ITMI20111782A1 - Metodo per fermare o almeno ridurre il rilascio incontrollato di idrocarburi da un pozzo per l'estrazione di idrocarburi - Google Patents

Description

“METODO PER FERMARE O ALMENO RIDURRE IL RILASCIO INCONTROLLATO DI IDROCARBURI DA UN POZZO PER

L’ESTRAZIONE DI IDROCARBURI"

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La presente domanda riguarda un procedimento per fermare o almeno ridurre il rilascio incontrollato di idrocarburi da un pozzo per l’estrazione di idrocarburi.

Pur potendo essere tale procedimento applicabile soprattutto ai pozzi sottomarini, “offshore†, ma può essere utilizzato anche per quelli a terra, “onshore†.

Il costante aumento della domanda mondiale di idrocarburi fluidi ha portato a una crescente attività nell’esplorazione e produzione sottomarina.

L’ambiente sottomarino, oltre a rendere la produzione più difficoltosa, porta a un aumentato rischio di danno ambientale nel caso di eventi di blowout ossia di rilascio incontrollato dai pozzi di estrazione di idrocarburi, e/o di altre perdite incontrollate di idrocarburi nel mare, ad esempio, in conseguenza di fratture di condotte sottomarine.

Tali eventi, seppur rari, risultano non solo una perdita in termini energetici, ma possono avere conseguenze gravissime in termini di sicurezza del personale, di inquinamento ambientale e di costi di ripristino del pozzo.

Nell’ambito di perforazioni sottomarine i pozzi vengono mantenuti sotto controllo mediante una colonna di fango che fornisce un carico idrostatico sufficiente a mantenere la differenza di pressione tra il pozzo e la pressione esterna a valori controllati.

Tale colonna di fango, nota anche come barriera primaria di controllo del pozzo, à ̈ presente sia all’interno del pozzo sia in un tubo chiamato riser che collega l’impianto di perforazione al fondo del mare.

Inoltre, a fondo mare, in corrispondenza delle teste dei pozzi, sono in genere previsti dei dispositivi di controllo secondario del pozzo, denominati blowout preventer o BOP, che fungono da valvole e possono chiudere il pozzo in caso di fuoriuscite incontrollate di fluidi dal pozzo stesso.

Ad esempio, in caso di rottura del riser con conseguente perdita di carico statico della colonna di fango presente nel riser, che à ̈ tipicamente superiore al carico statico dovuto alla profondità marina, i BOP vengono chiusi. Tale operazione previene l’entrata in condizione di blowout del pozzo.

In rari casi, generalmente dovuti ad eventi naturali eccezionali, quali ad esempio un solitone, può avere luogo la rimozione accidentale sia del riser sia dei BOP installati a fondo mare, rendendo impossibile evitare che il pozzo entri in condizione di blowout.

Analogamente incidenti di blowout possono accadere anche prima dell’installazione dei BOP.

Ad oggi, in caso di blowout di un pozzo sottomarino à ̈ possibile utilizzare diverse tecniche di recupero del controllo del pozzo, quali ad esempio il bridging, il capping, la realizzazione di un pozzo di sfogo o relief well e l’estinzione o killing.

Il bridging à ̈ un evento non controllabile, trattandosi del crollo spontaneo del pozzo in blowout che generalmente avviene in presenza di ampie sezioni di foro scoperto.

Il capping à ̈ una tecnica di chiusura con valvola molto utilizzata nei blowout terrestri, ma di difficile applicazione sottomarina, soprattutto ad alte profondità.

La realizzazione di un relief well à ̈ la tecnica più sicura e più utilizzata al momento, ma comporta tempi molto lunghi, nell’ordine dei mesi, e costi estremamente elevati.

