BRPI0901046A2 - mandril venturi - Google Patents

Abstract

MANDRIL VENTURI A presente invenção se refere a um mandril (3a ou 3b) apresentando um desvio (9 ou 17b) no qual é inserida uma válvula venturi (12 ou 12<39>) do tipo usado no bombeio hidráulico a jato ou do tipo usado no gás Iift, permitindo, assim, fazer o bombeamento do petráleo. O referido mandril destina-se a substituir provisoriamente equipamentos de bombeio centrífugo submerso (BCS) em poços de petróleo, de forma a permitir a realização de fraturamentos ácidos dos intervalos de interesse, bem como a posterior e imediada remoção de agentes químicos danificantes através da colocação do poço em fluxo. Esse mandril (3a ou 3b) também permite realizar testes de formação a poço revestido com fechamento de fundo, bem como perfis de avaliação de produção utilizando essa coluna de teste.

Description

mandril venturi

campo da invenção

A presente invenção se refere a um mandril contendo uma válvulaventuri insertável, destinado a substituir provisoriamente equipamentos deBombeio Centrífugo Submerso - bcs em poços de petróleo, de forma apermitir a realização de fraturamentos ácidos dos intervalos de interesse,bem como a posterior e imediada remoção de agentes químicosdanificantes através da colocação do poço em fluxo. O mandril contendo aválvula venturi insertável também permite realizar Testes de Formação aPoço Revestido com fechamento de fundo, bem como perfis de avaliaçãode produção utilizando essa coluna de teste.

Fundamentos da Invenção

Poços de petróleo depletados (poços cuja rocha reservatórioencontra-se com pressão de poros insuficiente para produzir por surgêncianatural) necessitam de dispositivos que suplementem a energia necessáriapara trazer o petróleo até a superfície. Dentre os dispositivos usados ebem conhecidos da técnica para realizar essa operação, podem sercitados os equipamentos de Bombeio Centrífugo Submerso - bcs(conjunto motor elétrico e bombas centrífugas de fundo para suplementara pressão da rocha reservatório). Dentre os vários documentos que osdescrevem, podem ser citados, por exemplo, os documentos de patenteus 7,428,924, que descreve um equipamento desse tipo usado parabombear petróleo em um poço que atravessa várias formações, e apublicação us 2003/155128, que descreve um equipamento para bombearpetróleo viscoso.

Técnica Relacionada

Apesar de já ser uma tecnologia bem amadurecida, o uso deequipamentos de bombeio centrífugo submerso ainda se depara comproblemas que dificultam ou impedem operações de monitoramento dealguns parâmetros da rocha reservatório e o restabelecimento daprodutividade do poço.

Quando há a necessidade de realização de intervenções paraestimulação da formação produtora, ou seja, a rocha reservatórioportadora de hidrocarbonetos, é necessário primeiramente remover o BCSpara, com coluna de trabalho adequada, realizar tais operações. Somadoa isto, após uma acidificação da matriz arenítica (tratamento químico quevisa restabelecer a produtividade da rocha reservatório), sobretudoutilizando acidificantes à base de ácido fluorídrico (mud acid), deve-se fluiro poço o mais rapidamente possível após o tratamento para a remoçãodos agentes químicos injetados na rocha produtora, evitando que reaçõesindesejáveis ocorram e neutralizem os efeitos benéficos conseguidos, ouaté mesmo danificando irreversivelmente o reservatório portador dehidrocarboneto. Tratamentos com mud acid são bem conhecidos dostécnicos da área e, por isso, não serão detalhados no presente texto.

Exemplos deste tipo de tratamento são descritos nos documentos depatente US 6,806,236 e US 7,192,908.

Para viabilizar estas operações, normalmente equipa-se o poço,logo após o tratamento químico, com um conjunto BCS de "sacrifício" queé instalado no poço apenas para remoção dos ácidos bombeados para arocha reservatório, já que o ácido, normalmente, retorna à superfície compH ainda bastante baixo e com alto potencial de corrosão dosequipamentos de bombeio e conseqüente redução da vida útil destes.

Cabe ressaltar que, além de demoradas, as descidas dos conjuntoselétricos de bombeio convencionais (sem o bloco em Ύ), não permitemrealização de testes com registradores e válvulas de fechamento de fundo,tampouco perfilagens para avaliação da contribuição dos intervalosprodutores.

