BRPI0812364B1

BRPI0812364B1 - Método para o controle de injeção de graxa e dispositivo de injeção de graxa para injetar graxa em um sistema de intervenção submarina.

Info

Publication number: BRPI0812364B1
Application number: BRPI0812364-0A
Authority: BR
Inventors: Inderberg Olav; A. Johansen John
Original assignee: Fmc Kongsberg Subsea
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2018-02-06
Also published as: NO20072797L; AU2008257821A1; WO2008147216A3; EP2156012B1; CA2689095C; RU2469177C2; NO328389B1; WO2008147216A2; AU2008257821B2; BRPI0812364A2; RU2009146878A; CA2689095A1; EP2156012A2; ATE520860T1

Description

(54) Título: MÉTODO PARA O CONTROLE DE INJEÇÃO DE GRAXA E DISPOSITIVO DE INJEÇÃO DE GRAXA PARA INJETAR GRAXA EM UM SISTEMA DE INTERVENÇÃO SUBMARINA.

(51) Int.CI.: E21B 33/076 (30) Prioridade Unionista: 01/06/2007 NO 20072797 (73) Titular(es): FMC KONGSBERG SUBSEA (72) Inventor(es): OLAV INDERBERG; JOHN A. JOHANSEN

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pedido de patente de invenção para “MÉTODO PARA O CONTROLE DE INJEÇÃO DE GRAXA E DISPOSITIVO DE INJEÇÃO DE GRAXA PARA INJETAR GRAXA EM UM SISTEMA DE INTERVENÇÃO SUBMARINA”

Campo da invenção

A invenção se refere a um método para controlar a injeção de graxa em um sistema de intervenção submarina e a um dispositivo que compreende um envoltório que contém uma unidade de controle e uma bomba para a graxa.

Fundamentos da invenção

Quando se faz uma intervenção em um poço de hidrocarbonetos, é necessário isolar o poço do ambiente. A intervenção é com freqüência realizada utilizando técnicas de fios (fios trançados, cabos compósitos ou linhas deslizantes). Para conter a pressão no poço durante as operações e impedir que hidrocarbonetos escapem para o ambiente, as operações de intervenção envolvem o uso de uma caixa retentora que é parte de uma cabeça de controle de pressão (CCP). A CCP fornece uma vedação dinâmica entre o cabo e os envoltórios da perfuração do poço para manter o controle da pressão e impedir que fluidos na perfuração do poço vazem para o ambiente. Contudo, por causa de seu exterior trançado (semelhante a uma corda de fios), o cabo possui uma superfície irregular, com aberturas, que é difícil de ser vedada pela CCP à medida que passa através da CCP quando passa para dentro e fora do poço. A prática comum atual é injetar graxa dentro do corpo da CCP a uma pressão mais alta do que a do poço. Além disso, a graxa precisa ser renovada em algum ritmo para substituir a graxa perdida para a superfície do cabo trançado quando passa pelas extremidades da CCP (indo para dentro ou fora do poço). A

2/10 taxa de injeção de graxa é controlada por monitoramento visual periódico das extremidades vedantes da CCP quanto a vazamentos e por monitoramento da pressão de injeção de graxa.

Essa operação se toma complicada quando realizada embaixo do mar em um poço submarino. Isso envolve o uso de um equipamento de intervenção leve em poço sem risers (ILPR) submarina. Na ILPR, a CCP é remota e difícil de monitorar; o que toma difícil determinar quando e quanta graxa deve ser injetada. Além disso, à medida que o equipamento é posto em águas mais profundas, o comprimento da linha de suprimento de graxa que abastece a CCP se toma mais longo, o que toma cada vez mais difícil o bombeamento de graxa viscosa para a CCP a uma pressão superficial ou taxa de bombeamento razoável. As linhas de graxa longas e as graxas viscosas se tomam mais problemáticas quando ambientes mais profundos e frios são encontrados.

A prática atual para a injeção de graxa submarina requer a instalação pela superfície de linhas de graxa como mostrado na patente US 4821799. Essa patente revela o uso de um acumulador para permitir um melhor controle das pressões de injeção.

