BRPI0806698A2 - Montagem de cabeça de poço e método para uma coluna de tubulação de injeção - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MONTAGEM DE CABEÇA DE POÇO E MÉTODO PARA UMA COLUNA DE TUBULA- ÇÃO DE INJEÇÃO".
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 5 Prioridade
Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. N- 60/880.251, depositado em 12 de janeiro de 2007, intitulado "WELLHEAD ASSEMBLY FOR AN INJECTION TUBING STRING", o qual é aqui incorpo- rado por referência na íntegra.
A presente invenção refere-se, de modo geral, a uma montagem
de cabeça de poço para um poço de óleo e gás. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a uma montagem de cabeça de poço ou suporte para uma coluna de tubulação espiralada que possui comunicação anular. Descrição da Técnica Relacionada É frequentemente desejável na indústria petrolífera inserir uma
coluna de tubulação espiralada no interior da tubulação de produção de um poço completado de petróleo e gás. A tubulação espiralada pode ser usada para um número de propósitos como injeção química, injeção de gás, redu- ção de área de seção transversal, ou para transportar equipamento de fundo 20 como sensores, medidores e bombas. A tubulação espiralada tradicional é uma extensão contínua de cano enrolável, variando de tamanho 1,91 a 7,62 cm (3A" a 3" OD). Diâmetros menores, como 0,64 ou 0,95 cm (%" ou 3/8" OD), são às vezes referidos como uma coluna capilar ou uma coluna de tu- bulação de injeção. Como usada adiante, tal tubulação será referida como 25 uma coluna de tubulação de injeção, apesar de tal uso não pretender limitar
o escopo da invenção ou excluir outras colunas de tubulação comparáveis.
É também desejável deixar a coluna de tubulação de injeção na boca do poço por períodos estendidos de tempo. Isto permite que um operador, por exemplo, injete produtos químicos no interior da boca do poço, 30 com frequência contínua, para realçar a produção ou inibir a formação de corrosão, escala, hidrato ou parafina na boca do poço. O documento de pa- tente U.S. 6.851.478 descreve uma árvore de natal em forma de Y para uso com uma coluna de tubulação de injeção, assim permitindo a instalação es- sencialmente permanente da coluna de tubulação de injeção. A árvore de natal em forma de Y fornece acesso conveniente para se injetar uma tu- bulação espiralada no interior de uma coluna de tubulação sem necessaria- 5 mente adicionar peso á cabeça de poço ou á árvore. A árvore de natal em forma de Y inclui uma perfuração para fluxo de fluido vertical para passagem e contenção da produção de petróleo e gás da boca de poço. A árvore inclui as válvulas mestres superior e inferior para o controle da passagem de fluxo de poço através da árvore e para uma linha de fluxo adjunta. A árvore 10 de natal também inclui uma perfuração de tubulação espiralada angular independente que faz interseção com a perfuração de fluxo vertical da árvo- re entre as válvulas mestres superior e inferior, permitindo que a válvula mestre superior seja ligada e desligada sem ser obstruída por uma coluna espiralada.
A árvore de natal em forma de Y tem pelo menos duas desvan-
tagens. Primeiro, a árvore é mais cara do que uma árvore de natal conven- cional. Além disso, quando a coluna de tubulação de injeção é instalada na tubulação de produção, a válvula mestre inferior não pode ser fechada sem quebrar a coluna de tubulação de injeção e exigir um trabalho de pesca caro 20 para remover a coluna de tubulação quebrada. No caso da válvula mestre superior começar a pingar e precisar ser consertada ou substituída, um ope- rador não poderá obter uma barreira dupla necessária em muitas localidades em todo o mundo fechando a válvula mestre superior ou instalando uma vál- vula de contrapressão na tubulação de produção. Como resultado, um ope- 25 rador teria que mobilizar uma plataforma de recondicionamento e/ou um bar- co elevatório de modo que a coluna de tubulação de injeção possa ser re- movida da tubulação de produção para permitir que a válvula mestre superi- or seja fechada e/ou que uma válvula de contrapressão seja instalada. Esta é obviamente uma proposta cara e que exige tempo.
Assim, há uma necessidade por um método alternativo para
suspender uma coluna de tubulação de injeção em tubulação de produção que resolva o problema discutido acima. SUMÁRIO PA INVENÇÃO
De acordo com modalidades da presente invenção, uma monta- gem de cabeça de poço e um método para uma coluna de tubulação de inje- ção são aqui fornecidos. Uma modalidade exemplificativa de uma montagem de cabeça de poço compreende um flange adaptado para ser conectado a uma cabeça de poço, o flange tendo uma perfuração longitudinal através do mesmo e uma porta de injeção estendendo-se radialmente através do flange e comunicando-se com a perfuração longitudinal. A montagem inclui um mandril adaptado para ser inserido no interior da perfuração longitudinal do flange, o mandril tendo uma perfuração longitudinal através do mesmo e uma porta para comunicar-se com a porta de injeção do flange. A montagem inclui adicionalmente um pendurai adaptado para ser conectado à extremi- dade superior de uma coluna de injeção, o pendurai sendo então adaptado para encaixar-se na perfuração longitudinal do mandril, no qual o pendurai inclui uma passagem de comunicação para facilitar a comunicação de fluidos entre a porta do mandril e a coluna de tubulação de injeção.