Por este motivo, na técnica anterior ilustrada na Figura 1, quando énecessária uma avaliação dos resultados desses tratamentos, é precisoequipar o poço (34) com um conjunto BCS em bloco "Y" (33). Essedispositivo é um bloco trapezoidal (30) em que na sua parte superiorenroscam-se tubos de produção (31), que conduzem o petróleo para asuperfície. Na sua porção inferior existem dois orifícios de acesso aobloco: o primeiro orifício, onde se enrascam tubos de produção (32), quetrazem o petróleo extraído da rocha portadora de hidrocarbonetos (40) atéo conjunto BCS1 com um nipple de assentamento, denominado Phoenix,para inserção de tampões mecânicos (vazados - para perfilagens, e cegos- para testes de formação com fechamento do poço no fundo). Ostampões mecânicos cegos são denominados "standing plugs" e ostampões mecânicos vazados são denominados "logging plugs". Nosegundo orifício fica enrascado o conjunto BCS em bloco Y (33) em que,por ficar lateralmente à coluna de produção, possibilita que ferramentassejam descidas pela mesma até os intervalos canhoneados, permitindoque testes sejam realizados. É necessária, ainda, a existência de um caboelétrico de potência (35) para alimentar o motor do BCS.

Estes dispositivos (bloco Ύ') apresentam alguns inconvenientes:

a) Normalmente limitam a potência do motor elétrico que é descidono poço devido à obrigatoriedade de se utilizar modelos depequenos diâmetros que não gerem interferência construtiva coma coluna de by-pass onde fica instalado o nipple de assentamentomodelo Phoenix paralelamente ao conjunto motor-bombacentrífuga. Quanto maior a potência requerida do motor maior seráo seu diâmetro externo e maior a possibilidade de interferência. Aconseqüência imediata é a redução da vazão de produção. Poreste motivo, em poços de grande vazão, esta composição nãopoderia ser definitiva devido às limitações geométricas paramotores de maiores potência, obrigando a uma intervenção para aretirada do conjunto BCS em bloco Y utilizado para testes e ainstalação de um conjunto de fundo definitivo.

b) Impossibilidade de utilização de shroud (camisa de refrigeraçãoque encapsula o motor elétrico para melhorar a eficiência derefrigeração e evitar panes por sobreaquecimento) devido àsgrandes dimensões destes dispositivos. Por este motivo, arefrigeração dos motores fica comprometida e a vida útil do BCS éreduzida.

c) O tampão mecânico cego (standing plug), que fica instalando nonipple de assentamento modelo Phoenix do bloco tipo Ύ\ durantea produção do poço, é fonte real de problemas sempre que vazapois permite a recirculação dos fluidos no fundo do poço levando oconjunto a falhar por sobrecorrente.

d) Devido à grande rigidez do bloco, normalmente não se consegueintroduzir a coluna de by-pass no interior do revestimento deprodução (em Iiner pois não vem até a superfície ficando o seutopo alguns metros acima da sapata do revestimento anterior) oque, constantemente obriga a manobras adicionais paracondicionamento dos topos destes revestimentos de produção. Emalguns casos não é possível realizar as operações de perfilagem aque estes dispositivos se propõem.

e) Por serem componentes definitivos da coluna de produção,normalmente não se consegue realizar as operações a que sepropõem porque demandam a parada de produção por algumtempo, que pode se tornar mais ou menos longo em função deeventuais dificuldades nas retiradas e reinstalações dos standingplug, que instalados no nipple de assentamento tipo Phoenix,impedem a recirculação do poço no fundo.

f) Por se tratar de um conjunto elétrico de fundo, é bastantesensível a problemas mecânicos no poço que possam causardanos ao cabo de potência.

g) Geração de "peixes" (objetos caídos no poço) devido aorompimento de cintas e presilhas metálicas que prendem o cabode potência à coluna de produção, que se rompem pelos esforçosmecânicos de atrito destes elementos na parte inferior dos poços,que são normalmente direcionais (inclinados em relação à vertical),

h) O poço necessita estar equipado com suspensor de coluna,árvore de natal e linhas de produção. Caso se opte por utilizar oconjunto BCS em bloco Ύ com kit bomba, deve-se utilizar, caso aoperação se dê em unidades flutuantes, componentes como BOPcam e riser sealing mandrel.

Denomina-se kit bomba o conjunto de teste composto por motorelétrico e bomba centrífuga de fundo, BOP cam e riser sealing mandrel.BOP Cam é um dispositivo de segurança utilizado em testes de produçãoem que se utiliza BCS, cuja função é permitir fechar o espaço anular dopoço sem danificar o cabo de potência do motor que desce cintado nacoluna de teste; Riser Sealing Mandrel é um dispositivo utilizado em testesde produção em que se utiliza BCS, cuja função é proteger o cabo elétricode potência contra danos mecânicos na altura da mesa rotativa de sondassemi-submersíveis e navios sondas devido aos movimentos de heave(movimentos de subidas e descidas provocados pelas ondas do mar).

