BRPI0806146B1

BRPI0806146B1 - sistema de poço offshore e método para monitorar tensão em uma coluna de revestimento

Info

Publication number: BRPI0806146B1
Authority: BR
Inventors: C Adamek Frank
Original assignee: Vecto Gray Inc
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2019-12-10
Also published as: GB2450409A; GB2450409B; BRPI0806146A2; BRPI0806146B8; US7819182B2; NO341712B1; US20080314577A1; NO20082786L; GB0811049D0

Abstract

medição de esforço, tensão e fadiga de tubulação de poço. descreve-se um sistema para monitorar tensão em um revestimento de poço incluindo um ou mais medidores que são fixados a uma superfície externa do revestimento de poço. cada medidor inclui uma ou mais aberturas. durante a operação, variações no formato e espaçamento das aberturas são monitoradas e utilizadas para determinar um nível de tensão no revestimento de poço.

Description

“SISTEMA DE POÇO OFFSHORE E MÉTODO PARA MONITORAR TENSÃO EM UMA COLUNA DE REVESTIMENTO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] A presente invenção reivindica o benefício da data de depósito do pedido norte-americano 60/944.895, depositado em 19/6/2007, cuja descrição é aqui incorporada a título de referência. CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

[002] Essa descrição refere-se, em geral, à medição de tensão, deformação e fadiga de equipamento tubular de poços de gás e petróleo e, particularmente, a condutos localizados no interior de um alojamento de boca de poço.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[003] Em um tipo de sistema de poço offshore, um conjunto de boca de poço superficial é localizado na extremidade superior de um conduto submarino (riser) que se estende para baixo até um conjunto de boca de poço submarino. O conjunto de boca de poço superficial é montado de forma estacionária em uma plataforma offshore que tem pernas que se estendem até o fundo do mar. O conduto submarino e o conjunto de boca de poço superficial são estacionários em relação à plataforma e não sujeitos a movimentos de corrente e onda.

[004] Um suspensor de revestimento é sustentado em ressaltos de carga do conjunto de boca de poço superficial. O suspensor de revestimento sustenta uma coluna de revestimento que tem uma extremidade inferior que trava ou se amarra em um suspensor de revestimento submarino no alojamento de boca de poço submarino no fundo do mar. O operador deseja aplicar tensão a coluna de revestimento a um nível desejado e manter a coluna de revestimento naquela quantidade de tensão. A aplicação e manutenção de tensão podem ser manipuladas de formas diferentes. Por exemplo, um mecanismo de catraca pode ser empregado. O mecanismo de catraca permite que parte do suspensor de revestimento desloque para cima em relação ao conjunto de boca de poço superficial, porém não para baixo, de modo a manter a tensão. Alternativamente, o suspensor de revestimento pode ter um ressalto de carga ajustável que se fixa em roscas externas no suspensor de revestimento. O suspensor de revestimento pode ter também um perfil interior para fixar-se em uma ferramenta de assentamento. Enquanto uma parte da ferramenta de assentamento puxa para cima sobre o suspensor de revestimento para fornecer a quantidade desejada de tensão na coluna de revestimento, outra parte da ferramenta de assentamento gira o ressalto de carga ajustável para baixo para contato com o ressalto de carga no conjunto de boca de poço superficial.

[005] Após a coluna de revestimento ter sido tensionada e o suspensor de revestimento assentado, o operador removeria tipicamente a ferramenta de assentamento, a seguir instalaria uma vedação ou invólucro entre o diâmetro externo da parte superior do suspensor de revestimento e o furo no conjunto de boca de poço superficial.

[006] Ao instalar a coluna de revestimento, seria vantajoso ser capaz de conhecer a deformação e a quantidade de tensão que existe após o suspensor de revestimento ser ajustado. Além disso, de tempos em tempos, seria útil monitorar a deformação para determinar se a tensão inicial diminuiu, tal como poderia ocorrer se a plataforma assentasse. Fadiga pode ocorrer devido a ciclos de tensão, tanto a partir de alterações térmicas ou outros fatores. Embora o conjunto de boca de poço superficial ser localizado em uma plataforma acima do mar, o suspensor de revestimento é ocultado dentro do alojamento da boca de poço superficial e a coluna de revestimento dentro do conduto submarino. Consequentemente, não é possível medir convencionalmente a deformação do mesmo modo como seria feito com condutos acessíveis.

