BRPI1105388B1

BRPI1105388B1 - Conjunto de poço submarino

Info

Publication number: BRPI1105388B1
Application number: BRPI1105388-7A
Authority: BR
Inventors: Richard Knox
Original assignee: Vetco Gray, Inc.
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2020-06-16
Also published as: CN102586785A; GB2488392B; AU2011265325A1; NO345084B1; SG182086A1; NO20111721A1; MY152975A; GB201121490D0; BRPI1105388A2; US20120152559A1; US8607878B2; GB2488392A; CN102586785B

Abstract

conjunto de cabeça de poço e conjunto de poço submarino. apresentado no presente documento um conjunto de poço submarino; em que, em uma realização exemplificadora, o conjunto de poço submarino inclui um cordão de alimentação fixado a uma fonte de alimentação. a fonte de alimentação pode ser em uma plataforma. também está incluído um conector para conectar o cordão de alimentação a um receptáculo incluído no conjunto de poço submarino e um módulo de controle submarino que entrega energia e sinais de controle ao conjunto de poço submarino. um módulo de proteção de corrente impresso é integrado ao módulo de controle submarino que recebe energia do cordão de alimentação.

Description

“CONJUNTO DE POÇO SUBMARINO”

Campo da Invenção

[001] Essa invenção refere-se, em geral, a uma produção de óleo e gás submarina e, em particular, ao equipamento e métodos para a proteção de um conjunto de poço submarino dos efeitos corrosivos da água salgada com o uso de carga elétrica.

Antecedentes Da Invenção

[002] Os componentes de um sistema de produção de poço submarino, incluindo a cabeça de poço, árvore e manifolde de produção associada, são, em geral, construídos a partir de aço, necessitando proteção para prevenir a corrosão em água do mar. A proteção catódica sacrificial é frequentemente usada para proteger os componentes de aço. Para realizar a proteção catódica, ânodos sacrificiais de alumínio ou zinco são fixados a componentes de poço, e os ânodos corroem para produzir uma corrente elétrica que protege o aço da corrosão.

[003] A corrosão em água do mar é um processo eletroquímico. Durante a reação química de metais com o ambiente para formar produtos de corrosão (como ferrugem em aço), átomos metálicos abdicam de um ou mais elétrons para se tornarem íons carregados positivamente, e oxigênio e água combinaram para formar íons carregados negativamente. A reação ocorre a taxas, o que resulta em nenhum acúmulo de carga. Todos os elétrons abdicados pelos átomos metálicos são consumidos pela outra reação. A proteção catódica é um processo que evita a reação de corrosão ao criar um campo elétrico de modo que a corrente flua para o metal. Isso evita a formação de íons metálicos ao configurar um gradiente potencial na superfície, o qual opõe a corrente elétrica produzida pelo fluxo de íons com carga elétrica para longe da superfície de metal como o produto da corrosão. O campo elétrico tem que ter força para contrariar o campo produzido pela reação de corrosão para

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2/8 garantir que os íons metálicos não sejam formados. Uma fonte do campo elétrico que se opõe à reação de corrosão pode ser uma corrente fornecida a partir da corrosão preferencial de um ânodo metálico com propriedades eletroquímicas diferentes no ambiente, e que tem uma reação anódica mais forte com o ambiente do que a estrutura marítima. Portanto, a corrente flui para a estrutura a partir do ânodo, que, por si, corrói progressivamente em preferência à estrutura. Essa técnica é conhecida como proteção catódica de ânodo sacrificial.

[004] Embora a proteção catódica de ânodo sacrificial funcione bem para a prevenção de corrosão do sistema de produção de poço, há alguns problemas com o sistema passivo. Os ânodos usados no sistema têm que ser posicionados apropriadamente e distribuídos pelo sistema de produção de poço, isto é, em vários componentes da Árvore de Natal, para garantir que um campo elétrico apropriado seja induzido pela reação eletro-química. A adição desses ânodos contribui imensamente para o peso da estrutura de árvore de natal. Ademais, os ânodos não são, em geral, operáveis através da vida do poço, a qual pode estar em produção por anos ou mais. Finalmente, as correntes podem afetar a eficácia do sistema sacrificial. Em conformidade, a condição dos ânodos tem que ser monitorada e ânodos que falham têm que ser periodicamente substituídos, o que pode ser difícil, dependendo do local dos ânodos.

