilustrado, a válvula mestra de desvio de substituição 136" da Figura 5 possui uma guia de tubulação 176, um percurso de desvio de fluido 168, e um perfil de travamento 180 adaptados para receber um suporte de tubulação de entrada, conjunto fixo de desvio, ou uma válvula subsuperficial de segurança. Deve-se observar que o ângulo do percurso de desvio de fluido 168 pode ser colocado em qualquer ângulo que seja operacionalmente desejável. Um percurso de desvio de fluido 168 que é perpendicular ao orifício de entrada de montante 162 está dentro do âmbito da presente invenção.

[049] A Figura 6 ilustra uma válvula de desvio de substituição 200 que incorpora um projeto de entrada de elemento de controle de fluxo. A entrada 202 é adaptada para fechar e vedar em tono da tubulação capilar 204, permitindo distribuição da tubulação capilar fora da parte superior da árvore de Natal de cabeça de poço 206 como é típico na técnica. Este projeto emprega uma ranhura ou um entalhe 208 na entrada 202 da válvula de desvio de substituição 200 especialmente adaptada para cercar substancialmente a tubulação capilar 204 e vedar em torno da mesma. A ranhura 208 permite abrir e fechar a entrada 202 da válvula de substituição 200 para vedar a cabeça de poço 206 sem interromper a função da tubulação capilar 204 ou fluir fluidos através da mesma.

[050] Em operação este sistema é adaptado de forma ideal para remediar problemas em poços existentes. A invenção descreve acima em relação que as figuras podem ser utilizadas em nova construção ou podem ser utilizadas para reajustar um poço de produção. As etapas para reajustar um poço existente com a válvula mestra de desvio de substituição 136 da presente invenção, tal como a válvula ilustrada na Figura 2, por exemplo, incluem remover uma válvula mestra que possui dimensões axiais determinadas de uma cabeça de poço 114 (por exemplo, árvore de Natal) , substituir a referida válvula de controle de fluxo por uma válvula mestra de desvio de substituição 136 de dimensões similares, por exemplo, diâmetro de furo, comprimento axial de largura, e quaisquer conexões. 0 retro-ajuste é facilitado pela utilização de uma válvula mestra de desvio de substituição 136 que possua dimensões similares àquela da válvula sendo removida, eliminando desse modo necessidade em re-tubular conexões de cabeça de poço existentes.

[051] Um poço pode também ser reajustado com uma válvula, similar àquela ilustrada na Figura 5. A válvula mestra de desvio de substituição 136" que possui um cruzamento integrado pode substituir ambos a válvula mestra e o cruzamento de fluxo de uma cabeça de poço existente. Nesta modalidade, as dimensões da válvula de substituição integrada podem ser similares àquelas da válvula mestra e do cruzamento de fluxo combinados. A utilização de uma válvula integrada minimiza o número de conexões e pontos de vazamento potenciais além de não exigir a necessidade de re-tubular as conexões de cabeça de poço para acomodar uma válvula de dimensões variadas.

[052] A invenção também permite ao poço ser facilitado em operação após reajuste pela inserção de uma fileira de tubulação de pequeno diâmetro 126 através do referido percurso de desvio de fluido 168 dentro de uma tubulação de produção e injeção de um fluido de aperfeiçoamento de produção dentro do reservatório independente da posição de qualquer elemento de controle de fluxo da referida válvula de substituição. Para facilitar o reajuste, uma válvula subsuperficial de segurança pode ser empregada para temporariamente interromper a produção do poço.

[053] A presente invenção também propicia um método para produzir um poço que inclui instalar uma válvula 200 que possui uma entrada 208 adaptada para encaixar com uma segunda entrada não-motora 202 para vedar em torno de uma tubulação de pequeno diâmetro 204 enquanto na posição fechada em uma árvore de Natal de cabeça de poço, inserir a fileira de tubulação de pequeno diâmetro 204 em uma tubulação de produção, e injetar um fluido de aperfeiçoamento de produção através da tubulação de pequeno diâmetro 204 para dentro da cabeça de poço. A entrada 208 de preferência possui uma ranhura na borda de ataque da mesma para receber a fileira de tubulação de pequeno diâmetro 204. Quando em uma posição fechada, a interação da entrada 208 e da entrada não-motora 202 veda o furo enquanto permite a passagem de tubulação de pequeno diâmetro 204. Além disso, a entrada 208 e a entrada não-motora 202 podem ambas conter uma ranhura, por exemplo, que coopera para vedar em torno da fileira de tubulação de pequeno diâmetro 204.