Assim, uma alternativa para a situação acima relatada que nãodependesse de cabos de potência para geração de eletricidade e que nãopossuísse partes móveis, fontes potenciais de problemas, e, também, quepudesse ser utilizada com colunas de trabalho, permitindo agilização dostempos de manobra, constituiria uma alternativa muito interessante. É oque se propõe na presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Na presente invenção se propõe que o equipamento BCS sejasubstituído, provisoriamente, por um mandril que dispõe em sua seçãoreta de um nipple de assentamento modelo Phoenix para instalação destanding plug e Iogging plug e conta com um desvio. Esse desvioapresenta uma abertura que possibilita a fácil remoção e instalação de umtubo venturi, de modo a permitir o uso de dispositivos venturi comdiferentes ajustes de orifícios de garganta.

O uso de venturi permite que o poço seja colocado em produção,para testes, utilizando-se as conhecidas técnicas do bombeio hidráulico ajato - BHJ ou do gás lift.

A presente invenção comporta duas principais variaçõesconstrutivas, conforme será detalhado mais adiante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra um conjunto BCS em bloco Ύ instalado em umpoço, com uma ampliação mostrando em detalhe o conjunto.

A Figura 2 ilustra uma primeira variação construtiva da presenteinvenção instalada em um poço, com ampliação do mandril e da válvulaventuri.

A Figura 3 ilustra um segunda variação construtiva da presenteinvenção instalada em um poço, com ampliação do mandril e da válvulaventuri.

A Figura 3A mostra em detalhe as ampliações indicadas na Figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Visando facilitar a compreensão do invento, sua descrição detalhadaserá feita com base nas figuras que acompanham este relatório e dele éparte integrante. Contudo, elementos bem conhecidos dos especialistas namatéria não serão descritos em detalhe ou serão omitidos, de maneira anão obscurecer os aspectos relevantes da invenção.

A presente invenção comporta duas principais variaçõesconstrutivas, conforme será detalhado mais adiante. Configuraçõesalternativas poderão ser concebidas, sem abandonar o espírito ou escopoda invenção.

Como foi mencionado acima, na técnica anterior ilustrada pelaFigura 1, para a realização de testes é necessário substituir o equipamentoBCS de produção por um conjunto BCS em bloco Ύ (33). A Figura 1mostra, um poço (34) de petróleo típico, o qual atravessa várias camadasde rocha até atingir a rocha portadora de hidrocarbonetos (40). Orevestimento (2) poço forma um espaço anular (1) dentro do qual sãoinstalados os tubos da coluna de produção (31 e 32) e demaisequipamentos necessários à operação.

As Figuras 2 e 3 mostram o perfil de um poço de exploração depetróleo no qual o conjunto BCS foi substituído pelo mandril (3a ou 3b),objeto da presente invenção para a realização de testes de perfilagem. Emcada uma das figuras é mostrada em detalhe uma das variaçõesconstrutivas da presente invenção.

Em uma primeira variação construtiva, mostrada na Figura 2, omandril (3a) apresenta uma passagem principal (4), a qual se alinha comos tubos de produção (31 e 32 mostrados na Figura 1), de modo a permitira passagem do cabo de perfilagem (5) e da ferramenta de perfilagemThru-Tubing (6), ou de outros equipamentos para testes, ou ainda, apassagem de fluidos para tratamento da rocha portadora dehidrocarbonetos (40). Essa passagem principal (4) possui também umnipple de assentamento (7) para instalação de um tampão mecânico (8) -Standing ou Logging Plugs.

O mandril dessa primeira variação construtiva (3a) apresenta umabolsa lateral (9) construída no próprio corpo do mandril. Essa bolsa lateral(9) contém um desvio (10) que se inicia na passagem principal (4) em umponto abaixo de onde fica alojado o tampão mecânico (8) e termina em umponto acima deste, apresentando um prolongamento (11) vertical em suaparte superior que se estende até o exterior do mandril (3a) para permitir acolocação e retirada da válvula venturi (12). Lateralmente, o desvio (10)apresenta pelo menos um orifício (13) o qual - ou os quais - deve coincidirem igual número com orifícios de admissão (14) de fluido motriz da válvulaventuri (12), quando esta é inserida no desvio (10).Na parte vertical do desvio (10) haverá uma sede de assentamentopolida para permitir a vedação da válvula venturi (12) por meio de anéis O-Ring (15), de modo a impedir que os fluidos se misturem fora do localprevisto. Devem ser instalados pelo menos três anéis O-Ring (15), umabaixo e outro acima do orifício (13) do desvio (10) e um terceiro noprolongamento (11) do desvio (10).