Existe também um problema mais sutil associado à injeção de graxa em uma CCP submarina: o da entrada de água. Normalmente, a CCP é abaixada até o tubo lubrificante juntamente com a ferramenta. Contudo, em algumas operações, a CCP é movimentada de forma independente depois que as ferramentas com fios, cabos, etc., são colocadas no tubo lubrificante do equipamento de ILPR. Enquanto a montagem da CCP é abaixada até o fundo do mar, o cabo trançado passa através da CCP. Se a graxa não for suprida a uma pressão e taxa suficientes para contrabalançar o aumento da pressão ambiente e a perda de graxa do cabo que passa, água do mar poderá vazar através das extremidades de vedação da CCP para dentro da cavidade principal. Se isso ocorrer, haverá um risco maior de que

3/10 a água ajude a formar uma rolha de hidratos dentro da CCP (posteriormente exposta à pressão e fluidos da perfuração do poço) e impedir que o cabo se movimente livremente através da CCP.

Descrição resumida e objetivos da invenção

A invenção se refere a um método e a um dispositivo para o controle da injeção de graxa em um sistema de intervenção submarina, em que é fornecido um sistema de pressão ajustada localmente para fornecer a graxa a uma pressão mais alta do que a pressão externa, sendo esta a pressão do poço ou a pressão da água em tomo do sistema submarino, ou ambas essas pressões.

A invenção é, de acordo com um aspecto, adequada em um sistema de controle de operações de intervenção (SCOI) que seja todo elétrico ou eletro-hidráulico e que pode compreender um processador com a capacidade de manipular informações, por exemplo, registrar externa da água do mar ambiente, a pressão dentro da CCP e abaixo da CCP (dentro do poço). Como mencionado acima, o propósito da graxa e da CCP é criar uma vedação dinâmica que gere uma pressão ligeiramente mais alta (graxa) dentro da CCP do que a pressão ambiente acima ou abaixo no poço. Para se obter isso é necessário bombear graxa a uma taxa empírica monitorada visualmente. Em circunstâncias submarinas, a pressão de bombeamento é exacerbada pelo comprimento da linha de graxa que desce até a CCP e a taxa é estimativa pura, o que resulta ffeqüentemente no envio em excesso para o ajuste conservador às condições conhecidas.

A eliminação da linha de graxa também está de acordo com a filosofia de operação de ILPR em águas profundas da FMC para o controle de linhas em águas profundas (limite de 3 linhas). A redução ou a eliminação das linhas a partir da superfície até o equipamento de ILPR submarino simplifica muito as operações em águas profundas em

4/10 profundidades superiores a 500 m. Além disso, a invenção toma o sistema global insensível à profundidade ao eliminar a linha de graxa que tinha um “comprimento finito”, o que de outra forma determinaria a profundidade de operação do sistema.

O benefício da invenção é que sua estrutura é insensível à profundidade, eliminando os problemas de taxa de fluxo de pressão associados ao bombeamento a longas distâncias de graxa viscosa (a pressões de bombeamento superficiais mais altas), e eliminando a poluição ao utilizar lubrificantes que não ofendem o meio-ambiente, sendo injetados em pressões diferenciais muito menores porque o processo de injeção é monitorado. Ela também elimina uma linha indo para dentro da água, o que é benéfico para uma melhor administração das linhas; crucial para operações em águas profundas (> 500 m).

De acordo com a invenção, é fornecido um método de controle de injeção de graxa em um sistema de intervenção submarina que compreende um acumulador e graxa de pressão ajustada. O método compreende os elementos em que as pressões no poço e no fluido que circunda o referido sistema de intervenção submarina são lidas pelo acumulador, que em conseqüência disso envia uma pressão de injeção de graxa em um nível acima das referidas pressões, e com o sistema de intervenção submarina compreendendo um envoltório que contém uma unidade de controle que compreende um motor elétrico, uma bomba, um acumulador de suprimento de graxa, sendo que o método compreende as etapas de fornecimento de uma conexão com um sensor de pressão externa, a recepção de sinais do referido sensor de pressão, e o controle da bomba para regular a pressão de injeção de graxa em um nível que esteja acima da referida pressão externa.

De acordo com um aspecto, o sensor de pressão externa pode registrar a pressão ambiente, isto é, da água do mar. De acordo com um

5/10 outro aspecto, o sensor de pressão externa pode registrar a pressão na cabeça do poço.

Em um aspecto da invenção, a unidade em um primeiro modo pode ser conectada a um sistema de controle de intervenção para receber instruções a partir de uma estação de controle na superfície, e em um segundo modo pode estar operando de forma autônoma quando desconectada de um SCOI. Em uma modalidade, a energia do modo autônomo pode ser fornecida por uma batería no envoltório.

