ES2936477T3 - Dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido en el espacio anular del pozo con clasificación de presión que es capaz de manejar la variación de presión dentro del espacio anular del pozo mediante la extracción o adición de fluido al espacio anular del pozo. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido anular de pozo incluye una unidad de expansión de fluido anular que contiene un fluido anular de pozo y un fluido de trabajo, la unidad de expansión de fluido anular incluye además una partición móvil que mantiene el fluido de trabajo y el fluido anular de pozo en cámaras separadas, un almacenamiento de fluido de trabajo tanque que almacena el fluido de trabajo, una válvula de control de presión ajustable que mantiene la presión del fluido de trabajo, una bomba de fluido de trabajo que alimenta y presuriza el fluido de trabajo desde el tanque de almacenamiento de fluido de trabajo hacia la unidad de expansión de fluido anular, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo

Antecedentes

Los pozos de producción submarinos se operan convencionalmente a través de tubos de metal agrupados junto con líneas de control y energía eléctrica que se denominan colectivamente un umbilical. Las umbilicales pueden costar más de un millón de dólares o más por milla. La instalación también puede ser costosa y debe realizarse con gran cuidado para evitar engarzar o dañar los tubos de metal. Los tubos también pueden tener una tendencia a ensuciarse o taponarse con el tiempo.

Los tubos de metal suministran productos químicos de producción para gestionar los problemas de fluidos de producción como asfaltenos, ceras, parafinas, deposición de incrustaciones, formación de hidratos, corrosión, etc. Típicamente, se necesita un tubo de metal para cada producto químico. Los tubos de metal también suministran fluidos de control hidráulico para operar de manera hidráulica un dispositivo, tal como una válvula o un estrangulador. Además, los tubos de metal proporcionan una función de ventilación de anillo de pozo, de modo que la presión acumulada en el anillo puede gestionarse durante un ciclo térmico (arranque y apagado) del pozo.

La umbilical conecta el pozo submarino a una instalación anfitriona de superficie. La instalación anfitriona, entre otras funciones, sirve de punto de almacenamiento para los productos químicos de producción y los fluidos de control hidráulico. La anfitriona también tiene bombas y otros equipos para proporcionar la presión necesaria para bombear los fluidos a través de la umbilical hasta el punto de necesidad en el pozo submarino. A medida que se extendieron las distancias de amarre submarino y las presiones requeridas en el punto de inyección continuaron aumentando, los costes de las umbilicales se han disparado en consecuencia.

El suministro de productos químicos y fluidos hidráulicos al pozo submarino puede ser proporcionado por un tanque de almacenamiento de líquido submarino y un sistema de inyección basado en bombas, tal como el descrito en la Patente de los Estados Unidos número 9,656,801. Un tal sistema es capaz de proporcionar tanto el suministro de producto químico de producción como los fluidos de control hidráulico retirando el producto químico necesario y/o los fluidos de control hidráulico de los tanques de almacenamiento locales submarinos de presión compensada, aumentando su presión e inyectando el líquido en los puntos de uso apropiados en o cerca a la boca de pozo. Sin embargo, tales sistemas no se han diseñado para realizar funciones de ventilación de anillo de pozo.

El documento WO2008/147217 A2, considerado un documento relevante de la técnica anterior, describe un procedimiento y un dispositivo para aliviar una presión dentro de una primera cavidad moviendo fluido a partir de una primera cavidad con una presión más baja, por ejemplo, un anillo, a una segunda cavidad con una presión más alta, por ejemplo, una línea de flujo, en una instalación submarina. El procedimiento comprende las etapas de permitir que el fluido dentro de la primera cavidad fluya a través de una primera línea hacia un acumulador de transferencia, luego presurizar el fluido dentro del acumulador de transferencia mediante una disposición de pistón y transferir el fluido a partir del acumulador de transferencia hacia la segunda cavidad.

Sumario

En un aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente memoria se refieren a un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal que es capaz de gestionar la variación de presión dentro de un anillo de pozo mediante el retiro o adición de fluido al anillo de pozo. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo incluye una unidad de expansión de fluido de anillo que contiene un fluido de anillo de pozo y un fluido de trabajo, en el que la unidad de expansión de fluido de anillo incluye además una partición móvil que mantiene el fluido de trabajo y el fluido de anillo de pozo en cámaras separadas de la unidad de expansión de fluido de anillo, un tanque de almacenamiento de fluido de trabajo que almacena el fluido de trabajo, una válvula de control de presión ajustable que mantiene una presión del fluido de trabajo, una bomba de fluido de trabajo que alimenta y presuriza el fluido de trabajo a partir del tanque de almacenamiento de fluido de trabajo hacia la unidad de expansión de fluido de anillo, una válvula de retención que permite el flujo de fluido de trabajo a partir del tanque de almacenamiento de fluido de trabajo hacia la unidad de expansión de fluido de anillo, y una línea de flujo para recibir y descargar fluido de anillo de pozo hacia y a partir de, respectivamente, la unidad de expansión de fluido de anillo.