De acordo com uma modalidade, pelo menos uma porção da perfuração longitudinal do mandril serve um receptáculo de perfuração poli- do. Pelo menos uma porção da perfuração longitudinal do flange também 20 serve como um receptáculo de perfuração polido. O mandril preferivelmente inclui lacres para lacrar a área anular entre a perfuração polida do flange e o diâmetro externo do mandril. Os lacres lacram o espaço anular acima e a- baixo da porta de injeção no flange e a porta que se estende através do mandril. O pendurai da coluna de tubulação de injeção inclui lacres para Ia- 25 crar o espaço anular entre a perfuração polida do mandril e diâmetro externo do pendurai. Os lacres lacram o espaço anular acima e abaixo da passagem de fluido que se estende lateralmente através do pendurai e da porta que se estende através do mandril.
Em uma modalidade preferida, o flange é inserido entre o topo da bobina superior da tubulação de produção e a parte inferior da árvore de natal. Mais particularmente, o flange é conectado sob a válvula mestre infe- rior da árvore de natal. De acordo com uma modalidade, a coluna de tubulação de inje- ção é conectada ao pendurai por conexão anelar. Uma placa giratória viva é preferivelmente instalada entre a conexão anelar e a coluna de injeção para permitir a rotação do pendurai sem transmitir rotação para a coluna de tubu- 5 lação de injeção.
De acordo com uma modalidade, roscas externas são forneci- das próximas à extremidade inferior para conectar o mandril ao perfil da ros- ca da válvula de contrapressão no pendurai da tubulação de produção. O mandril também pode incluir um lacre externo para lacrar o espaço anular 10 entre o mandril e o pendurai da tubulação de produção. O mandril pode in- cluir roscas internas para receber uma válvula de contrapressão na perfura- ção longitudinal do mandril acima do pendurai da coluna de tubulação de injeção. O pendurai é preferivelmente encaixado enroscadamente ao diâme- tro interno do mandril para travar o pendurai em sua posição. Alternativa- 15 mente, o pendurai pode ter um conector chaveado que pode ser travado em sua posição com rotação mínima do pendurai em relação ao mandril. Quan- do travado em sua posição, o pendurai fornece um perfil para conectar-se a uma ferramenta móvel. O pendurai também fornece uma área de fluxo anu- lar para a produção de petróleo e gás após o pendurai e no interior da árvore 20 de natal. Uma vez instalados, os produtos químicos para tratar a boca de poço podem ser injetados através da porta de injeção do flange, através da porta no mandril, através da passagem de comunicação do pendurai e no interior da coluna de tubulação de injeção.
Os fluidos injetados podem incluir gás, espumas, ácidos, surfac- tantes, soluções micelares, inibidores de corrosão, inibidores de escala, ini- bidores de hidratos, inibidores de parafinas, ou quaisquer outros produtos químicos que possam aumentar a qualidade e/ou a quantidade de fluidos de produção em fluxo para a superfície.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista em corte transversal de uma modalidade
exemplificativa da montagem de cabeça de poço de coluna de injeção;
as Figuras 2A-C são vistas em corte de uma modalidade exem- *· plificativa de um flange da montagem de cabeça de poço de coluna de inje- ção;
a Figura 3 é uma vista em corte transversal de uma modalidade exemplificativa de um mandril da montagem de cabeça de poço de coluna 5 de injeção;
as Figuras 4A-C são vistas em corte de uma modalidade exem- plificativa de pendurai de coluna de injeção para a montagem de cabeça de poço de coluna de injeção;
a Figura 5 é uma vista lateral de uma modalidade exemplificati- 10 va do flange posicionado entre uma árvore de natal convencional de válvula mestre dupla mestre e uma cabeça de tubulação convencional;
a Figura 6 é uma vista em corte transversal de uma modalidade exemplificativa da montagem de cabeça de poço de coluna de injeção;
a Figura 7 é vista em corte superior-lateral de uma modalidade 15 exemplificativa de um flange da montagem de cabeça de poço de coluna de injeção;
a Figura 8 é uma vista em corte transversal de uma modalidade exemplificativa da montagem de cabeça de poço de coluna de injeção;
a Figura 9A é uma vista em corte transversal de uma modalida- 20 de exemplificativa da montagem de cabeça de poço de injeção tendo múlti- plas colunas penduradas no pendurai; e
a Figura 9B é uma vista em corte superior-lateral da modalidade exemplificativa da Figura 9A.
Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e for- 25 mas alternativas, modalidades específicas foram mostradas em forma de exemplos nos desenhos e serão descritas em detalhes aqui. No entanto, deve-se compreender que a invenção não pretende limitar-se às formas par- ticulares reveladas. Ao invés disso, a intenção é cobrir todas as modifica- ções, equivalentes e alternativas contidas no espírito e escopo da invenção 30 como definida pelas reivindicações anexadas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
As modalidades ilustrativas da invenção e os métodos relacio- nados são descritos abaixo, conforme eles podem ser empregados no uso de uma montagem de cabeça de poço para uma coluna de tubulação de in- jeção. No interesse de clareza, nem todas as características de uma implan- tação prática ou método relacionado são descritos nessa especificação. Se- 5 rá notado, é claro, que no desenvolvimento de qualquer modalidade ou mé- todo de fato, numerosas decisões de implantações específicas devem ser feitas para se obter as metas específicas dos desenvolvedores, como con- formidade com as limitações sistemáticas e comerciais, que variarão de uma a outra implantação. Além disso, será notado que um esforço de desenvol- 10 vimento pode ser complexo e exigir tempo, mas de qualquer maneira seria um empreendimento de rotina para aqueles versados na técnica tendo o be- nefício desta descrição.