De acordo com um outro aspecto, os sinais do sensor de pressão podem ser processados pelo sistema de controle de intervenção. De acordo com um outro aspecto, os sinais do sensor de pressão podem ser processados por um processador no módulo. A graxa pode ser removida do equipamento submarino e retomada ao acumulador de suprimento de graxa de acordo com um outro aspecto da invenção.

A invenção também se refere a um dispositivo de injeção de graxa para injetar graxa em um sistema de intervenção submarina, compreendendo um envoltório com um acumulador de graxa, e uma linha de injeção de graxa em direção ao sistema. De acordo com a invenção, o dispositivo de injeção de graxa é uma unidade auto-suficiente acoplável ao sistema e tem sua pressão ajustada para enviar uma pressão mais alta do que a pressão de dentro do poço e/ou fora do sistema de intervenção submarina, e compreende uma bomba com um motor elétrico operando a bomba, conectada à injeção de linha de graxa, ao menos um sensor de pressão que lê a pressão de dentro do poço e/ou de fora, e uma unidade de controle que opera os diferentes elementos para ajustar a pressão do dispositivo.

De acordo com um aspecto, o dispositivo pode ter sua pressão ajustada ao possuir um acumulador de pressão de pressão passivamente

6/10 ajustada. Em um outro aspecto, o dispositivo pode compreender uma conexão de ROV em conexão com o acumulador. Em mais um aspecto, o dispositivo pode compreender um dispositivo de limpeza de graxa conectado ao sistema submarino, e uma linha de retomo para retomar a graxa removida de volta ao dispositivo. Em um outro aspecto, ele pode compreender uma segunda bomba com um segundo motor elétrico.

Em mais um aspecto, ele pode compreender dois pontos de injeção separados em direção ao sistema submarino. De acordo com um outro aspecto, o dispositivo pode ser conectado à CCP. O envoltório pode ser uma unidade auto-suficiente ligada a uma cabeça de controle de pressão em um outro aspecto.

A unidade de controle pode compreender uma unidade de processamento e de armazenamento de dados. O dispositivo pode compreender uma fonte de energia elétrica, de acordo com um outro aspecto. A fonte de energia pode ser uma bateria ou um umbilical. Em um outro aspecto, o dispositivo pode compreender um módulo de controle de intervenção.

Breve descrição dos desenhos

A invenção será agora descrita com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a Fig. 1 mostra um esboço de um sistema de intervenção em um poço submarino, a Fig. 2 é um diagrama que mostra o módulo de injeção de graxa em modo de SCOI, e a Fig. 3 é um diagrama que mostra o módulo de injeção de graxa em modo autônomo.

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Descrição das modalidades preferidas

A Fig. 1 é um desenho esquemático que mostra um sistema lubrificante submarino 10 de acordo com a invenção ligado a um poço submarino 5. O poço submarino 5 se estende para dentro de uma formação subterrânea e possui uma árvore de natal 6 ligada à cabeça do poço e uma linha de fluxo/umbilical 7 que se estende até uma unidade de processamento. A montagem lubrificante submarina 10 inclui uma unidade de controle de pressão (BOP) 11, um lubrificante (tubo) 12, e a cabeça de controle de pressão (PCH) 13.

O sistema lubrificante compreende ainda o sistema de controle (SCOI) 15 com um umbilical de intervenção 17 separado se estendendo até a superfície. O SCOI controla o sistema. Nas operações do estado da técnica, a graxa é bombeada pela linha 17 e adiante através da linha 23 para a CCP 13 para manter uma vedação entre o fio ou cabo trançado e o ambiente submarino.

Em uma primeira modalidade da invenção mostrada na Fig. 1, um módulo de injeção de graxa 21 é ligado à CCP 13. Nesse modo, a linha 23 é um cabo elétrico que conecta o módulo de injeção de graxa 21 ao SCOI 15. Com o módulo de injeção de graxa conectado à CCP, ele pode ser abaixado e levantado juntamente com a CCP e ser capaz de operar em um modo autônomo. Em uma outra modalidade (não mostrada), o módulo de injeção de graxa é feito parte integrante do SCOI. Nesse caso, a linha 23 irá compreender tanto linhas elétricas como fluidas, e a graxa é fornecida à CCP através dessa linha.