En otro aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente memoria se refieren a un procedimiento para gestionar la presión de anillo de pozo utilizando un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal. El procedimiento incluye retirar de manera alternativa un fluido de anillo de pozo a partir de un dispositivo de almacenamiento de expansión y adicionar el fluido de anillo de pozo al dispositivo de almacenamiento de expansión, y de manera alternativa adicionar un fluido de trabajo al dispositivo de almacenamiento de expansión y retirar el fluido de trabajo a partir del dispositivo de almacenamiento de expansión. Cuando se retira el fluido de anillo de pozo se adiciona el fluido de trabajo, y cuando se adiciona el fluido de anillo de pozo se retira el fluido de trabajo. El procedimiento incluye además mantener el fluido de trabajo y el fluido de anillo de pozo en cámaras separadas de la unidad de expansión de fluido de anillo utilizando una partición móvil. El fluido de trabajo se almacena en un tanque de almacenamiento de fluido de trabajo. Una válvula de control de presión ajustable mantiene la presión del fluido de trabajo, y una bomba de fluido de trabajo presuriza y alimenta el fluido de trabajo en la unidad de expansión de fluido de anillo. El procedimiento incluye además recibir y descargar fluido de anillo de pozo hacia y a partir de, respectivamente, la unidad de expansión de fluido de anillo de pozo.

En otro aspecto, las realizaciones divulgadas en la presente memoria se refieren a un procedimiento para retirar o adicionar fluido a un anillo de pozo, utilizando un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo que tiene una unidad de expansión de fluido de anillo. El procedimiento incluye la conexión de manera fluida de la primera cámara de la unidad de expansión de fluido de anillo al árbol de Navidad submarino, y la conexión de manera fluida de la segunda cámara de la unidad de expansión de fluido de anillo al dispositivo de almacenamiento de fluido de trabajo. El procedimiento incluye además mantener una presión de punto de ajuste de fluido de trabajo dentro de la segunda cámara con una o más de la válvula de control de presión ajustable, la válvula de retención, o la bomba de fluido de trabajo, y variar un volumen de las cámaras primera y segunda a medida que el fluido de anillo de pozo se expande y contrae.

Otros aspectos y ventajas a parecerán a partir de la siguiente descripción y de las reivindicaciones adjuntas, las cuales definen realizaciones del dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal y el procedimiento para gestionar la presión de anillo de pozo utilizando un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una ilustración de una boca de pozo submarino y un árbol de Navidad.

La Figura 2 es una ilustración de un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria.

Descripción detallada

Una o más realizaciones de la presente memoria se refieren a un sistema y un procedimiento para mantener la presión de anillo de pozo sin necesidad de costosas líneas umbilicales de ventilación.

La función de ventilación del anillo de pozo es compleja, y todos los aspectos deben gestionarse de manera fiable. Los cambios de temperatura en los fluidos de anillo debidos a cambios en las condiciones del pozo, tales como el cerrado y la puesta en marcha, dan como resultado cambios de presión debidos a la expansión o contracción térmica de los fluidos de anillo en un volumen de anillo fijo. Como resultado, los fluidos de anillo deben expandirse dentro y fuera del anillo de pozo para gestionar la presión de anillo y garantizar que el anillo no esté sobrepresionado. Además, la contaminación por hidrocarburos del fluido de anillo puede ocurrir si la tubería de producción tiene fugas y sólidos como los hidratos que pueden obstruir el sistema.