Referindo-se à Figura 1, uma modalidade de uma montagem de cabeça de poço 10 para uma coluna de tubulação de injeção é ilustrada. A montagem de cabeça de poço de coluna de tubulação de injeção 10 inclui o flange 15, o mandril 20 e o pendurai de tubulação 25. O flange 15, como ilus- trado mais claramente nas Figuras 2A-2C. O flange 15 inclui uma perfuração longitudinal 17 estendendo-se através do centro do flange. A porta de inje- ção 18 estende-se radialmente através do flange e no interior da perfuração longitudinal 17. Como será entendido por aquele versado na técnica, os pro- dutos químicos para o tratamento de uma boca de poço podem ser injetados através de uma linha de injeção de superfície (não mostrada) através da por- ta de injeção 18. O flange 15 é preferivelmente inserido entre a cabeça de poço existente e o adaptador de cabeça de tubulação para um dado poço. Mais particularmente, o flange é adaptado para ser inserido entre e conecta- do ao flange superior da bobina do adaptador de cabeça de tubulação de produção e o flange mais inferior da válvula mestre inferior da árvore de na- tal. Aquele versado na técnica notará que o flange 15 pode ser inserido no momento que a coluna de tubulação de injeção estiver para ser instalada, ou pode ser instalado com a instalação inicial da árvore de natal. No último ca- so, os componentes restantes da montagem 10 podem então ser instalado em um momento subsequente quando a injeção química for exigida. 1 Uma pluralidade de furos para parafuso 24 incluídos sobre a cir-
cunferência externa do flange que se alinhará com os furos correspondentes nos flanges da bobina de tubulação de produção (ou do adaptador de bobina de tubulação, se este for necessário) e do flange da válvula mestre inferior.
5 Por meio de exemplo, o flange 15 inclui 8 furos para parafuso para receber parafusos (não mostrados) para conectar seguramente o flange 15 entre a bobina de cabeça de tubulação de produção e o fundo da válvula mestre inferior. O flange 15 inclui uma ranhura anular superior 22 e uma ranhura anular inferior 23 para receber lacres de gaxeta de anel (não mostrados), 10 para lacrar o flange à válvula mestre inferior e a bobina de cabeça de tubula- ção de produção.
Preferivelmente, a perfuração longitudinal 17 estendendo-se a- través do flange tem o mesmo diâmetro que a perfuração interna da árvore de natal. Por exemplo, com uma tubulação de produção de 8,89 centímetros, 15 a árvore de natal terá uma perfuração interna de 7,77 centímetros estenden- do-se através da mesma e o flange 15 terá um diâmetro interno similar de 7,77 centímetros, ou um pouco menos para acomodar mais facilmente a in- serção do mandril. Pelo menos uma porção da perfuração interna 17 servirá como um receptáculo de perfuração polido para fornecer uma superfície Ia- »■ 20 cradora para o mandril 20.
Referindo-se às Figuras 1 e 3, a montagem de cabeça de poço de coluna de tubulação de injeção inclui o mandril 20. O mandril 20 tem um formato geralmente cilíndrico com uma perfuração longitudinal 30 estenden- do-se através do mesmo. O mandril 20 inclui roscas externas em sua extre- 25 midade mais inferior que é adaptada para encaixar-se com um perfil rosque- ado no diâmetro interno do pendurai de tubulação de produção em um con- junto de roscas conhecidas como "roscas de contrapressão" (não mostra- das). As roscas 32 se encaixam com o perfil rosqueado no pendurai de tubu- lação que é convencionalmente usado para receber uma válvula de contra- 30 pressão para a tubulação de produção. Aquele versado na técnica notará que o perfil rosqueado de válvula de contrapressão no pendurai de tubula- ção de produção pode diferir dependendo do fornecedor do pendurai. O per- fil para roscas 32 no mandril será selecionado para encaixar-se com o perfil de roscas das roscas da válvula de contrapressão. As roscas 32 fornecem um meio descendente de ancoração e compressão para comprimir um lacre elastômero 48 quando o mandril 20 é adequadamente arranjado no interior 5 do perfil rosqueado ou das roscas de contrapressão do pendurai de tubula- ção. Quando arranjadas adequadamente, as roscas 32 travam o mandril 20 do pendurai de tubulação. O mandril 20 também pode incluir uma ranhura anular 34 para receber um anel de lacre 48 que também lacra o espaço anu- lar entre a extremidade inferior do mandril 20 e o pendurai de tubulação de 10 produção.
O mandril 20 inclui uma porta de fluxo 40 para comunicar-se com a porta de injeção 18. O mandril 20 também inclui o recesso anular su- perior 38 e o recesso anular inferior 36 para receber os anéis de lacre 52 e 54, respectivamente. Os anéis de lacre 52 e 54 lacram a área anular entre o 15 mandril 20 e a perfuração 17 do flange 15. Os lacres 52 e 54 impedem que os produtos químicos de injeção vazem entre o mandril 20 e o flange 15.
A perfuração 30 do mandril inclui um perfil rosqueado 42 para receber as roscas de encaixe no pendurai de coluna de tubulação de injeção 25. Aquele versado na técnica notará que vários tipos de perfis de rosca 42 20 podem ser usados para encaixar e travar o pendurai 25 ao mandril 20. O mandril pode incluir um perfil superior 44 para receber uma válvula de con- trapressão convencional (não mostrada). O mandril 20 inclui uma seção de perfuração polida 55 que fornece uma superfície de lacre para o pendurai de tubulação 25.