A invenção propõe a eliminação da linha de graxa para ou a partir da superfície, substituída por uma bexiga de profundidade ajustada ou acumulador preenchido com graxa. O módulo de injeção de graxa 21 compreende um acumulador 31 para a graxa operacionalmente conectado

8/10 através da linha 33 a uma bomba 35. A linha de saída de graxa 37 a partir da bomba é conectada à CCP 13. A bomba é controlada por um motor elétrico 36. Um primeiro cabo de alimentação de energia 32 conecta o SCOI ao motor elétrico 36 para a bomba 35. A linha de graxa 37 possui uma válvula de via única 43, uma válvula de bloqueio 44 e um sensor de temperatura e pressão 45.

Na modalidade mostrada na Fig. 2, é também fornecida uma segunda bomba 38 com um motor 39 associado, possuindo um cabo de alimentação de energia 34 separado. Uma segunda linha de graxa 41 conecta a bomba com a CCP. Como acima, a segunda linha de graxa 41 inclui uma válvula de via única 46, uma válvula de bloqueio 47 e um transmissor de pressão e temperatura 48. A segunda bomba pode ser adicionada para fornecer redundância ao sistema, em caso de falha da primeira bomba 35. Ela também toma possível taxas de bombeamento de graxa mais elevadas em casos de emergência, com ambas as bombas operando juntas. Elas também podem ser utilizadas nos raros casos em que o cabo passe muito rapidamente pela CCP e possa requerer mais graxa do que um motor elétrico/bomba pode suprir.

Como uma alternativa, a graxa pode ser removida do cabo enquanto este corre para fora da CCP e trazida de volta a um recipiente no módulo. Isso é mostrado na Fig. 2 pela linha de retomo de graxa 52 que leva à vasilha 54. Desta maneira nenhuma graxa será liberada no meioambiente. Contudo, com a presente invenção, o suprimento de graxa pode ser controlado precisamente para minimizar a quantidade utilizada e portanto haverá quantidades muito pequenas liberadas no mar.

Além disso, uma conexão de ROV 22 pode ser adicionada periodicamente para renovar a graxa na bexiga para trabalhos de longa duração.

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Durante a operação, o SCOI monitora precisamente a pressão fora, dentro da CCP e do poço e realiza ajustes ao ligar periodicamente a primeira bomba 35, ou ambas as bombas de graxa 35 e 38, para bombear graxa para dentro da CCP. A pressão da graxa é monitorada precisamente e a(s) bomba(s) são reguladas para gerar um diferencial de pressão bem pequeno entre a CCP e o poço.

O monitoramento preciso e no local da pressão minimiza a quantidade de graxa necessária, porque a pressão diferencial pode ser mantida em um mínimo, e por isso o caráter prático da bexiga submarina ao invés de se prever um volume necessário maior e tentar bombeá-lo através de uma linha de graxa. Manter o diferencial de pressão em um mínimo também diminui a quantidade de graxa que passa além dos elementos de vedação da CCP para dentro do poço e/ou para o meioambiente. A partir das duas bombas 35 e 38, a graxa pode ser injetada dentro da CCP em dois locais (novamente abrindo-se uma ou duas linhas para compensar a velocidade do cabo e a perda rápida de graxa). Há também uma terceira linha de injeção de graxa 51 em um local abaixo da CCP para um melhor controle da pressão diferencial entre a CCP e o poço, caso necessário.

Em uma segunda modalidade da invenção mostrada na Fig. 3, o módulo de injeção de graxa é equipado com sua própria unidade de controle 60 separada configurada como uma versão autônoma do sistema de controle. A unidade de controle autônoma compreende uma unidade de processamento e armazenamento de dados (não mostrada) e é preferivelmente alimentada por uma bateria 62. Assim, o controle elétrico pode ser separado do SCOI principal, mas conservar os recursos de monitoramento e controle de injeção para a injeção de graxa para dentro da CCP. Essa modalidade simplifica o empacotamento da montagem da CCP ao eliminar a necessidade da conexão elétrica submarina 23 (Fig. 1) após a

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CCP ser abaixada separadamente e acoplada ao restante do equipamento de intervenção (ILPR). Contudo, esse recurso autônomo adiciona duas funcionalidades. Primeira, enquanto a montagem da CCP é abaixada até o fundo do mar, ela monitora independentemente o aumento na pressão da água marinha ambiente e pode fazer o ajuste pela injeção de graxa para dentro da CCP em um nível ligeiramente maior do que o diferencial de pressão ambiente, para impedir a entrada de água do mar na cavidade da CCP, desse modo prevenindo os problemas de entupimento por hidratos. O controle é alimentado por bateria para manter sua autonomia. Segunda, caso a embarcação na superfície precise partir e/ou o cabo seja cortado em algum lugar fora da CCP e o sistema de controle seja desconectado, o recurso de restrição de pressão de injeção de graxa da CCP é preservado mesmo apesar de o restante do SCOI estar desligado, enquanto a energia da bateria estiver presente.