SUMÁRIO

[007] O sistema de poço offshore da presente invenção tem uma boca de poço submarina e uma boca de poço superficial para instalação em uma plataforma acima da água. A boca de poço superficial tem um eixo geométrico longitudinal e uma parede lateral contendo um orifício de observação. Um conjunto de suspensor de revestimento é assentado dentro da boca de poço superficial. Uma coluna de revestimento tem uma extremidade inferior que trava na boca de poço submarina e uma extremidade superior que se fixa ao conjunto de suspensor de revestimento. O conjunto de suspensor de revestimento é ajustável axialmente dentro da boca de poço superficial para reter uma quantidade selecionada de tensão na coluna de revestimento.

[008] Pelo menos um padrão geométrico é localizado sobre uma superfície externa do conjunto de suspensor de revestimento. O padrão proporciona uma mudança visível na dimensão em resposta a uma mudança na tensão na parte do conjunto de suspensor de revestimento no qual o padrão é localizado. O padrão é localizado para dentro a partir do orifício de observação. Uma leitora ótica é posicionada dentro do orifício de observação na vista do padrão para monitorar qualquer mudança nas dimensões do padrão e proporcionar um sinal em resposta. Um controlador operavelmente acoplado à leitora ótica determina a tensão na coluna de revestimento em resposta ao sinal proporcionado pela leitora ótica.

[009] O padrão geométrico compreende preferivelmente uma pluralidade de padrões geométricos localizados em uma fileira axial sobre a superfície do conjunto de suspensor de revestimento. Se o conjunto de suspensor de revestimento é ajustado axialmente suficientemente na boca de poço superficial, pelo menos um dos padrões desaparece da vista e outra aparece na vista da leitora ótica. Também, na modalidade preferida, existem várias fileiras axiais de padrões posicionadas em torno de pelo menos parte da circunferência do conjunto de suspensor de revestimento; pelo menos um dos padrões é visível pela leitora, não obstante da orientação do conjunto de suspensor de revestimento na boca de poço superficial.

[0010] Preferivelmente, o padrão compreende um filme polimérico fixado ao conjunto de suspensor de revestimento. O filme polimérico pode ter aberturas dispostas geometricamente, as dimensões das quais mudam em resposta à tensão aplicada no conjunto de suspensor de revestimento. Alternativamente, o padrão pode ser gravado na superfície externa do conjunto de suspensor de revestimento.

[0011] O orifício de observação é preferivelmente orientado radialmente em relação ao eixo geométrico do conjunto suspensor de revestimento. A leitora ótica pode ser exposta a qualquer pressão contida na boca de poço superficial. A leitora ótica tem uma lente e uma fonte de luz para iluminar o padrão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A Figura 1 é uma vista em corte da quarta parte de uma parte de um conjunto de boca de poço superficial de um poço offshore mostrada tendo um sistema de medição de acordo com uma modalidade exemplificativa.

[0013] A Figura 2 é uma vista em elevação lateral esquemática de uma parte do suspensor de revestimento do conjunto de boca de poço da Figura 1.

[0014] A Figura 3 é uma vista ampliada ilustrando um medidor que é ligado ao suspensor de revestimento como ilustrado na Figura 2.

[0015] A Figura 4 é uma vista em corte esquemática ilustrando a inserção de uma leitora sob um ambiente de pressão controlada para ler um dos medidores da Figura 2.