En la Figura 1 se muestra de manera esquemática un árbol de Navidad submarino. Como se ilustra, el árbol de Navidad incluye un conjunto de válvulas y barreras que gestionan la producción segura de hidrocarburos a partir de los depósitos de pozo, lo que se conoce como fluido de producción. El anillo 101 primario de pozo es un volumen fijo situado fuera de la tubería 102 de producción y dentro del revestimiento 103 de producción del pozo. Este anillo primario se llena típicamente con un fluido de terminación que se expande cuando se calienta por la producción de hidrocarburos a partir del depósito. Dado que el anillo 101 primario es un volumen cerrado, esta expansión térmica de fluido de terminación da como resultado una presión de anillo excesiva, a menos que se ventile el volumen de expansión. De manera convencional, el tubo de ventilación de anillo dentro de una umbilical 104 proporciona un volumen para que el fluido de anillo se expanda y fluya fuera a medida que la temperatura fluctúa. Este volumen de expansión puede variar a partir de algunos decímetros cúbicos (unos pocos galones) hasta unos pocos metros cúbicos (varios barriles), dependiendo del volumen de anillo de pozo específico, el coeficiente de expansión del fluido de terminación, y el diferencial térmico máximo en el pozo. En algunos casos, el volumen de expansión puede ser de 4,77m3 (30 barriles) o más. Como un ejemplo, con un tubo de ventilación de anillo de 1,27 cm (media pulgada), este volumen puede llenar sustancialmente todo el volumen de un tubo de ventilación dentro de la umbilical 104 a partir de la válvula 105 de ala de anillo de árbol de Navidad de regreso a la instalación 106 anfitriona. Si se produce una fuga en la tubería 102 de producción y la producción está presurizando el anillo de pozo, el volumen de expansión se puede aislar utilizando la válvula 105 de ala de anillo de árbol de Navidad y la fuga de producción se ventila en la línea de flujo de producción utilizando la válvula 107 transversal del árbol de Navidad y el estrangulador de producción de pozo. Aunque el volumen de expansión puede variar en tamaño, los principios de operación del espacio de expansión son comunes.

De acuerdo con una o más realizaciones, en la presente memoria se divulga un sistema y un procedimiento para gestionar esta expansión de fluido de anillo sin la necesidad del complejo, y costoso, sistema de línea de ventilación de umbilical el cual se utiliza de manera convencional.

La Figura 2 ilustra un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de acuerdo con una o más realizaciones divulgadas en la presente memoria. Como se ilustra, el dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo es un conjunto modular el cual puede conducir a un despliegue y una recuperación eficientes a partir del fondo del mar con un ROV y una línea de elevación a partir de un barco de trabajo en la superficie del mar.

El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo puede estar fijado a la válvula 105 de ala de anillo de árbol de Navidad, sustituyendo al tubo de ventilación de anillo de umbilical, o además del tubo de ventilación de anillo de umbilical. El volumen de expansión 201 de fluido de anillo de pozo está contenido dentro de una primera cámara de una unidad 202 de expansión de fluido de anillo, y el volumen de fluido 204 de trabajo está contenido dentro de una segunda cámara de la unidad 202 de expansión de fluido de anillo. La primera cámara puede estar conectada de manera fluida al árbol de Navidad submarino utilizando la válvula 105 de ala de anillo de árbol de Navidad, y la segunda cámara puede estar conectada de manera fluida a un dispositivo 206 de almacenamiento de fluido de trabajo. El dispositivo 206 de almacenamiento de fluido de trabajo también puede tener una presión nominal para la profundidad de operación deseada. Se pueden proporcionar una o más líneas de flujo para recibir y descargar fluido de anillo de pozo hacia y a partir de, respectivamente, la unidad de expansión de fluido de anillo.

La unidad 202 de expansión de fluido de anillo puede ser un recipiente a presión de forma cilíndrica con un espesor de pared el cual puede mantener la rigidez bajo la presión de operación máxima permitida (MAOP) de alta presión del anillo de pozo. El volumen total de la unidad 202 de expansión de fluido de anillo puede ser de algunos decímetros cúbicos (unos pocos galones), menor que 1 metro cúbico (unos pocos barriles), o unos pocos metros cúbicos (varios barriles), dependiendo de las necesidades de volumen de expansión del anillo de pozo en particular. Un tal volumen puede ser de 11,36 dm3 (3 galones) a 7,95 m3 (50 barriles), tal como 18,93 dm3 (5 galones) a 2,38 m3 (15 barriles), tal como 37,85 dm3 (10 galones) a 317,97 dm3 (2 barriles), y tal como 113,56 dm3(30 galones) a 238,48 dm3 (1,5 barriles).

Dentro de este espacio de expansión se puede disponer una partición móvil. Una tal partición móvil puede ser un pistón de separación de fluido (“pistón”) 203 el cual puede utilizarse para mantener el fluido 201 de anillo de pozo y un fluido 204 de trabajo en cámaras separadas de la unidad de expansión de fluido de anillo. El fluido 204 de trabajo será típicamente un inhibidor de hidratos, tal como metanol o monoetilenglicol u otro fluido para evitar la formación de hidratos. De manera alternativa, el fluido de trabajo puede ser un fluido de evaporación/condensación que se evapora a una temperatura de lecho marino de 2 °C a 6 °C.