Referindo-se às Figuras 1 e 4A-4C, uma modalidade do pendu-
rai de tubulação 25 da presente invenção é mostrada em mais detalhes. O pendurai 25 inclui uma passagem de comunicação interna para comunicar- se com a porta de fluxo 40, a porta de injeção 18 e a coluna de tubulação de injeção do mandril. Em uma modalidade preferida, a passagem 60 estende- 30 se radíalmente a partir de sua abertura na periferia externa do pendurai 25 para o centro do pendurai, onde uma porção da passagem 60 estende-se axialmente no interior do perfil 62, então permitindo a comunicação com o < topo da coluna de tubulação de injeção (não mostrado). Em uma modalidade preferida, o pendurai 25 inclui um canal anular 75 que se estende sobre a abertura para a passagem 60 para facilitar as comunicações com a porta de fluxo 40. O canal 75 permite a comunicação entre a passagem 60 e a porta 5 de fluxo 40 mesmo que a passagem 60 não esteja radialmente alinhada com a porta 40. De uma maneira similar, um canal anular (não mostrado) entre o mandril 20 e o flange 25 pode ser usado para facilitar as comunicações entre a porta de injeção 18 e a porta de fluxo 40. Este canal anular pode, por e- xemplo, estender-se sobre a perfuração 17 do flange e/ou o diâmetro exter- 10 no do mandril 20 (entre os recessos 36 e 38).
O pendurai 25 inclui as ranhuras anulares 72 e 74 para receber os anéis de lacre 76 e 78 respectivamente para lacrar o espaço anular entre o pendurai 25 e o mandril 20 sobre e abaixo da porta de fluxo 40, o canal de fluxo 75 e a passagem 60. Assim, os produtos químicos injetados podem ser 15 injetados através da porta de injeção 18, através da porta de fluxo 40 e no interior do canal 75 onde os produtos químicos fluirão até que este encontre a passagem 60, na qual os produtos químicos podem passar no interior da coluna de tubulação de injeção conectada ao pendurai 25.
A coluna de tubulação de injeção (não mostrada) é preferivel- 20 mente encaixada ao pendurai 25 com um conector anelar, que se encaixa no interior do perfil 62 e do pendurai 25. O pendurai 25 também inclui um perfil aumentado 65 para receber uma placa giratória viva de tubulação que permi- te que o pendurai 25 seja girado relativo ao mandril 20 sem transmitir a rota- ção à coluna de tubulação. Durante a instalação, o pendurai 25 será preferi- 25 velmente girado em encaixe de trava com o mandril 20. As placas giratórias vivas de tubulação (não mostradas) são bem conhecidas e não são descritas aqui. Os lacres 76 e 78 no pendurai preferivelmente lacram o interior da per- furação polida 55 do mandril 20.
A Figura 4B ilustra uma vista superior do pendurai 25, que for- 30 nece uma área de fluxo em forma de C 80 para a produção de petróleo e gás e outros fluidos de boca de poço através da tubulação de produção, passando pelo pendurai 25 e no interior da árvore de natal e para fora das linhas de produção de superfície para o poço. O pendurai 25 também inclui um perfil interno 68 em sua extremidade superior para receber uma ferra- menta móvel.
Para instalar a montagem de cabeça de poço de coluna de tubu- 5 lação de injeção em um poço existente, a árvore de natal é desconectada da bobina de cabeça de tubulação de produção. O flange 15 é então inserido no topo da bobina de cabeça de tubulação de produção (ou adaptador de cabe- ça de tubulação, se presente) e a árvore é reinstalada. Uma vez a arvora reinstalada, o flange 25 será conectado ao flange inferior da válvula mestre 10 inferior. O mandril é medido de modo que possa correr através da perfura- ção da árvore de natal.
O pendurai 25 e a coluna de tubulação de injeção suspensa no mesmo é corrida no interior do poço após a árvore de natal ter sido direcio- nada ao flange 15 e à bobina de cabeça de tubulação. Em uma modalidade 15 desta invenção, a montagem de cabeça de poço de coluna de tubulação de injeção é usada com o Sistema InjectSafe® de BJ Services que inclui colu- nas de injeção superior e inferior, a coluna de injeção inferior estendendo-se a partir de uma válvula de segurança de superfície inferior controlada de su- perfície recuperável de cabo de perfílagem. A válvula de segurança de su- 20 perfície inferior pode ser tanto uma válvula de segurança recuperável de tu- bulação ou ser uma válvula de segurança de inserção de cabo de perfilagem instalada, por exemplo, no interior de uma válvula de segurança de superfí- cie inferior de produção. A coluna de injeção superior cairá no interior da vál- vula de segurança de fundo InjectSafe® e se comunicará com a coluna de 25 injeção inferior através de uma derivação que deriva o mecanismo de válvula da válvula de segurança. Em uma modalidade preferida, o pendurai 25 é corrido com a porção superior da coluna de injeção. Uma vez que a válvula de segurança de fundo e a coluna de injeção inferior tenham sido ajustadas no poço, a coluna superior é espaçada e cortada e conectada ao pendurai 30 25 através de um conector anelar. Uma placa giratória viva de tubulação po- de estender-se entre o conector anelar e a coluna de tubulação de injeção. Uma ferramenta móvel é conectada ao perfil 68 e ao pendurai 25 e a coluna de injeção e o pendurai são descidos ao interior do poço através da árvore de natal até que o pendurai se fixe no perfil 42 do mandril 20. Após o mandril ser conectado ao perfil 42 do mandril, a ferramenta móvel é desconectada do pendurai e removida da boca de poço.