[0016] A Figura 5 é uma vista esquemática ilustrando uma coluna que se estende a partir da boca de poço superficial sobre a plataforma na boca de poço submarina, a boca de poço superficial tendo um orifício de observação para uma leitora ótica, de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

[0017] Nos desenhos e descrição que se seguem, partes similares são marcadas em todo relatório descritivo e desenhos com os mesmos números de referência, respectivamente. Os desenhos não são necessariamente em escala. Certas características da invenção podem ser mostradas exageradas em escala ou em forma de um certo modo esquemático e alguns detalhes de elementos convencionais podem não ser mostrados no interesse de clareza e brevidade. A presente invenção é suscetível a modalidades de formas diferentes. Modalidades específicas são descritas em detalhe e são mostradas nos desenhos, com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção, e não pretende limitar a invenção àquela ilustrada e aqui descrita. Deve ser plenamente reconhecido que os diferentes ensinamentos das modalidades discutidas abaixo podem ser empregados separadamente ou em qualquer combinação apropriada para produzir resultados desejados. As várias características mencionadas acima, bem como outros aspectos e características descritas em mais detalhes abaixo, serão prontamente evidentes para aqueles versados na técnica após leitura da seguinte descrição detalhada das modalidades e mediante referência aos desenhos em anexo.

[0018] Com referência às Figuras 1 e 5, um alojamento 11 é localizado na extremidade superior de um conduto submarino (riser) 12 que se estende para baixo até um conjunto de boca de poço submarino 14. O alojamento 11 é montado de forma estacionária em uma plataforma offshore 16 nesse exemplo, e a plataforma tem pernas que se estendem até o fundo do mar. O conduto submarino 12 e alojamento 11 são estacionários em relação à plataforma 16 e não sujeitos a movimentos de corrente e onda.

[0019] Outro componente do conjunto de boca de poço superficial inclui uma cabeça de revestimento 13 montada no alojamento 11 por um conector 15. A cabeça de revestimento 13 é um elemento tubular que tem um furo 17 se estendendo através do mesmo. A cabeça de revestimento 13 tem uma pluralidade de ressaltos de carga 19 que, nesse exemplo, são retráteis. Cada ressalto de carga 19 é retraído por um conjunto de parafuso 21 nessa modalidade, como mostrado na Figura 1. Enquanto na posição estendida mostrada na Figura 1, os ressaltos de carga 19 se projetam para dentro do furo 17. Alternativamente, os ressaltos de carga 19 poderiam compreender um único ressalto de carga fixado.

[0020] Um suspensor de revestimento 23 é sustentado em ressaltos de carga 19. O suspensor de revestimento 23 sustenta uma coluna de revestimento 25 que tem uma extremidade inferior que trava ou liga por extensão a um suspensor de revestimento submarino 26 no alojamento de boca de poço submarino 14 no fundo do mar. O operador deseja aplicar tensão ao revestimento 25 a um nível desejado e manter o revestimento 25 naquela quantidade de tensão. A aplicação e manutenção de tensão podem ser manuseadas de formadas diferentes. Por exemplo, um mecanismo de catraca pode ser empregado. O mecanismo de catraca permite que parte do suspensor de revestimento desloque para cima em relação à cabeça de revestimento, porém não para baixo, de modo a manter a tensão. Nessa modalidade, entretanto, como mostrado na Figura 1, o suspensor de revestimento 23 tem um corpo externo 27 que se fixa em roscas externas 29 no suspensor de revestimento 23 e serve como um ressalto de carga ajustável para o suspensor de revestimento 23. O suspensor de revestimento 23 tem também um conjunto de roscas interiores 31 ou um perfil para fixar-se em uma ferramenta de assentamento (não mostrado). Enquanto uma parte da ferramenta de assentamento puxa tensão sobre o suspensor de revestimento 23 para fornecer a quantidade desejada de tensão no revestimento 25, outra parte da ferramenta de assentamento gira o corpo externo 27 para baixo para contato com os ressaltos de carga 19. Na figura 1, a extremidade superior do corpo externo 27 é mostrada espaçada abaixo de um ressalto voltado para baixo 32 na parte superior do suspensor de revestimento 23. Enquanto sendo iniciado, a extremidade superior do corpo externo 27 estará em contato com o ressalto voltado para baixo 32. Um anel de batente 33 localizado na extremidade inferior das roscas 29 fornece um limite sobre quão distante para baixo o corpo externo 27 pode ser girado.