La unidad 202 de expansión de fluido de anillo puede tener un primer extremo en el lado que contiene el fluido 204 de trabajo y un segundo extremo situado en el lado que contiene el fluido 201 de anillo de pozo. El pistón 203 puede utilizarse para sellar la unidad 202 de expansión de fluido de anillo si el pistón 203 alcanza el primer o el segundo extremo de la unidad 202 de expansión de fluido de anillo. Esto puede permitir que el pistón 203 actúe como una válvula de cierre en los casos en que el volumen de fluido de anillo exceda las condiciones seguras de operación.

En una o más realizaciones, en lugar de un pistón 203, el fluido 201 de anillo puede estar separado del fluido 204 de trabajo por una vejiga flexible, como la partición móvil. Cuando se utiliza una vejiga flexible, la unidad 202 de expansión de fluido de anillo puede tener una primera válvula situada en el lado que contiene el fluido 204 de trabajo y una segunda válvula situada en el lado que contiene el fluido 201 de anillo de pozo. Las válvulas primera y segunda pueden utilizarse para cerrar la unidad 202 de expansión de fluido de anillo cuando la vejiga flexible alcanza un volumen máximo o mínimo para el fluido de anillo de pozo. Tal volumen puede ser sustancialmente el volumen de la unidad 202 de expansión de fluido de anillo.

En una o más realizaciones, en lugar de un pistón 203, el fluido 201 de anillo puede estar separado del fluido 204 de trabajo por un sello de resorte, como la partición móvil. El sello de resorte también puede utilizarse para sellar la unidad 202 de expansión de fluido de anillo si el sello de resorte alcanza el primer o el segundo extremo de la unidad 202 de expansión de fluido de anillo. El pistón, la vejiga flexible, o el sello de resorte pueden permitir que el volumen de la primera y la segunda cámaras fluctúe respectivamente.

El fluido de trabajo puede ser controlado a presión de manera remota por una válvula 205 de control de presión ajustable la cual puede mantener un intervalo de presión deseado del fluido de trabajo en el dispositivo de expansión de fluido de anillo, y en el anillo de pozo a medida que el fluido de anillo se expande. La válvula 205 de control de presión ajustable puede ventilar el fluido de trabajo hacia el tanque 206 de almacenamiento de fluido de trabajo para mantener la presión de anillo deseada. Cuando el fluido de trabajo está siendo bombeado a partir del tanque 206 de almacenamiento de fluido de trabajo a la unidad 202 de expansión de fluido de anillo, la válvula 205 de control de presión ajustable puede ser cerrada de manera remota.

En una o más realizaciones, una válvula 207 de retención puede permitir el flujo de fluido de trabajo, hasta el volumen de expansión, a partir del tanque 206 de almacenamiento de fluido de trabajo a la unidad 202 de expansión de fluido de anillo. La válvula de retención puede utilizarse para regresar el fluido de anillo al espacio de anillo de pozo durante el enfriamiento cuando el fluido de anillo se contrae. La válvula 207 de retención puede proporcionar flujo a partir del tanque 206 de almacenamiento de fluido de trabajo cuando la presión de anillo está ligeramente por debajo de la presión hidrostática. En operaciones normales, la presión de anillo puede mantenerse a una presión diferencial por encima de la presión hidrostática. La clasificación MAOP de la unidad 202 de expansión de fluido de anillo puede ser compatible con la presión de cierre de la boca de pozo (presión máxima de pozo). Además, la boca de pozo y el árbol de Navidad pueden proporcionar el control primario de pozo y esta MAOP alta puede proporcionar una medida adicional de contingencia de gestión de alta presión.

Se puede utilizar una bomba 208 de fluido de trabajo para aumentar la presión de fluido de anillo. La bomba 208 de fluido de trabajo también puede utilizarse para alimentar el fluido de trabajo a partir del tanque 206 de almacenamiento de fluido de trabajo a la unidad 202 de expansión de fluido de anillo.

El tanque 206 de almacenamiento de fluido de trabajo puede ser similar a los tanques de almacenamiento de fluido descritos en la Patente de los Estados Unidos 9,079,639B2.