Em uma segunda variação construtiva do mandril (3b), mostrada nasFiguras 3 e 3a , o referido mandril é constituído de dois blocos em Ύ (16ae 16b) em posição espelhada, ou seja, o bloco superior (16a) em posiçãonormal e o inferior (16b) em posição invertida, unidos por dois tramos (17ae 17b). O tramo principal (17a) tem construção e funcionamento similaresà passagem principal (4) da primeira variação construtiva (3a), sendoconstituído por um tubo em cujo interior está fixado um nipple deassentamento (7) para instalação de tampões mecânicos (8) - Standing ouLogging Piugs (mostrados na Figura 3a).

Como mostrado em detalhe na Figura 3a, o tramo excêntrico (17b) éconstituído por um tubo curto superior (21), uma válvula (18) de orifícioslaterais, denominada Siiding Sieeve, e por um tubo curto inferior (22). Ocurto superior (21) é fixado ao bloco superior (16a) e o tubo curto inferior(22) é fixado ao bloco inferior (16b). Unindo os dois tubos fica a válvula(18) de orifícios laterais. No interior da válvula (18) de orifícios laterais ficaalojada a válvula venturi (12'). Esta é similar à válvula venturi (12) daprimeira variação construtiva, com algumas adaptações. Ela recebe anéisO-Ring (15) apenas acima e abaixo dos orifícios laterais (13') e apresentafuros (23) em sua parte superior para a saída dos fluidos.

Da mesma forma que na primeira variação construtiva, os orifíciosde admissão (14') da válvula venturi (12') devem coincidir com os orifícioslaterais (13') da válvula (18) de orifícios laterais após a inserção ealojamento da válvula venturi (12') em seu interior. Nesta versão, as setasmostradas nas Figuras indicam o fluxo dos fluidos.A válvula venturi (12) da presente invenção é uma típica válvulaventuri usada na técnica do Bombeio Hidráulico a Jato (BHJ) paraelevação do petróleo até a superfície. Após montada no mandril (3a ou 3b)com os respectivos orifícios nas posições corretas, ela pode ser colocadapara funcionar nas diversas operações em que seja necessário o bombeiopara a superfície. No BHJ, um fluido motriz - que pode ser água do mar,água produzida ou parte da produção "in natura" - é bombeado dasuperfície, sob alta pressão, para o espaço anular do poço (1) através dasbombas de lama da sonda, unidades de bombeio em skid ou outrossistemas. Ao penetrar na válvula venturi (12 ou 12') através do orifício (13)da bolsa lateral (9) - ou do orifício (13') do tramo excêntrico (17b), no casoda segunda variação construtiva - e do orifício de admissão (14 ou 14'), ofluido motriz acelera-se intensamente, devido a uma redução na área dagarganta (20) do venturi que arrasta o fluido do poço pela grandedepressão causada neste ponto. Logo em seguida, após os fluidos semisturarem, à jusante da garganta (20) do venturi, eles sofrem umincremento de pressão, causado por novo aumento de área em queenergia cinética é novamente reconvertida em potencial. Os fluidos sãoenviados para a planta de teste onde sofrerão separação; o fluido motriz énovamente injetado no anular (1) do poço num processo contínuo eininterrupto até o término do teste ou da fase de fluxo.

O detalhe da Figura 3A ilustra uma representação do fluxo de fluidono tramo excêntrico (17b) da segunda variação construtiva. No caso daprimeira variação construtiva ocorre situação similar, com a diferença queos fluidos misturados escorrem lateralmente da parte superior da válvulaventuri (12) para a parte superior do desvio (10).

É oportuno lembrar que na presente invenção também se aplica oprocesso de gás Iift descrito, por exemplo, nos documentos de patentebrasileiros Pl 0300958 e Pl 0100140, bastando, para tanto, substituir aválvula venturi (12) agora proposta, que é usada para bombeio hidráulico ajato - BHJ1 pela válvula de gás Iift convencional.

A opção preferencial da presente invenção pelo bombeio hidráulicoa jato (BHJ) se deve ao fato de que instalações para extração de petróleoque usam BCS freqüentemente apresentam problemas com oabastecimento do gás necessário para o gás lift, ou com a possibilidade dese instalar adequadamente equipamentos necessários à operação, o queinviabiliza, ou torna deficiente o uso dessa alternativa.