[0021] Além disso, nessa modalidade, um mecanismo pode ser opcionalmente incluído para evitar qualquer movimento ascendente do suspensor de revestimento 23 em relação à cabeça de revestimento 13 após instalação. Esse mecanismo inclui um anel de travamento 35 que é um anel fendilhado que é expandido para fora para dentro de um perfil conjugado 36 por intermédio de um anel energizado afilado 37. Após o corpo externo 27 ter sido girado para baixo para contato com ressaltos de carga 19, a ferramenta de assentamento empurra o anel energizado 37 para baixo para mover o anel de travamento 35 para dentro do perfil 36.

[0022] Após o revestimento 25 ter sido tensionado e o corpo externo 27 ajustado, o operador tipicamente removeria a ferramenta de assentamento, a seguir instalaria uma vedação 41. A vedação 41 está localizada na extremidade superior de um espaçador 39 que contata a extremidade superior do anel de energizado 37. A vedação 41 pode ser de vários tipos, tanto de metal com metal ou elastomérica. A vedação 41 veda entre o diâmetro externo da parte superior do suspensor de revestimento 23 e o furo da cabeça de revestimento 17.

[0023] Nesse exemplo, duas colunas de revestimento adicionais 43 são mostradas se estendendo através do revestimento 25. Cada coluna 43 pode ser tensionada e sustentada similarmente em cabeças de revestimento localizadas acima da cabeça de revestimento 13. Também, uma coluna de tubo de produção 45 é mostrada se estendendo através da coluna de revestimento interna 43. A coluna de tubo de produção 45 pode ser também tensionada e sustentada em uma cabeça de tubulação do mesmo modo.

[0024] Ao instalar colunas de revestimento 25, 43 e tubo de produção 45, seria vantajoso ser capaz de conhecer a deformação e a quantidade de tensão que existe após os suspensores de revestimento ou suspensor de tubulação serem ajustados. Além disso, de tempos em tempos, seria útil monitorar a deformação para determinar se a tensão inicial diminuiu, tal como poderia ocorrer se a plataforma assentar. Fadiga pode ocorrer devido a ciclos de tensão, tanto a partir de alterações térmicas ou outros fatores. Embora a cabeça de revestimento 13 e os vários alojamentos para as colunas de revestimento 43 e tubo de produção 45 sejam localizadas em uma plataforma 16 (Figura 5) acima do mar, colunas de revestimento 25, 43 e tubo de produção 45 são ocultadas dentro dos alojamentos e outros elementos tubulares. Consequentemente, não é possível medir convencionalmente a deformação do mesmo modo como seria feito com condutos acessíveis.

[0025] Nessa modalidade exemplificativa, uma pluralidade de medidores 47 ou padrões geométricos são montados no suspensor de revestimento 23 abaixo das roscas 29 e, então, abaixo do corpo externo 27. Cada medidor 47 é de um tipo que fornecerá uma indicação de deformação sem exigir quaisquer fios ou bateria. Como mostrado esquematicamente na Figura 3, cada medidor 47 é um filme delgado de um polímero que é revestido com um adesivo para ligação a um conduto de metal. Alternativamente, cada medidor 47 poderia ser gravado a laser diretamente sobre o corpo de aço do suspensor de revestimento 23. Cada medidor 47 tem uma pluralidade de aberturas 46 que são usinadas a laser em um padrão geométrico. Aberturas 46 são separadas uniformemente entre si em uma fileira e são preferivelmente de tamanho idêntico. Nesse exemplo, aberturas 46 se estendem axialmente ao longo de uma borda lateral do medidor 47 e horizontalmente ao longo de outra borda lateral.

Quando se aplica tensão, o medidor 47 estira levemente, mudando o espaçamento entre as aberturas 46. Essa mudança em espaçamento é detectável e provê uma indicação de tensão sendo aplicada e deformação que ocorre.

[0026] Opcionalmente, cada medidor 47 pode ter uma ou duas fileiras de aberturas 48 que são separadas entre si em diferentes proporções e têm larguras diferentes para definir um código de barras contendo informações. Nesse exemplo, aberturas 48 se estendem ao longo de outra borda lateral axial e outra borda horizontal a partir de aberturas 46. Opcionalmente, uma abertura central 50 pode ser cortada no filme de medidor 47, porém isso não é necessário.