Un tal tanque de almacenamiento de fluido puede incluir un contenedor exterior y al menos dos contenedores interiores. El contenedor exterior puede ser rígido, a la vez que los contenedores interiores pueden ser flexibles. Por ejemplo, los contenedores interiores pueden ser vejigas fabricadas con materiales flexibles y duraderos adecuados para almacenar líquidos en un entorno submarino, tales como tejidos recubiertos de cloruro de polivinilo (“PVC”), tejidos recubiertos de etilvinilacetato (“EVA”), u otros composites de polímeros. Los contenedores interiores pueden incluir un primer contenedor interior que contenga agua de mar y un segundo contenedor interior que contenga al menos un líquido almacenado. Los contenedores interiores se pueden equilibrar por presión, de tal manera que, cuando se adicione o retire líquido almacenado a partir del segundo contenedor interior, salga o entre un volumen correspondiente de agua de mar a partir del primer contenedor interior. La monitorización de las condiciones en el espacio entre las barreras duales, tal como se describe más adelante, puede proporcionar una indicación de las reparaciones necesarias en caso de fallo de una barrera primaria (un contenedor interior). Además, se pueden incluir características de seguridad integrales en el tanque de almacenamiento para evitar daños en el sistema del tanque en caso de que éste se vacíe o se llene en exceso.

El contenedor exterior puede tener cualquier forma y estar hecho de cualquier material. Por ejemplo, el contenedor exterior puede ser de construcción metálica e integrarse dentro de una estructura mayor. Además, el contenedor exterior puede tener un tamaño lo suficientemente grande como para contener al menos dos contenedores interiores. Por ejemplo, un contenedor exterior puede ser lo suficientemente grande como para contener dos o más contenedores interiores flexibles que son capaces de almacenar una cantidad de líquido suficiente para su uso durante un largo periodo de tiempo, tal como por ejemplo entre operaciones de reabastecimiento. Además, dos o más contenedores exteriores rígidos pueden conectarse entre sí para formar parte de una estructura de múltiples unidades. Por ejemplo, una barcaza que tiene múltiples bodegas separadas puede formar una estructura de múltiples unidades, en la que cada bodega forma un contenedor exterior rígido conectado entre sí.

Además, el volumen del contenedor exterior permanece fijo, y los volúmenes de los al menos dos contenedores interiores son variables. Por ejemplo, a la vez que el líquido almacenado puede adicionarse o retirarse del segundo contenedor interior a través de una abertura controlada (y aumentar o disminuir el volumen respectivo del segundo contenedor interior) y un volumen correspondiente de agua de mar puede salir o entrar del primer contenedor interior a través de una abertura controlada (y disminuir o aumentar el volumen respectivo del primer contenedor interior), el tamaño y el volumen del contenedor exterior rígido permanecen fijos.

Al menos un contenedor interior puede llenarse con un líquido que incluya al menos uno de productos químicos, combustible, hidrocarburos, barro, y lodo. Tal como se utiliza en la presente memoria, un “ líquido almacenado” o un “ líquido” puede referirse a líquidos distintos del agua de mar o los gases. Por ejemplo, los diversos líquidos o gases que pueden ser almacenados en al menos un contenedor interior pueden incluir productos químicos que se espera se utilicen en la producción submarina, tales como metanol, glicol, gasóleo, petróleo, inhibidores de hidratos antiaglomerantes, inhibidores de hidratos de baja dosificación, desechos, barro, lodo y muchos otros posibles líquidos o gases. Además, los líquidos que pueden ser almacenados en el(los) contenedor(es) interior(es) flexible(s) puede(n) incluir aquellos capaces de funcionar a presión hidrostática en aguas profundas (hasta 345 MPa (5.000 psi)) y a temperaturas frías en aguas profundas (~1 °C (~34 °F.)), a la vez que se mantiene la flexibilidad del contenedor interior.

Un tanque de almacenamiento puede tener la forma de una barcaza u otro buque marítimo con una bodega de carga interna que contenga al menos dos contenedores interiores flexibles. El tanque de almacenamiento puede incluir un arco para remolque y/o paredes de doble cara para minimizar las consecuencias si se produce una colisión durante el remolque. Las paredes de doble cara de un tanque de almacenamiento también pueden utilizarse para la flotabilidad al hacer flotar el tanque de almacenamiento durante el remolque y el tránsito, el cual posteriormente puede inundarse cuando el tanque está totalmente sumergido. Además, en algunas realizaciones, un tanque de almacenamiento con forma de buque marítimo puede subdividirse en compartimentos más pequeños para contener y segregar múltiples contenedores interiores flexibles llenos con al menos un tipo de producto químico o para un mayor volumen de almacenamiento de productos químicos.