Descrição Da Invenção

[005] É apresentado no presente documento um conjunto de poço submarino; em que, em uma realização, o conjunto de poço submarino inclui um cordão de alimentação fixado a uma fonte de alimentação. A fonte de alimentação pode ser em uma plataforma. Também está incluído um conector para conectar o cordão de alimentação a um receptáculo incluído no conjunto de poço submarino e um módulo de controle submarino que entrega energia e

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3/8 sinais de controle ao conjunto de poço submarino. Um módulo de proteção de corrente impresso é integrado ao módulo de controle submarino que recebe energia do cordão de alimentação. Em outra realização, o módulo de controle submarino inclui, ainda, um alimentador de força que tem um indutor disposto no mesmo; sendo que o alimentador de força recebe um sinal de corrente alternante do cordão de alimentação e entrega energia aos componentes no módulo de controle submarino. Também está incluído no módulo de controle submarino na realização alternativa um módulo eletrônico submarino que é alimentado pelo alimentador de força. O módulo eletrônico submarino monitora várias medições no conjunto de cabeça de poço, incluindo temperaturas e pressões de várias linhas hidráulicas e válvulas de controle direcional de acionamento para controlar um fluxo de fluido hidráulico através das linhas e válvulas do conj unto de poço e entregar energia ao módulo de proteção de corrente impresso. Ainda mais opcionalmente, o módulo de controle submarino inclui, ainda, um reservatório de fluido conectado às válvulas de controle direcional e uma bomba. Em uma realização, o reservatório de fluido fornece fluido hidráulico ao conjunto de cabeça de poço e inclui linhas de saída e linhas de retorno. O ânodo pode ser fabricado a partir de zinco. Alternativamente, ainda é incluída uma pluralidade de ânodos distribuída ao longo do fundo do mar. Em uma realização opcional, o módulo de proteção de corrente impresso também inclui um terminal positivo conectado ao ânodo e um terminal negativo que é conectado ao conjunto de cabeça de poço. Opcionalmente, o terminal negativo pode ser conectado ao alojamento do módulo de controle submarino. Em ainda outra realização alternativa, o módulo de proteção de corrente impresso inclui um transformador para ajustar a energia entregue ao ânodo e um conversor de CA para CC para converter uma tensão CA do transformador para uma tensão CC para entregar aos ânodos.

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4/8

Breve Descrição Dos Desenhos

[006] Para que a maneira em que as características e vantagens da invenção, assim como outras que se tornarão aparentes, possam ser compreendidas com mais detalhes, uma descrição mais particular da invenção brevemente resumida acima pode ser tida com referência às realizações da mesma, que são ilustradas nos desenhos em anexo, que formam uma parte desse relatório descritivo. Deve-se notar, entretanto, que os desenhos ilustram apenas várias realizações da invenção e não devem, portanto, ser considerados como limitadores do âmbito da invenção, já que pode incluir, também, outras realizações eficazes.

[007] A Figura 1 é um diagrama em bloco esquemático de um sistema de produção de poço submarino que emprega um sistema de proteção de corrente impresso, de acordo com uma realização da invenção.

[008] A Figura 2 é um diagrama de bloco de um módulo de controle submarino, sendo que o módulo de controle submarino inclui um sistema de proteção de corrente impresso, de acordo com uma realização da invenção.

[009] A Figura 3 é um diagrama de bloco de um sistema de proteção de corrente, de acordo com uma realização da invenção.

Descrição De Realizações Da Invenção

[010] A presente invenção será, agora, descrita mais completamente com referência aos desenhos acompanhantes, em que as realizações da invenção são mostradas. Essa invenção pode, entretanto, ser realizada de muitas formas diferentes e não deveria ser compreendida como limitada às realizações ilustradas apresentadas no presente documento; em vez disso, essas realizações são fornecidas para que essa descrição seja abrangente e completa e comunique completamente o âmbito da invenção para

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5/8 aqueles versados na técnica. Números similares referem-se a elementos similares.

[011] Um conjunto de poço submarino é descrito com referência à Figura 1. Conforme pode ser visto, o conjunto de poço submarino 10 é posicionado no fundo do mar 12, onde está conectado a uma plataforma 14 e estação de comando (não mostrada) através do cordão de alimentação 16. O conjunto de poço submarino 10 pode incluir uma árvore 18, um conjunto de cabeça de poço 20, um duto de produção 22, um módulo de controle submarino 24, e um módulo de proteção de corrente impresso 26 e ânodo de corrente impresso 28, de acordo com uma realização da invenção. Conforme um técnico no assunto constatará, o conjunto de poço submarino 10 pode incluir uma árvore 18, um conjunto de cabeça de poço 20, um duto de produção 22, um módulo de controle submarino 24 que são configurados de maneira convencional. Por exemplo, o conjunto de cabeça de poço 20 pode incluir um alojamento de cabeça de poço, um tambor de suspensor de tubulação, etc., que suporta a tubulação de produção no mesmo.