5 A Figura 5 ilustra uma modalidade da presente invenção usada
com uma árvore de natal de válvula mestre dupla mestre convencional. Co- mo mostrado na Figura 5, o flange 15 é instalado sob a válvula de corrediça mestre inferior 115. O flange 15 é instalado no topo do adaptador de cabeça de tubulação 110, que é conectado ao topo da cabeça de tubulação 105. A 10 válvula de corrediça mestre superior 120 é conectada à extremidade superi- or da válvula de corrediça mestre inferior 115. A cruz rosqueada 125 é fixada ao topo da válvula de corrediça mestre superior 120. O conector de topo 140 é conectado ao topo da cruz rosqueada 125. A válvula de gaveta de linha de fluxo 130 e a válvula de corrediça de linha de matar 135 são encaixadas em 15 lados opostos da cruz rosqueada 125. Como pode ser visto na Figura 5, o flange 15 é localizado sob ambas as válvulas mestres da árvore de natal.
A altura do mandril 20 é determinada de modo que o mesmo se estenderá no interior da perfuração inferior da válvula mestre inferior, mas não interferirá com a operação (isto é, o fechamento) da válvula mestre infe- 20 rior. Assim, ambas as válvulas mestres permanecem funcionais após a insta- lação da montagem de cabeça de poço de injeção 10, permitindo então que as válvulas mestres sejam fechadas sem que se corte ou danifique a coluna de tubulação de injeção suspensa do pendurai 25.
Referindo-se às Figuras 6 e 7, uma modalidade exemplificativa 25 alternativa da montagem de cabeça de poço 10 é ilustrada. A montagem de cabeça de poço 10A inclui o flange 15A, o mandril 20A e o pendurai de tubu- lação 25A. O flange 15A inclui a perfuração longitudinal 17A estendendo-se através do centro do flange 15A. A porta de injeção 18A estende-se radial- mente através do flange 15A no interior da perfuração longitudinal. Em geral, 30 cada componente funciona como previamente discutido com algumas carac- terísticas adicionais que serão descritas abaixo.
Nas modalidades exemplificativas das Figuras 6 e 7, o flange 15Α opera da mesma maneira discutida em relação às modalidades anterio- res. No entanto, nesta modalidade, uma válvula de agulha integral 19, como bem-conhecida na técnica, também se estende radialmente através do flan- ge 15A e no interior da porta 18A, regulando então a comunicação de fluidos 5 através da porta 18A. Um encaixe de graxa 21 também pode ser usado para lacrar a porta 18A quando desejado. Como será entendido por aquele ver- sado na técnica, os produtos químicos para tratar uma boca de poço podem ser injetados através de uma linha de injeção de superfície (não mostrada) através da porta de injeção 18A.
Referindo-se adicionalmente à modalidade exemplificativa da
Figura 6, o flange 15A é fixado entre a válvula mestre inferior 115, que fica acima do flange 15A, e o adaptador de cabeça de tubulação 110, que fica abaixo do flange 15A. Aquele versado na técnica notará que o flange 15A será fixado no momento em que a coluna de tubulação de injeção for insta- 15 lada, ou pode ser fixado com a instalação inicial da árvore de natal. No últi- mo caso, os componentes restantes da montagem 10A podem então ser instalados em um momento subsequente quando a injeção química é exigi- da. O flange 15A também inclui os lacres 27 a fim de lacrar o flange 15A à válvula mestre inferior 115 e ao adaptador de cabeça de tubulação 110. Os 20 lacres 27 podem ser, por exemplo, lacres de gaxetas de anel.
Como uma porta de teste 26, como conhecida na técnica, es- tende-se radialmente através do flange 15A a fim de testar a integridade dos lacres 27, 28 (o lacre mais superior) e 48. Uma pluralidade de furos para pa- rafuso (não mostrados) são espaçados sobre a outra circunferência do flan- 25 ge 15A que se alinha com os furos correspondentes nos flanges da válvula mestre inferior 115 e no adaptador de cabeça de tubulação 110. Qualquer número de furos para parafuso pode ser incluído conforme desejado.
Como discutido em relação às modalidades anteriores, preferi- velmente, a perfuração longitudinal 17A tem o mesmo diâmetro que a perfu- ração interna da árvore de natal. No entanto, o flange 15A pode ter um diâ- metro um pouco menor do que o da perfuração da árvore de natal a fim de acomodar mais facilmente a inserção do mandril 20A. Pelo menos uma por- * ção da perfuração 17A servirá como um receptáculo de perfuração polido para fornecer uma superfície de lacre para o mandril 20A.
Referindo-se adicionalmente à modalidade exemplificativa da Figura 6 e como previamente discutido em outras modalidades, o mandril 20A tem geralmente um formato cilíndrico com uma perfuração longitudinal estendendo-se ao longo de todo o mesmo. O mandril 20A inclui as roscas externas 32 em sua extremidades mais inferior, que é adaptada para encai- xar-se com um perfil rosqueado no diâmetro interno do pendurai de tubula- ção de produção 29 em um conjunto de roscas conhecidas como "roscas de contrapressão" (não mostradas). As roscas 32A encaixam-se com o perfil rosqueado no pendurai de tubulação que é convencionalmente usado para receber uma válvula de contrapressão para a tubulação de produção. Aquele versado na técnica notará que o perfil rosqueado de válvula de contrapres- são no pendurai de tubulação de produção 29 pode diferir, dependendo do fornecedor do pendurai. O perfil para as roscas 32A serão selecionados para encaixar-se com o perfil rosqueado das roscas de válvula de contrapressão. As roscas 32A fornecem um meio descendente de ancoração e compressão para comprimir os lacres elastômeros 48, que também lacram o espaço anu- lar entre a extremidade inferior do mandril 20A e o pendurai de tubulação de ^ 20 produção 29. Os lacres 28 são usados para lacrar o espaço anular entre o pendurai de tubulação 29 e o adaptador de cabeça de tubulação 110.