[0027] Uma leitora 51 lê opticamente as aberturas 46, 48 do medidor 47 e fornece medição direta de deformação e outras informações. A leitora 51 tem uma lente 52, uma fonte de luz de anel 54 e um software de medição de deformação. A leitora 51 é localizada dentro de um orifício de observação 49 que se estende através da parede lateral da cabeça de revestimento 13. Preferivelmente, o orifício de observação 49 é localizado em uma linha radial do eixo geométrico da cabeça de revestimento 13. Um flange 53 se projeta para o exterior da cabeça de revestimento 13 em torno do orifício de observação 47. Um condutor elétrico 57 se estende através de um conjunto de vedação 55 do flange 53 e se estende até um processador e mostrador 59 que pode ser localizado em outro nível na plataforma, tal como no piso da sonda. O processador 59 contém algoritmos que fornecerão uma leitura de deformação diretamente baseada na leitura óptica da leitora 51. Medidores 47, a leitora 51 e o processador 59 são comercialmente disponíveis. Um fabricante é Direct Manufacturing, Inc., Columbia, Carolina do Sul.

[0028] Como o operador não saberá antecipadamente exatamente quanto estiramento existirá no revestimento 25 após ser tensionado, preferivelmente uma pluralidade de medidores 47 é montada no suspensor de revestimento 23 e axialmente separadas entre si. A Figura 2 mostra três fileiras em forma de circunferência de medidores 47 que são axialmente espaçadas, de modo que, com a quantidade mínima de estiramento esperada, a fileira superior em forma de circunferência será visível à leitora 51. Com a quantidade máxima de estiramento esperado no revestimento 25, a fileira inferior em forma de circunferência de medidores 47 seria legível pela leitora 51.

[0029] Além disso, tipicamente enquanto assenta o revestimento 25, o operador não orienta o suspensor de revestimento 23 para qualquer posição rotacional específica em relação à cabeça de revestimento 13. Embora a orientação possa ser feita, uma alternativa é montar um número de medidores 47 em fileiras horizontais ou forma de circunferência que se estendem totalmente em torno do suspensor de revestimento 23. Pelo menos um dos medidores 47 estará sempre alinhado com a leitora 51, independente da orientação do suspensor de revestimento 23. Além disso, mais do que um orifício de observação 49 é preferivelmente empregado, com os orifícios de observação sendo espaçados circunferencialmente em torno da cabeça de revestimento 13. Os orifícios de observação adicionais 49 permitem que um operador insira a leitora 51 e faça leituras a partir de lados diferentes do suspensor de revestimento 23.

[0030] Na modalidade preferida, uma leitora 51 é posicionada na cabeça de revestimento 13 enquanto o revestimento 25 está sendo tensionado. O operador será, desse modo, capaz de ler a deformação diretamente a partir do display do processador 59 enquanto o procedimento de tensionamento está ocorrendo. O operador saberá, desse modo, o nível de tensão que existe no revestimento 25 após a ferramenta de assentamento ter sido desconectada do suspensor de revestimento 23 e o corpo externo 27 assentado em ressaltos de carga 19. Posteriormente, o operador pode remover a leitora 51 e utilizar a mesma para tensionar colunas de revestimento internas 43 e o tubo de produção 45, cada uma das quais conterá medidores 47 fixados em seus suspensores em um modo similar.