[012] A plataforma 14 pode ser de uma variedade de tipos e terá uma torre e guinchos de perfuração para a perfuração e operações de acabamento, e também pode ter uma estação controle local posicionada na mesma para monitorar a condição do conjunto de poço submarino e controlar o módulo de controle submarino 24. Uma linha de cordão de alimentação 16 se estende junto do mesmo, mas não está no interior do conjunto de poço submarino 10, e fornece energia elétrica e hidráulica. A linha de cordão de alimentação 16 compreende, sem uma jaqueta, uma pluralidade de fios condutores para conectar ao alojamento para controlar as várias funções do conjunto de poço submarino 10, e conectar à mesma com o uso de ROV. Por exemplo, um conector recíproco (não mostrado) pode tamponar em um membro de engate do conjunto de poço submarino 10. Em conformidade, o

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6/8 conjunto de poço submarino 10 tem um receptáculo (não mostrado) localizado em sua parede lateral que leva a vários componentes elétricos do módulo de controle submarino 24 localizados na árvore de produção 18. Em algumas configurações, o conector recíproco também pode ter um êmbolo que se estende para fora e engata de maneira vedada no conjunto submarino. Como um técnico no assunto constatará, embora não seja especificamente descrito no presente documento, tal mecanismo de conexão é conhecido na técnica.

[013] Um módulo de controle submarino 24 é disposto na árvore de produção. O módulo de controle submarino 24 é mostrado nas Figuras 2 e 3 e inclui controle elétricos e hidráulicos que incluem, de preferência, um reservatório de fluido 108 que fornece fluido hidráulico pressurizado mediante o recebimento de um sinal através do cordão de alimentação 16. A função do módulo de controle submarino inclui a operação convencional de acionadores de árvore de produção de retorno protegidos contra falha e o controle de válvulas no interior do poço, como válvulas de segurança; válvulas de choke de controle de fluxo, válvulas de desativação, válvulas dispersoras de manifolde, válvulas de injeção química, etc.; monitorar a pressão, temperatura e taxas defluxo dentro do poço, no manifolde e no interior da árvore de produção, e controlar o fluido hidráulico armazenado no reservatório de fluido 108. O cordão de alimentação 16 se estende até uma estação de controle [não mostrada] montada da plataforma 14.

[014] Conforme mostrado na Figura 2, o módulo de controle submarino (SCM) 24 compreende o módulo de proteção de corrente impresso 26, o módulo eletrônico submarino (SEM) 106, o reservatório de fluido 108, a bomba 110, o módulo de válvula de controle direcional (DCV) 111, e o ânodo 28. Conforme mostrado na figura 3, o módulo de proteção de corrente impresso 26 compreende a fonte de alimentação 302, que poderia ser, por exemplo, um transformador, um conversor de AC/DC, por exemplo, um retificador, e

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7/8 terminais positivo e negativo. O transformador recebe energia, por exemplo, do cordão de alimentação através do módulo eletrônico submarino, e o transformador é usado para aumentar ou diminuir a voltagem. Alternativamente, o módulo de proteção de corrente impresso 26 poderia receber energia de um alimentador de força (não mostrado) integrado ao módulo de controle submarino 24 para fornecer energia aos vários componentes. Conforme um técnico no assunto constatará, os transformadores podem ser usados para passar uma tensão CA de um circuito para o outro, para, por meio disso, atuar como uma fonte de alimentação para o segundo circuito. Nesse caso, o transformador passa uma tensão que é apropriada para criar um campo elétrico adequado no interior dos ânodos.

[015] O transformador passa uma tensão CA através de um conversor de CA para CC 304 como um retificador para fornecer aos terminais 306 tensão DC. Os terminais 306 consistem em um terminal positivo (conectado ao ânodo) e um terminal negativo, aterrissado, por exemplo, na cobertura do módulo de controle submarino, na cabeça de poço, na árvore e no manifolde, etc. o terminal positivo é conectado ao ânodo 28, que pode ser fabricado a partir de, por exemplo, zinco, magnésio, etc., e, junto com o ânodo negativo, completa o circuito de corrente impresso. Sendo assim, o sistema de proteção de corrente impresso da presente invenção pode ser usado com uma pluralidade de estruturas de poço e poços.