[054] Todos os documentos de patente mencionados aqui estão aqui incorporados mediante referência em suas totalidades para fins de prática de Patente U.S. e outras jurisdições em que são permitidas.

[055] Diversas modalidades e alternativas às mesmas foram descritas. Embora a descrição acima inclua o melhor modo sabido em realizar a invenção conforme contemplado pelos inventores, nem todas as alternativas foram descritas. Por esta razão, o âmbito e limitação da presente invenção não devem ser restritos à descrição acima, porém ao contrário devem ser definidos e construídos pelas reivindicações em anexo.

REIVINDICAÇÕES

Claims (23)

1. Aparelho para uso em um poço de produção que possui uma cabeça de poço (114) fixada a uma tubulação de produção (110), caracterizado por compreender: um elemento de corpo (160) com um orifício de entrada de montante (162), um orifício de descarga de jusante (164) e uma câmara interior (166); um elemento de controle de fluxo (167) posicionado na câmara interior (166) para regular um fluxo de fluido proveniente do orifício de entrada de montante (162) para o orifício de descarga de jusante (164); um percurso de desvio de fluido (168) que liga o orifício de entrada de montante (162) a montante de cada um de qualquer elemento de controle de fluxo (167, 120) da cabeça de poço (114) a uma porta (169) no elemento de corpo (160) para permitir comunicação de fluido com a tubulação de produção (110) independente de uma posição do qualquer elemento de controle de fluxo (167, 120) da cabeça de poço (114) ; um conduto de comunicação (126) com uma extremidade superior e uma extremidade distai instalado através do percurso de desvio de fluido (168); e uma válvula sub-superficial de segurança (122) posicionada na tubulação de produção (110), a válvula sub-superf icial de segurança (122) conectada à extremidade distai do conduto de comunicação (126).

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento de corpo (160) compreender ainda um cruzamento integral de fluxo (150) em uma extremidade superior do orifício de descarga de jusante (164) que possui pelo menos duas descargas em comunicação fluida com o orifício de descarga de jusante (164).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do percurso de desvio de fluido (168) ser perpendicular ao orifício de entrada da montante (162) .

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do percurso de desvio de fluido (168) ser oblíquo ao orifício de entrada da montante (162).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um guia de tubulação (176) próximo a uma interseção do orifício de entrada da montante (162) e do percurso de desvio de fluido (168).

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da extremidade distai do conduto de comunicação (126) se estender para dentro da tubulação de produção (110).

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda pelo menos um recuo (172) entre um interior do percurso de desvio de fluido (168) e um exterior do conduto de comunicação (126).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um obturador (174) próximo a uma extremidade superior do percurso de desvio de fluido (168), o obturador (174) vedando uma coroa anular entre um interior do percurso de desvio de fluido (168) e um exterior do conduto de comunicação (126).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do conduto de comunicação (126) ser selecionado a partir do grupo que consiste em tubulação capilar, linha telefônica, linha lisa, cabo de fibra ótica e tubulação espiralada.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma ferramenta conectada à extremidade distai do conduto de comunicação (126).

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda um conduto inferior de comunicação (128) que se estende a montante a partir da válvula sub-superficial de segurança (122), o conduto inferior de comunicação (128) em comunicação fluida com o conduto de comunicação (126) através de uma passagem interior da válvula sub-superficial de segurança (122).

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender ainda uma cabeça de injeção (130) conectada a uma extremidade distai do conduto inferior de comunicação (128) .

13. Aparelho para uso em um poço de produção que possui uma cabeça de poço (114) fixada a uma tubulação de produção (110), caracterizado por compreender: um elemento de corpo (160) com um orifício de entrada de montante (162), um orifício de descarga de jusante (164) e uma câmara interior (166); um elemento de controle de fluxo (167) posicionado na câmara interior (166) para regular um fluxo de fluido proveniente do orifício de entrada de montante (162) para o orifício de descarga de jusante (164); e um percurso de desvio de fluido (168) que liga o orifício de entrada de montante (162) a montante de cada um de qualquer elemento de controle de fluxo (167, 120) da cabeça de poço (114) a uma porta (169) no elemento de corpo (160) para permitir uma comunicação de fluido com a tubulação de produção (110) independente de uma posição do qualquer elemento de controle de fluxo (167, 120) da cabeça de poço (114), onde o orifício de entrada de montante (162) compreende ainda um perfil de travamento (180) intermediário à câmara interior (166) e ao percurso de desvio de fluido (168).