Como se depreende da descrição acima e dos desenhos anexos,essa composição de fundo, descida com coluna de trabalho e obturador(packer) de operação, permite a realização de fraturamentos ácidos dosintervalos de interesse, bem como a posterior e imediada remoção deagentes químicos danificantes, bastando para tal a colocação do poço emfluxo.

Também se consegue realizar Testes de Formação a PoçoRevestido - TFR s (teste realizado no poço para obtenção de parâmetrosimportantes da rocha reservatório através de período de fluxo seguido deperíodo de estática) com fechamento de fundo, bem como perfis deavaliação de produção utilizando essa coluna de teste.

Ressalte-se que, por se tratar de composições provisórias, tem-se aflexibilidade de realização de inúmeras operações no poço, necessáriaspara recuperação do índice de Produtividade do poço (IP) e, após tudoisto, poder-se reequipá-lo com o conjunto BCS de fundo definitivo que sedesejar.

Embora o "MANDRIL VENTURI" que acaba de ser descrito comrelação às Figuras anexadas, apresente a forma de realização preferida dainvenção, compreender-se-á que diversas modificações poderão serintroduzidas sem se sair do âmbito de sua proteção, podendo alguns deseus elementos serem substituídos por outros com a mesma funçãotécnica, em especial os materiais utilizados, suas dimensões, formas eproporções.

Claims (9)

1. - MANDRIL VENTURI, para ser conectado aos tubos de produção de umpoço de petróleo, caracterizado por compreender de um mandril (3a ou 3b) que apresenta uma passagem principal (4 ou 17a) e um desvio (10ou 17b), sendo que a passagem principal se alinha com os tudos deprodução (31 e 32), permitindo a passagem de equipamentos ou fluidosde tratamento do poço, e é a eles conectada, e o desvio recebe umaválvula venturi (12 ou 12'), destinada a fazer a elevação do petróleoseja por meio de bombeio hidráulico a jato seja por meio de gás lift.

2. - MANDRIL VENTURI, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor a passagem principal (4 ou 17a) conter um nipple de assentamento(7) para instalação de tampão mecânico (8).

3. - MANDRIL VENTURI, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor o dito mandril, em uma primeira variação construtiva (3a),apresentar uma bolsa lateral (9) construída no próprio corpo do mandrile na qual fica o desvio (10) que se inicia na passagem principal (4) emum ponto abaixo de onde fica alojado o tampão mecânico (8) e terminaem um ponto acima deste.

4. - MANDRIL VENTURI, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopor o desvio (10) apresentar um prolongamento (11) vertical em suaparte superior, que se estende até o exterior do mandril (3a), através doqual é inserida a válvula venturi (12).

5. - MANDRIL VENTURI, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopor o desvio (10) apresentar pelo menos um orifício lateral (13) quedeve coincidir em igual número com os orifícios de admissão (14) defluido motriz da válvula venturi (12), quando esta é inserida no desvio(10) e na parte vertical do desvio (10).

6. - MANDRIL VENTURI, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopor o desvio (10) apresentar uma sede de assentamento polida parapermitir a vedação da válvula venturi (12) por meio de pelo menos trêsanéis O-Ring (15), instalados um abaixo e outro acima do orifício (13)do desvio (10) e um terceiro no prolongamento (11) do desvio (10), demodo a impedir que os fluidos se misturem fora do local previsto.

7. MANDRIL VENTURI, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor o dito mandril, em uma segunda variação construtiva (3b),apresentar dois blocos em Y em posição espelhada, um bloco superior(16a) em posição normal e um inferior (16b) em posição invertida, osquais são unidos por dois tramos (17a e 17b).

8. MANDRiL VENTURI, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopor o tramo principal (17a), ser constituído por um tubo em cujo interiorestá fixado um nipple de assentamento (7) para instalação de tampõesmecânicos (8), e o tramo excêntrico (17b) ser constituído por um tubocurto superior (21), uma válvula (18) de orifícios laterais e por um tubocurto inferior (22), sendo o tubo curto superior (21) fixado ao blocosuperior (16a) e o tubo curto inferior (22) fixado ao bloco inferior (16b),e unidos pela válvula (18) de orifícios laterais.

9. MANDRIL VENTURI, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopor uma válvula venturi (12') ficar alojada no interior da válvula (18) deorifícios laterais, a qual recebe anéis O-Ring (15) apenas acima eabaixo dos orifícios (13'), e apresentar furos (23) em sua parte superiorpara a saída dos fluidos.