Se pueden utilizar sensores en el tanque de almacenamiento, por ejemplo, para monitorizar la contaminación del fluido barrera, como se ha discutido anteriormente, para monitorizar los volúmenes de los al menos dos contenedores interiores, para monitorizar las condiciones de temperatura y/o presión, o para monitorizar otras condiciones del tanque de almacenamiento.

De acuerdo con una o más realizaciones, también se pueden utilizar una serie de sensores (temperatura, presión, indicador de posición del pistón, etc.) para monitorizar las condiciones del dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo. Además, el dispositivo de expansión de fluido de anillo de pozo puede estar equipado con tuberías y compartimentos para alojar y proteger la bomba 208 de fluido de trabajo y los componentes del medidor que dirigen el fluido de trabajo (u otro líquido distinto del agua de mar) a través de mangueras o tubos de alta presión hasta la unidad 202 de expansión de fluido de anillo.

Dependiendo de la presión de operación de fluido de trabajo, de la presión de operación de fluido de anillo, y de la aplicación, tanto la tubería como la bomba pueden ser del tamaño adecuado, o si el fluido de trabajo se encuentra en un entorno subhidrostático, entonces también se puede utilizar una válvula de estrangulación y un sistema de medición. Una cápsula de control puede controlar la bomba y monitorizar cualquiera de los sensores que monitorean la operación del tanque de almacenamiento y el sistema de medición.

El dispositivo de almacenamiento de expansión de anillo de pozo también puede incluir una serie de componentes hidráulicos, componentes eléctricos, y redundancias de control y copias de seguridad las cuales no se ilustran de manera esquemática. Por ejemplo, múltiples unidades de expansión de fluido de anillo pueden agruparse en paralelo para proporcionar un mayor volumen de expansión. En algunas realizaciones se pueden colocar múltiples unidades de expansión de fluido de anillo en paralelo para proporcionar redundancia en caso de una fuga del fluido de anillo. Además, se pueden utilizar múltiples tanques de almacenamiento de fluido de trabajo para aumentar el volumen total de fluido de trabajo, reducir el volumen contenido en cualquier tanque, o ambos.

En una o más realizaciones, la presión del fluido de trabajo puede lograrse utilizando un conjunto de cilindros o acumuladores externos de almacenamiento de gas conectados a la unidad de expansión de fluido de anillo. Estos tanques pueden realizar la misma función que la bomba de fluido de trabajo.

Con el fin de inhibir la formación de hidratos, el dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo puede estar equipado con un calentador eléctrico. El calentador puede proporcionar los requisitos de calentamiento necesarios para evitar la formación de hidratos dentro del fluido de anillo en la unidad de expansión de fluido de anillo.

De manera alternativa, o además del calentador eléctrico, el dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo puede tener una capa aislante. Una tal capa aislante puede utilizar el calor de un fluido de producción de pozo para calentar el fluido de anillo en la unidad de expansión de fluido de anillo y reducir la formación de hidratos.

Además, el dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo puede tener una línea de flujo que conecta el árbol de Navidad a la unidad de expansión de fluido de anillo. Se puede inyectar un producto químico inhibidor de hidratos en la unidad de expansión de fluido de anillo inyectando el producto químico a través de la línea de flujo. Para reducir la formación de hidratos se puede utilizar cualquiera de: un calentador eléctrico, una capa aislante, y un producto químico inhibidor de hidratos.

De acuerdo con una o más realizaciones divulgadas en la presente memoria es un procedimiento para gestionar la presión de anillo de pozo utilizando un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal situado próximo a una boca de pozo submarino o árbol de Navidad. El fluido de trabajo y el fluido de anillo de pozo se retiran de manera alternativa y se adicionan de manera alternativa al dispositivo de expansión de fluido de anillo de pozo. En tales realizaciones, cuando se retira el fluido de anillo de pozo, se adiciona el fluido de trabajo, y cuando se adiciona el fluido de anillo de pozo se retira el fluido de trabajo.

En una o más realizaciones, el fluido de anillo puede separarse del fluido de trabajo con un pistón, una vejiga flexible, o un sello de resorte. El fluido de trabajo se puede almacenar en un tanque de almacenamiento de fluido de trabajo y la presión del fluido de anillo de pozo se puede mantener dentro del anillo de pozo con una válvula de control de presión ajustable, y presurizarse con una bomba de fluido de trabajo.