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender ainda um conjunto fixo de vedação (122') que compreende: um corpo principal (182) que propicia um perfil de engate (184) configurado para ser retido pelo perfil de travamento (180); um conjunto superior de vedação (186) e um conjunto inferior de vedação (188) para vedar uma interface entre o corpo principal (182) e o orifício de entrada de montante (162) ; uma porta de entrada (190) no corpo principal (182) intermediário aos conjuntos superior e inferior de vedação (186, 188) em comunicação fluida com o percurso de desvio de fluido (168); uma porta de descarga no corpo principal (182) próxima a uma extremidade inferior do corpo principal (182); e um canal de comunicação (192) que se estende através do corpo principal (182) para propiciar comunicação fluida entre a porta de entrada (190) e a porta de descarga.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender ainda um conduto inferior de comunicação (128) em comunicação fluida com a porta de descarga.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda uma cabeça de injeção (130) conectada a uma extremidade distai do conduto inferior de comunicação (128) .

17. Válvula mestra (136) de uma cabeça de poço (114) fixada a uma tubulação de produção (110), caracterizada por compreender: um corpo de válvula mestra (160) com um orifício de entrada de montante (162), um orifício de descarga de jusante (164) e uma câmara interior (166); um elemento de controle de fluxo (167) posicionado na câmara interior (166) para regular um fluxo de fluido proveniente do orifício de entrada de montante (162) para o orifício de descarga de jusante (164); um percurso de desvio de fluido (168) que liga o orifício de entrada de montante (162) a uma porta (169) no corpo da válvula mestra (160); um conduto de comunicação (126) com uma extremidade superior e uma extremidade distai instalado através do percurso de desvio de fluido (168); e uma válvula sub-superficial de segurança (122) posicionada na tubulação de produção (110), a válvula sub-superf icial de segurança (122) conectada à extremidade distai do conduto de comunicação (126).

18. Válvula mestra (136), de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato do conduto de comunicação (126) ser tubulação capilar.

19. Válvula mestra (136), de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato do percurso de desvio de fluido (168) ser tubulação capilar.

20. Método para retro-ajustar uma cabeça de poço (114) que compreende uma válvula mestra original com um comprimento axial, uma largura e um diâmetro interno de orifício, o método caracterizado por compreender: remover a válvula mestra original; propiciar uma válvula mestra de desvio (136) com um comprimento axial, uma largura e um diâmetro interno de orifício substancialmente similares à válvula mestra original; substituir a válvula mestra original pela válvula mestra de desvio (136), a válvula mestra de desvio (136) compreendendo um corpo de válvula mestra (160) com um orifício de entrada de montante (162), um orifício de descarga de jusante (164) e uma câmara interior (166), um elemento de controle de fluxo (167) posicionado na câmara interior (166) para regular um fluxo de fluido proveniente do orifício de entrada de montante (162) para o orifício de descarga de jusante (164) e um percurso de desvio de fluido (168) que liga o orifício de entrada de montante (162) a uma porta (169) no corpo da válvula mestra (160).

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato do percurso de desvio de fluido (168) ligar ao orifício de entrada de montante (162) cada um dos elementos de controle de fluxo (167, 120) da cabeça de poço (114).

22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por compreender ainda comunicação fluida com uma tubulação de produção (110) fixada a montante à válvula mestra (136) através do percurso de desvio de fluido (168) quando o elemento de controle de fluxo (167) estiver fechado.

23. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por compreender ainda: inserir um conjunto fixo de vedação (122') dentro de um perfil de travamento (180) no orifício de entrada de montante (162) da válvula mestra de desvio (136) e vedar o conjunto fixo de vedação (122') ao orifício de entrada de montante (162) com um conjunto superior de vedação (186) e um conjunto inferior de vedação (188), uma porta de entrada (190) no corpo principal (160) intermediária aos conjuntos superior e inferior de vedação (186, 188) em comunicação fluida com o percurso de desvio de fluido (168) e um canal de comunicação (192) em comunicação fluida com a porta de entrada (190) e uma porta de descarga em uma extremidade inferior do conjunto fixo de vedação (122').