[016] Voltando à Figura 2, o módulo eletrônico submarino (SEM) 106 recebe um sinal de, por exemplo, um alimentador de força (não mostrado) para alimentar as funções do mesmo e pode converter, ainda, o sinal para um sinal digital para uso por alguns componentes eletrônicos do SEM 106, por exemplo, microcontroladores e outros dispositivos digitais. Dessa forma, o cordão de alimentação transmite ambos a energia e os sinais de controle da estação de controle para o conjunto de poço submarino. O SEM 106 monitora e

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8/8 controla o equipamento submarino, incluindo todos os sensores, válvulas e bombas externas e módulos DCV, conforme é convencionalmente conhecido na técnica. Conforme se pode ver, DCVs 111 operam na direção de SEM 106 para que o fluido hidráulico armazenado no reservatório de fluido 108 saia no interior do conjunto de poço submarino com o uso da bomba 110 para acionar o fluxo.

[017] Um exemplo de operação da realização da Figura 1 será agora descrito. Um ROV (não mostrado) conecta o cordão de alimentação ao conector recíproco (não mostrado). Isso leva o conector a avançar no engate vedado com o receptáculo no conjunto de poço submarino. O operador, então, fornece energia ao cordão de alimentação para fornecer energia CA e controlar os sinais para o SCM 24, que, por sua vez, alimenta o módulo de proteção de corrente impresso. Uma vez que a energia está ativada no módulo de proteção de corrente impresso, a corrente do ânodo 28 para o cátodo aterrado, ou conjunto de cabeça de poço, é usada para proteger o conjunto de cabeça de poço da corrosão.

[018] Nos desenhos e no relatório descritivo, foi descrita uma realização preferida típica da invenção e, embora termos específicos sejam empregados, os termos são usados em um sentido descritivo apenas e não para fins de limitação. A invenção foi descrita com detalhes consideráveis com referência específica a essas realizações ilustradas. Será aparente, entretanto, que várias modificações e mudanças podem ser feitas no escopo da invenção, conforme descrito no relatório descritivo anterior.

Claims

1. CONJUNTO DE POÇO SUBMARINO (10), que compreende:

uma cabeça de poço (20);

um cordão de alimentação (16) conectado a uma fonte de alimentação (302) em uma plataforma (14);

um conector para conectar o cordão de alimentação (16) a um receptáculo no conjunto de poço submarino (10);

um módulo de controle submarino (24) que entrega energia e sinais de controle para o conjunto de poço submarino (10);

pelo menos um ânodo posicionado para proteger o conjunto submarino contra corrosão;

um módulo de proteção de corrente impresso (26) integrado ao módulo de controle submarino (24), sendo que o módulo de proteção de corrente impresso (26) recebe energia do cordão de alimentação (16) para fornecer proteção catódica de corrente impressa ao conjunto de cabeça de poço (20);

caracterizado pelo módulo de proteção de corrente impresso (26) compreender, ainda:

terminais (306) positivo e negativo, sendo que o terminal positivo é conectado ao ânodo (28), e o terminal negativo é conectado ao conjunto de cabeça de poço (20).

2. CONJUNTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo módulo de controle submarino (24) incluir, ainda:

um alimentador de força que tem um indutor disposto no mesmo; sendo que o alimentador de força recebe o sinal de corrente alternante do cordão de alimentação (16) e é adaptado para entregar energia aos componentes no módulo de controle submarino (24); e

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2/3 um módulo eletrônico submarino (106), alimentado pelo alimentador de força, sendo que o módulo eletrônico submarino (106) monitora várias medições em um conjunto de cabeça de poço (20), incluindo temperaturas e pressões de várias linhas hidráulicas e válvulas de controle direcional (111) de acionamento para controlar um fluxo de fluido hidráulico através das linhas e válvulas do conjunto de poço (10) e entregar energia ao módulo de proteção de corrente impresso (26).

3. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo módulo de controle submarino (24) incluir, ainda:

um reservatório de fluido (108), conectado às válvulas de controle direcional (111) e uma bomba (110), sendo que o reservatório de fluido (108) fornece fluido hidráulico ao conjunto de cabeça de poço (20), o reservatório de fluido (108) tendo linhas de saída e linhas de retorno.

4. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por um ânodo (28) compreendido pelo conjunto de poço submarino (10) ser fabricado a partir de zinco.

5. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo ânodo (28) compreender uma pluralidade de ânodos distribuídos ao longo do fundo do mar.

6. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo terminal negativo ser conectado a um alojamento do módulo de controle submarino (24).

7. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo módulo de proteção de corrente impresso (26) compreender, ainda:

um transformador para ajustar a energia entregue ao ânodo (28),

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3/3 e

um conversor de CA em CC (304) para converter uma tensão CA do transformador em uma tensão CC para a entrega aos ânodos.