[0031] Além disso, periodicamente o operador pode inserir a leitora 51 em um dos orifícios de observação 49 para monitorar a deformação em anos subsequentes. Essa informação permite que o operador determine a tensão e fadiga. Se controle de pressão for necessário, isso pode ser facilmente manipulado pelo uso de um conjunto de lubrificante 61, mostrado esquematicamente na Figura 4. O operador insere a leitora 51 no orifício de observação 49 em uma ferramenta de inserção 63. A ferramenta de inserção 63 compreende uma haste tubular através da qual o condutor 57 estenderá. O conjunto de lubrificante tem uma válvula 65, em sua extremidade interna e uma cabeça de injeção 67 em sua extremidade externa. O operador fecha a válvula 65 e insere a leitora 51 em uma câmara localizada entre a válvula 65 e a injeção 67. A cabeça de injeção 67 é um mecanismo de vedação convencional que emprega, tipicamente, uma bomba que bombeia graxa em torno de um elemento tubular para formar uma vedação e simultaneamente permitir que o elemento tubular seja movido ao longo de seu eixo geométrico. No presente pedido, a cabeça de injeção 67 é acionada para manter uma vedação em torno da ferramenta de inserção 63 enquanto a válvula 65 é aberta e a ferramenta de inserção 63 é empurrada para dentro para empurrar a leitora 51 para proximidade estreita com um dos medidores 47. Após fazer uma leitura, o operador inverte o procedimento para remover a leitora 51.

[0032] Deve ser entendido que variações podem ser feitas no acima descrito sem se afastar do escopo da invenção. Embora modalidades específicas tenham sido mostradas e descritas, modificações podem ser feitas por uma pessoa versada na técnica sem se afastar do espírito ou ensinamento da presente invenção. As modalidades como descritas são somente exemplificativas e não são limitadoras. Muitas variações e modificações são possíveis e estão compreendidas no escopo da invenção. Por conseguinte, o escopo de proteção não é limitado às modalidades descritas, porém é limitado somente pelas reivindicações que se seguem, cujo escopo incluirá todos os equivalentes da matéria das reivindicações.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema de poço offshore, caracterizado pelo fato de compreender: uma boca de poço submarina; uma boca de poço superficial tendo uma parede lateral contendo um orifício de observação (49) ; um conjunto de suspensor de revestimento (23) assentado dentro da boca de poço superficial; uma coluna de revestimento (25) tendo uma extremidade inferior presa na boca de poço submarina e uma extremidade superior fixada ao conjunto de suspensor de revestimento (23), o conjunto suspensor de revestimento (23) sendo ajustável axialmente dentro da boca de poço superficial para reter uma quantidade selecionada de tensão para a coluna de revestimento (25); pelo menos um padrão geométrico em uma superfície externa do conjunto de suspensor de revestimento (23), o padrão proporcionando uma mudança visível em dimensão em resposta a uma mudança na tensão da parte do conjunto de suspensor de revestimento (23) no qual o padrão está localizado, o padrão sendo localizado para dentro a partir de um orifício de observação (49); uma leitora óptica posicionada dentro do orifício de observação (49) na mira do padrão para monitorar qualquer mudança nas dimensões do padrão e fornecer um sinal em resposta, e um controlador acoplado operativamente à leitora óptica para determinar a tensão na coluna de revestimento (25) em resposta ao sinal fornecido pela leitora ótica.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o padrão é uma série geométrica de linhas.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os padrões incluem aberturas.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende uma pluralidade de padrões.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de padrões é posicionada ao longo da superfície externa do conjunto de suspensor de revestimento (23) em uma direção longitudinal e circunferencial.

6. Método para monitorar tensão em uma coluna de revestimento (25), caracterizado por se estender a partir de uma boca de poço submarina para uma boca de poço superficial em uma plataforma (16) acima da água, a coluna de revestimento (25) sendo sustentada na boca de poço superficial por um conjunto de suspensor de revestimento (23), o método compreendendo: (a) fornecer pelo menos um padrão geométrico em uma superfície externa do conjunto de suspensor de revestimento (23); (b) montar uma leitora ótica em um orifício que se estende através de uma parede lateral da boca de poço superficial; (c) visualizar uma imagem do padrão geométrico com a leitora ótica, a imagem mudando em resposta ao nível de tensão que existe no conjunto de suspensor de revestimento (23) onde o padrão geométrico é localizado, e (d) processar a imagem observada pela leitora ótica e fornecer uma leitura da tensão que existe onde o padrão geométrico é localizado.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de padrões é fixada a uma superfície externa do conjunto de suspensor de revestimento (23) .

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de padrões é fixada a uma superfície externa do conjunto de suspensor de revestimento (23) em uma direção longitudinal e circunferencial.