Como também discutido em modalidades anteriores, o mandril 20A inclui a porta de fluxo 40A para comunicar-se com a porta de injeção 18A. O mandril 20A inclui os lacres anulares 52A e 54A (e seus correspon- 25 dentes recessos) para lacrar o espaço anular entre o mandril 20A e a perfu- ração 17A do flange 15A. Os lacres 52A e 54A impedem que os produtos químicos de injeção vazem entre o mandril 20A e o flange 15A. O mandril 20A também pode incluir o perfil rosqueado superior 44A para receber uma válvula de contrapressão convencional (não mostrada). O mandril 20A tam-
30 bém inclui uma seção de perfuração polida 55A que fornece uma superfície de lacre para o pendurai de tubulação 25A.
Em geral, o pendurai 25A opera da mesma maneira discutida em relação às modalidades anteriores. Portanto, os produtos químicos po- dem ser injetados através da porta de injeção 18A, através da porta de fluxo 40A e através do canal 75A (não mostrado na Figura 6) onde os produtos químicos fluirão até que o mesmo alcance a passagem 60A, após a qual os 5 produtos químicos podem passar no interior da coluna capilar de tubulação de injeção 31 conectada ao pendurai 25A. A coluna de tubulação de injeção
31 é preferivelmente encaixada ao pendurai 25A com um conector 33, como por exemplo, um conector anelar ou de placa giratória, que se encaixa no interior do pendurai 25A.
Na modalidade exemplificativa da Figura 3, a perfuração longi-
tudinal do mandril 20 inclui um perfil rosqueado 42 para receber roscas de encaixe no pendurai 25. No entanto, aquele versado na técnica notará que vários tipos de conectores, como por exemplo, anéis de pressão podem ser usados para encaixar e travar o pendurai 25 ao mandril 20. Por exemplo, na modalidade exemplificativa alternativa da Figura 6, o pendurai 25A inclui um recesso anular 35 em sua extremidade superior para receber um anel-C 41, como, por exemplo, um anel de pressão ou uma tranqueta provida de mola. O anel-C 41 é usado para travar o pendurai 25A fixamente no interior do mandril 20A e impedir o pendurai 25A de se mover para cima no buraco du- rante a operação. Uma vez instalado, o anel-C 41 se encaixará com os perfis anulares correspondentes no interior da perfuração longitudinal do mandril 20A, então travando o pendurai 25A em sua posição para a comunicação de fluido. Ainda que descrito como um anel-C na extremidade superior do pen- durai 25A, aqueles versados na técnica notarão que qualquer variedade de mecanismos de trava, assim como colocações ao longo do pendurai 25A, podem ser utilizados para manter o pendurai 25A em sua posição. Um perfil rosqueado interno 45 é localizado na extremidade superior do pendurai 25A para receber uma ferramenta móvel 47. No entanto, aqueles versados na técnica entenderão que qualquer variedade de conectores podem ser usa- dos para este propósito.
Referindo-se à Figura 8, uma modalidade alternativa do flange 15B é ilustrada. Aqui, o flange 15B opera como discutido nas modalidades <■ anteriores; no entanto, nesta modalidade, o flange 15B tem um perfil vertical mais alto, assim prevenindo a necessidade de se substituir os conectores de cisalhamento do adaptador de cabeça de tubulação. Como mostrado, o flan- ge 15B tem uma porção superior 90 e uma porção inferior 92. A porção su- 5 perior 90 é mais alta que a porção inferior 92, com a porção inferior 92 sendo uma altura que permite que os conectores de cisalhamento 96 existentes do adaptador de cabeça de tubulação 110 sejam usados para conectar o flange 15B ao adaptador 110.
Uma ranhura anular 94 é localizada ao redor do flange 15B en- tre a porção superior 90 e a porção inferior 92. A porção inferior 92 tem furos para parafuso (não mostrados) para receber os conectores 96 do adaptador de cabeça de tubulação 110. Como a porção inferior 92 é curta o suficiente para receber os conectores 96 existentes, não há necessidade de se substi- tuir os conectores 96 com conectores mais longos. Como tal, o flange 15B pode ser prontamente aplicado aos adaptadores de cabeça de tubulação existentes. A válvula de agulha integral 19 é localizada no interior da porção superior 90, enquanto a porta de teste 26 é localizada no interior da porção inferior 92. O projeto e a operação destes componentes são idênticos àque- las modalidades previamente discutidas. Por favor note, no entanto, que al- ^ 20 guém ordinariamente versado na técnica notará que outros perfis de flange podem ser utilizados, dependendo da extensão do conector e/ou do projeto do adaptador de cabeça.