De manera similar a la de un tubo de ventilación de anillo umbilical convencional, si existe una fuga en la tubería de fondo de pozo y el fluido de producción está presurizando el anillo de pozo, el volumen de expansión puede aislarse utilizando la válvula 105 de ala de anillo de árbol de Navidad y la fuga de fluido de producción puede ventilarse hacia la línea de flujo de producción utilizando la válvula 107 transversal del árbol de Navidad (Figura 1) y el estrangulador de producción de pozo.

De acuerdo con las realizaciones divulgadas en la presente memoria, el dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo puede tener la forma de una barcaza u otro buque marítimo con una bodega de carga interna que contenga los tanques de almacenamiento, las bombas, y otros equipos. En algunas situaciones, los diseños descritos anteriormente pueden instalarse en el propio anillo, debajo del colgador de la tubería, en lugar de fuera de la boca de pozo. Los diseños instalados en el anillo pueden ser unidades múltiples para lograr la capacidad de expansión de volumen deseada. En las realizaciones en las que el dispositivo de expansión de fluido de anillo de pozo se instala dentro del anillo, el dispositivo puede encerrar un volumen en el espacio de anillo el cual es lo suficientemente grande como para contener el volumen total de expansión del fluido de anillo.

A la vez que la divulgación incluye un número limitado de realizaciones, los expertos en la técnica, que tienen beneficio de esta divulgación, apreciarán que otras realizaciones pueden ser ideadas las cuales no se aparten del ámbito de la presente divulgación. En consecuencia, el ámbito debe estar limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal que es capaz de gestionar una variación de presión de un anillo de pozo mediante el retiro o adición de fluido al anillo de pozo, comprendiendo el dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo:

una unidad (202) de expansión de fluido de anillo que contiene un fluido (201) de anillo de pozo y un fluido (204) de trabajo, en la que la unidad (202) de expansión de fluido de anillo comprende además una partición móvil que mantiene el fluido (204) de trabajo y el fluido (201) de anillo de pozo en cámaras separadas de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo;

un tanque (206) de almacenamiento de fluido de trabajo que contiene el fluido (204) de trabajo;

una válvula (205) de control de presión ajustable configurada para mantener una presión del fluido (204) de trabajo;

una bomba (208) de fluido de trabajo configurada para alimentar el fluido (204) de trabajo presurizado a partir del tanque (206) de almacenamiento de fluido de trabajo en la unidad (202) de expansión de fluido de anillo; una válvula (207) de retención configurada para permitir el flujo de fluido (204) de trabajo a partir del tanque (206) de almacenamiento de fluido de trabajo a la unidad (202) de expansión de fluido de anillo; y una línea de flujo para recibir y descargar fluido (201) de anillo de pozo hacia y a partir de, respectivamente, la unidad (202) de expansión de fluido de anillo.

2. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, en el que la partición móvil comprende además un pistón (203) que separa el fluido (201) de anillo de pozo del fluido (204) de trabajo.

3. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 2, en el que la unidad (202) de expansión de fluido de anillo comprende un primer extremo próximo a un lado de fluido de trabajo y un segundo extremo próximo a un lado de fluido de anillo de pozo, en el que el pistón (203) sella la unidad (202) de expansión de fluido de anillo si el pistón (203) alcanza el primer o el segundo extremo de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo.

4. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, en el que la partición móvil comprende además una vejiga flexible que separa el fluido (201) de anillo de pozo del fluido (204) de trabajo.

5. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 4, en el que la unidad (202) de expansión de fluido de anillo comprende una primera válvula próxima a un lado de fluido de trabajo y una segunda válvula próxima a un lado de fluido de anillo de pozo, en el que la primera y segunda válvulas están configuradas para cerrarse cuando la vejiga flexible alcanza un volumen máximo o mínimo para el fluido (201) de anillo de pozo

6. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, en el que la partición móvil comprende además un sello de resorte que separa el fluido (201) de anillo de pozo del fluido (204) de trabajo.

7. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 6, en el que la unidad (202) de expansión de fluido de anillo comprende un primer extremo próximo a un lado de fluido de trabajo y un segundo extremo próximo a un lado de fluido de anillo de pozo, en el que el sello de resorte sella la unidad (202) de expansión de fluido de anillo si el pistón (203) alcanza el primer o el segundo extremo de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo.

8. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, que comprende además un calentador eléctrico configurado para reducir la formación de hidratos.

9. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, que comprende además una capa aislada configurada para utilizar calor a partir de un fluido de producción de pozo para reducir la formación de hidratos.

10. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, que comprende además una línea de flujo que conecta una boca de pozo submarino a la unidad (202) de expansión de fluido de anillo, en el que se inyecta un producto químico inhibidor de hidratos en la unidad (202) de expansión de fluido de anillo mediante el enrutamiento de la inyección de producto químico a través de la línea de flujo.

11. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, en el que el fluido (204) de trabajo es uno o más de metanol y monoetilenglicol u otro fluido para evitar la formación de hidratos.

12. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, en el que el fluido (204) de trabajo es un fluido de evaporación/condensación que se evapora a una temperatura de lecho marino de 2 °C a 6 °C.

13. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, que comprende además dos o más unidades (202) de expansión de fluido de anillo operadas en paralelo para proporcionar un volumen de expansión aumentado.

14. El dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal de la reivindicación 1, en el que:

el tanque (206) de almacenamiento de fluido de trabajo comprende un volumen interno que contiene el fluido (204) de trabajo,

las cámaras separadas de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo comprenden:

una primera cámara conectada de manera fluida a un árbol de Navidad submarino; y una segunda cámara conectada de manera fluida al tanque (206) de almacenamiento de fluido de trabajo, y

la partición móvil comprende un pistón (203), una vejiga, o un sello de resorte que separa las cámaras primera y segunda, y está configurada para permitir que un volumen de las cámaras primera y

segunda fluctúe respectivamente.

15. Un procedimiento para gestionar la presión de anillo de pozo utilizando un dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de presión nominal que tiene una unidad (202) de expansión de fluido de anillo, comprendiendo el procedimiento:

retirar de manera alternativa un fluido (201) de anillo de pozo a partir de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo y adicionar el fluido (201) de anillo de pozo a la unidad de expansión de fluido de anillo; adicionar de manera alternativa un fluido (204) de trabajo a la unidad (202) de expansión de fluido de anillo y retirar el fluido (204) de trabajo a partir de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo; en el que cuando se retira el fluido (201) de anillo de pozo se adiciona el fluido (204) de trabajo, y cuando se adiciona el fluido (201) de anillo de pozo se retira el fluido (204) de trabajo;

mantener el fluido (204) de trabajo y el fluido (201) de anillo de pozo en cámaras separadas de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo utilizando una partición móvil;

almacenar el fluido (204) de trabajo en un tanque (206) de almacenamiento de fluido de trabajo; mantener la presión del fluido (204) de trabajo con una válvula (205) de control de presión ajustable; presurizar el fluido (204) de trabajo con una bomba (208) de fluido de trabajo y alimentar el fluido (204) de trabajo presurizado en la unidad (202) de expansión de fluido de anillo; y

recibir y descargar fluido (201) de anillo de pozo hacia y a partir de, respectivamente, la unidad (202) de expansión de fluido de anillo.

16. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además sellar la unidad (202) de expansión de fluido de anillo cuando la partición móvil alcanza un primer extremo próximo a un lado de fluido de trabajo o un segundo extremo próximo a un lado de fluido de anillo de pozo.

17. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además calentar el fluido de anillo con un calentador eléctrico, reduciendo la formación de hidratos.

18. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además calentar una capa aislada utilizando calor a partir de un fluido de producción de pozo, reduciendo la formación de hidratos.

19. El procedimiento de la reivindicación 15, que inyecta además un producto químico inhibidor de hidratos en la unidad (202) de expansión de fluido de anillo a partir de una boca de pozo submarino a través de una línea de flujo.

20. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además operar dos o más unidades (202) de expansión de fluido de anillo operadas en paralelo para proporcionar un volumen de expansión aumentado.

21. Un procedimiento para retirar o adicionar fluido a un anillo de pozo, utilizando el dispositivo de almacenamiento de expansión de fluido de anillo de pozo de la reivindicación 14, comprendiendo el procedimiento:

conectar de manera fluida la primera cámara de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo al árbol de Navidad submarino;

conectar de manera fluida la segunda cámara de la unidad (202) de expansión de fluido de anillo al tanque (206) de almacenamiento de fluido de trabajo;

mantener una presión de punto de ajuste del fluido de trabajo dentro de la segunda cámara con una o más de la válvula (205) de control de presión ajustable, la válvula (207) de retención, o la bomba (208) de fluido de trabajo; y

variar un volumen de las cámaras primera y segunda a medida que el fluido (201) de anillo de pozo se expande y contrae.