Um outro problema é a graxa em si. A prática comum atual é utilizar alguma forma de graxa viscosa a base de petróleo que tenha um certo grau de viscosidade para aderir à superfície das vedações da CCP e ao exterior áspero do cabo, criando uma superfície pseudo-lisa sobre o cabo trançado. Contudo, isso cria o seu próprio “vazamento para o ambiente” na medida em que um cabo carregado de graxa emerge a partir do topo da CCP durante a retirada de fios. Além disso, o ambiente de água do mar pode ser tão frio quanto 4°C, o que pode levar a um aumento na viscosidade da graxa ou a uma condição de endurecimento. Para atenuar essa condição, a invenção propõe substituir a graxa de petróleo por um lubrificante a base de óleo de peixe, diminuindo significativamente a viscosidade e eliminando a descarga de hidrocarbonetos no meio ambiente.

A invenção foi descrita através de modalidades não limitativas, a um técnico no assunto irá entender que diversas alterações e modificações podem ser feitas nas modalidades que estão dentro do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para o controle de injeção de graxa em um sistema de intervenção submarina que compreende um acumulador de graxa de pressão ajustada, caracterizado por uma pressão no poço e no

5 fluido que circunda o referido sistema de intervenção submarina ser lida pelo acumulador, que em conseqüência disso aplica uma pressão de injeção de graxa em um nível que está acima das referidas pressões, e pelo sistema de intervenção submarina compreender um envoltório que contém uma unidade de controle que compreende um motor elétrico, uma bomba, e um

10 acumulador de suprimento de graxa, e por compreender as etapas de fornecimento de uma conexão com um sensor de pressão externa, recebendo sinais a partir do referido sensor de pressão e controlando a bomba para regular a pressão de injeção de graxa em um nível que está acima da referida pressão externa.

15 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sensor de pressão externa registrar a pressão ambiente, isto é, da água do mar.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sensor de pressão externa registrar a pressão na cabeça do poço.

20 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade em um primeiro modo ser conectada a um sistema de controle de intervenção para receber instruções a partir de uma estação de controle na superfície, e em um segundo modo operar autonomamente quando desconectada de um SCOI.

25 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela energia do modo a autônomo ser fornecida por uma bateria no envoltório.
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6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos sinais que partem do sensor de pressão serem processados pelo sistema de controle de intervenção.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos sinais que partem do sensor de pressão serem processados por um processador no módulo.

8. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por graxa ser removida dos equipamentos submarinos e levada de volta ao acumulador de suprimento de graxa.

9. Dispositivo de injeção de graxa para injetar graxa em um sistema de intervenção submarina, compreendendo um envoltório com um acumulador de graxa, uma linha de injeção de graxa em direção ao sistema, caracterizado por ser uma unidade auto-suficiente ligada ao sistema e por ser de pressão ajustada para enviar uma pressão mais alta do que uma pressão dentro do poço ou fora do sistema de intervenção submarina, e por compreender uma bomba com um motor elétrico que opera a bomba, conectado à linha de injeção de graxa, com ao menos um sensor de pressão lendo a pressão de dentro do poço e/ou de fora, e uma unidade de controle que opera os diferentes elementos para ajustar a pressão do dispositivo.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por ser de pressão ajustada ao possuir um acumulador de pressão ajustada passivamente.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender conexão de ROV em conexão com o acumulador.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender um dispositivo de limpeza de graxa
3/3 conectado ao sistema submarino, e uma linha de retomo para o retomo da graxa removida de volta ao dispositivo.

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender uma segunda bomba com um segundo motor elétrico.

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender ao menos dois pontos de injeção separados em direção ao sistema submarino.

15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por ser conectado à CCP.

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo envoltório ser uma unidade auto-suficiente ligada a uma cabeça de controle de pressão.

17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela unidade de controle compreender uma unidade de processamento e armazenamento de dados.

18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender uma fonte de energia elétrica.

19. Dispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pela fonte de energia ser uma batería.

20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pela fonte de energia ser um umbilical.

21. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender um módulo de controle de intervenção.

22. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo lubrificante no dispositivo ser uma graxa baseada em óleo de peixe.

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