A presente invenção também pode ser usada com furos de poço de multifinalização (por exemplo, finalizações duplas tendo duas ou mais 25 colunas de tubulação de produção). Para um poço de multifinalização, o flange incluiria duas ou mais perfurações internas com cada perfuração a- daptada para receber um mandril e um pendurai de tubulação de injeção no interior do mandril. A pluralidade de perfurações internas de produção atra- vés do flange pode ser de diferentes diâmetros para corresponder à tubula- 30 ção de produção de tamanho diferente (por exemplo, uma finalização dupla de 8,89 x 7,30 centímetros (3 Vz x 2 7/8 polegada)).
Referindo-se à modalidade exemplificativa das Figuras 9A e 9B, a presente invenção pode também compreender múltiplas colunas de tubu- lação de injeção penduradas no pendurai. Nesta modalidade, cada coluna de tubulação tem seu próprio caminho de fluxo de fluidos como discutido em modalidades anteriores e pode conter qualquer combinação destas caracte- 5 rísticas. Aqueles versados na técnica notarão que a presente revelação con- tém tais modalidades alternativas. Há, no entanto, algumas modificações que serão discutidas abaixo com relação às Figuras 9A e 9B.
Referindo-se à Figura 9A, montagem de cabeça de poço desta modalidade exemplificativa inclui duas colunas capilares 31, cada uma tendo 10 respectivos caminhos para comunicação de fluido como descrito em modali- dades anteriores. O flange 15C inclui duas portas de injeção 18C (apesar de apenas uma ser mostrada) e suas válvulas de agulha 19 correspondentes, que também operam como discutido em modalidades anteriores. Aqui, uma porta de injeção 18C é localizada acima da porta de injeção inferior 18C. No 15 entanto, aqueles versados na técnica notarão que a localidade exata destas portas e de seus caminhos de fluxo correspondentes podem ser variados conforme desejado.
O mandril 20C inclui duas portas de fluxo 40C; cada porta 40C comunicando-se com sua respectiva porta de injeção 18C. Além dos anéis 20 de lacre 52 e 54 usados para lacrar o espaço anular acima e abaixo da única porta de fluxo 40 das modalidades anteriores, a presente modalidade utiliza um anel de lacre 56C adicional. O anel de lacre 56C é usado para lacrar o espaço anular abaixo da porta de fluxo inferior 40C, enquanto o anel de lacre 54C é usado para lacrar o espaço anular acima da porta inferior 40. Os anéis 25 de lacre 52C, 54C e 56C impedem que os produtos químicos de injeção va- zem entre o mandril 20C e o flange 15C como previamente discutido.
O pendurai 25C também opera como previamente discutido em relação a outras modalidades. Nesta modalidade, no entanto, além dos a- néis de lacre 76 e 78 usados para lacrar o espaço anular entre o pendurai 30 25C e o mandril 20C acima da porta de fluxo 40C, dois anéis de lacre adi- cionais 86, 88 são usados para lacrar o espaço anular acima e abaixo da porta de fluxo inferior 40C, respectivamente. Portanto, os produtos químicos podem ser injetados através de cada porta de injeção 18C, através de cada porta de fluxo 40C correspondente e no interior de cada canal 75 correspon- dente (Figura 4A), nos quais os produtos químicos fluirão até alcançarem cada passagem 60 correspondente (Figura 4A), após a qual os produtos 5 químicos poderão passar no interior da respectiva coluna de tubulação 31.
As colunas de tubulação de injeção 31 da Figura 9A são cada uma encaixadas ao pendurai 25C com um conector 33, que opera como dis- cutido em relação às modalidades anteriores. Aqui, é claro, em vez de um perfil único incluindo os perfis 62 e 65 (discutidos em relação à Figura 4A), o 10 pendurai 25C compreenderá perfis duplos 99 (cada um compreendendo os perfis 62, 65 e suas passagens de comunicação 60 correspondentes e os canais 75) para permitir a comunicação de fluidos às colunas de tubulação 31. A modalidade exemplificativa da Figura 9B ilustra uma vista superior do pendurai 25C também tendo a área de fluxo em forma de C 80 como discuti- 15 da em modalidades anteriores. Aqui, no entanto, o pendurai 25C inclui colu- nas de tubulação 31 duplas.
Ainda que várias modalidades tenham sido mostradas e descri- tas, a invenção não é tão limitada e será entendida como incluindo todas as modificações e variações conforme seriam aparentes para aquele versado 20 na técnica, assim como os métodos relacionados. Por exemplo, uma monta- gem de cabeça de poço tendo três ou mais colunas de tubulação e seus respectivos caminhos de fluxo pode ser visualizada no interior do escopo da presente descrição. Da mesma maneira, a invenção não deve ser restrita exceto sob a Iuz das reivindicações anexadas e seus equivalentes.
Claims (16)
1. Montagem de cabeça de poço para uma coluna de tubulação de injeção, a montagem de cabeça de poço caracterizada pelo fato de que compreende: um flange (15) adaptado para ser conectado a uma cabeça de poço, o flange tendo uma perfuração longitudinal (17) ao longo de sua ex- tensão e uma porta de injeção (18), a porta de injeção estendendo-se atra- vés do flange e comunicando-se com a perfuração longitudinal do flange; um mandril (20) adaptado para ser inserido no interior da perfu- ração longitudinal do flange, o mandril compreendendo uma perfuração lon- gitudinal (30) ao longo de sua extensão e uma porta (40), a porta estenden- do-se através do mandril e comunicando-se com a porta de injeção do flan- ge; e um pendurai (25) conectado a uma coluna de tubulação de inje- ção (31), o pendurai sendo adaptado para fixar-se na perfuração longitudinal do mandril, o pendurai compreendendo uma passagem de comunicação que facilita a comunicação de fluidos entre a porta do mandril e a coluna de tubu- lação de injeção.
2. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação 1, em que o pendurai adicionalmente compreende uma conexão de placa giratória conectando o pendurai à coluna de tubulação de injeção, a conexão de placa giratória permitindo a rotação do pendurai sem transmitir a rotação à coluna de tubulação de injeção.
3. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação 1, em que o mandril adicionalmente compreende um conector (32) próximo a uma extremidade inferior do mandril, o conector permitindo que o mandril seja conectado a um perfil de válvula de contrapressão de um pendurai de tubulação de produção.
4. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação 1, em que o mandril adicionalmente compreende um conector (44) para re- ceber uma válvula de contrapressão na perfuração longitudinal do mandril acima do pendurai.
5. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação1, em que o pendurai adicionalmente compreende um conector (68) para conectar uma ferramenta móvel.
6. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação 1, em que o pendurai adicionalmente compreende uma área de fluxo longi- tudinal (80) ao longo de sua extensão para a produção de fluidos a partir do furo de poço para cima, passando pelo pendurai.
7. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação1, em que o pendurai adicionalmente compreende um canal anular (75) es- tendendo-se ao redor de uma superfície externa do pendurai, o canal anular do pendurai fazendo interseção com a passagem de comunicações do pen- durai, permitindo neste ponto a comunicação de fluidos quando a porta do mandril e a passagem de comunicação do pendurai não estiverem radial- mente alinhadas.
8. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação1, em que o mandril adicionalmente compreende um canal anular estenden- do-se ao redor de uma superfície externa do mandril, o canal anular do mandril fazendo interseção com a porta do mandril, permitindo neste ponto a comunicação de fluidos quando a porta do mandril e a porta de injeção do flange não estiverem radialmente alinhadas.
9. Montagem de cabeça de poço de acordo com a reivindicação 1, em que o flange é fixado sob uma válvula de corrediça mestre (120, 115) e acima de uma cabeça de tubulação, o mandril tendo tal altura que o man- dril estende-se no interior de uma perfuração inferior da válvula de corrediça mestre mas não interfere com uma operação da válvula de corrediça mestre.
10. Método para permitir a comunicação de fluidos em uma montagem de cabeça de poço, o método caracterizado pelo fato de compre- ender as etapas de: (a) fixar uma montagem de cabeça de poço a uma cabeça de poço, a montagem de cabeça de poço compreendendo: um flange (15) adaptado para ser conectado a uma cabeça de poço, o flange compreendendo uma perfuração (17) ao longo de sua exten- são e uma porta (18); um mandril (20) adaptado para ser inserido no interior da perfu- ração do flange, o mandril compreendendo uma perfuração (30) ao longo de sua extensão e uma porta (40); e um pendurai (25) conectado a uma coluna de tubulação de inje- ção (31), o pendurai sendo adaptado para fixar-se no interior da perfuração do mandril, o pendurai compreendendo uma passagem de comunicação fa- cilitando a comunicação de fluidos entre a porta do mandril e a coluna de tubulação de injeção; (b) injetar fluido através da porta do flange; (c) injetar fluido através da porta do mandril; (d) injetar fluido através da passagem de comunicação do pen- durai; e (e) injetar fluido através da coluna de tubulação de injeção.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, o método adicio- nalmente compreendendo a etapa de rotação do pendurai sem transmitir a rotação para a coluna de tubulação de injeção.
12. Método de acordo com a reivindicação 10, em que a etapa (a) adicionalmente compreende a fixação de uma montagem de cabeça de poço sob uma válvula de corrediça mestre.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, o método adicio- nalmente compreendendo a etapa de fechar a válvula mestre sem danificar a coluna de tubulação de injeção.
14. Método para permitir a comunicação de fluidos em uma montagem de cabeça de poço, o método sendo caracterizado por compre- ender as etapas de: (a) fixar uma montagem de cabeça de poço a uma cabeça de poço, a montagem de cabeça de poço incluindo uma coluna de tubulação de injeção (31) estendendo-se no interior de um poço, a etapa de fixação da montagem de cabeça de poço compreendendo as etapas de: fixar um flange (15) tendo uma perfuração longitudinal (17) ao longo de sua extensão e uma porta de injeção de fluido (18); fixar um mandril (20) no interior da perfuração longitudinal do flange, o mandril tendo uma perfuração longitudinal (30) e uma porta (40); e fixar um pendurai (25) no interior da perfuração longitudinal do mandril, o pendurai tendo uma porta facilitando a comunicação de fluidos entre a porta do mandril e uma localização sob a montagem de cabeça de poço; (b) fixar uma válvula mestre acima da montagem de cabeça de poço; e (c) injetar fluidos descendo na coluna de injeção enquanto deri- va-se a válvula mestre usando a montagem de cabeça de poço.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, o método adicio- nalmente compreendendo a etapa de fechar a válvula mestre (120, 115) sem danificar uma coluna de tubulação de injeção.
16. Método de acordo com a reivindicação 14, em que a etapa (c) inclui as etapas de: injetar fluido através da porta do flange da montagem de cabeça de poço; injetar fluido através da porta do mandril da montagem de cabe- ça de poço; injetar fluido através de uma passagem de comunicações de um pendurai da montagem de cabeça de poço; e injetar fluido através da coluna de tubulação de injeção da mon- tagem de cabeça de poço.
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