L’intervento di estinzione o killing consiste nell’inserimento di un’apposita stringa di aste per l’estensione (killing string) all’interno di un pozzo di blowout, la quale permette di applicare tecniche di estinzione o killing convenzionali quali la circolazione di fango pesante, la chiusura mediante otturatori o paker gonfiabili, e così via. Tale metodo à ̈ oggi impiegabile solo in caso di blowout di pozzi in bassi fondali, ossia minori di 1000 m, che presentano sia la possibilità di avere discrete condizioni di visibilità sottomarina sia la possibilità di movimentare abbastanza agevolmente la stringa di estinzione mediante l’impianto di perforazione.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ridurre i tempi dell’operazione per fermare il blowout (pochi giorni contro le settimane/mesi necessarie con le tecniche correnti), ovviando anche agli eventuali inconvenienti sopra menzionati, grazie all’iniezione nel pozzo di solidi ad alta densità di dimensioni opportune.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di assicurare la chiusura al fondo del pozzo: applicabile quindi anche ai casi in cui l’integrità del pozzo non permette né la chiusura alla testa né il killing del pozzo pompando fango dal BOP.

Il procedimento, oggetto della presente invenzione, per fermare o almeno ridurre il rilascio incontrollato di idrocarburi da un pozzo per l’estrazione di idrocarburi comprende l’immettere in fondo al pozzo, attraverso adatta linea, solidi ad alta densità, preferibilmente a densità maggiore di 7.000 kg/m<3>, più preferibilmente maggiore di 10.000 kg/m<3>, aventi forma poliedrica, sferoidale, ellissoidale o paraboloidale, regolare o irregolare, essendo la dimensione minore maggiore di 1 mm, preferibilmente maggiore di 2,5 mm, e la dimensione maggiore minore di 100 mm, preferibilmente minore di 50 mm, in modo che detti solidi immessi si accumulino con impaccamento casuale in fondo al pozzo formando una colonna la quale blocchi totalmente o almeno parzialmente il rilascio incontrollato di detti idrocarburi.

I solidi devono essere costituiti o contenere un materiale che permetta di avere una elevata densità in modo da garantirne l’affondamento anche in condizioni di altissime portate di blowout: fra i materiali utilizzzabili il piombo o il tungsteno sono quelli consigliati.

La forma dei solidi immessi à ̈ preferibilmente sferoidale, scelta più preferibilmente fra le sfere, gli sferoidi oblati (sfere schiacciate) e gli sferoidi prolati (sfere oblunghe), o poliedrica, scelta preferibilmente fra i cubi ed i cilindri.

Nel caso sia di sfere sia di cubi la dimensione minore e la dimensione maggiore ovviamente coincidono per cui gli intervalli preferiti si devono intendere come valori minimi e massimi della stessa dimensione.

Almeno parte dei solidi immessi possono essere ricoperti o contenere un materiale rigonfiante a contatto con i liquidi rilasciati durante il blow-out, idrocarburi o acqua a seconda delle circostanze, scelto preferibilmente fra un polimero o una resina.

In tal caso, la densità del solido ricoperto dal materiale rigonfiante o contenente il materiale rigonfiante à ̈ preferibilmente maggiore di 7000 kg/m<3>e la densità del materiale che costituisce il solido ricoperto, senza il materiale rigonfiante, à ̈ maggiore di 10.000 kg/m<3>.

Scopo di detto materiale rigonfiante à ̈ quello di colmare per espansione i vuoti lasciati liberi dai solidi durante l’impaccamento spontaneo e, in tal modo, di arrestare o ridurre apprezzabilmente il flusso incontrollato di idrocarburi dal pozzo.

Tali solidi ricoperti di polimero o resina rigonfiante possono essere realizzati in diversi modi, fra cui:

• ricoprire solidi singoli con uno strato di polimero fuso o il forma di lattice, successivamente essiccato;

• ricoprire solidi singoli con un materiale rigonfiante granulare opportunamente incollato alla superficie del solido stesso;

• realizzare palline o altre forme di polimero o resina rigonfiante e riempirle con una o più solidi in modo tale da appesantirle. La soluzione alternativa ai solidi ricoperti, cioà ̈ i solidi contenenti materiale rigonfiante, può essere ad esempio realizzata attraverso gusci o forme simili che, alla temperatura di fondo pozzo, si aprano liberando un opportuno polimero che, polimerizzando o rigonfiando, occluda gli spazi fra i solidi stessi.

La resina o polimero rigonfiante à ̈ preferibilmente scelto tra quelli sensibili alla presenza di idrocarburi. Il rigonfiamento volumetrico della resina o del polimero può variare preferibilmente fra il 50 e l’8000 %, a seconda del prodotto utilizzato e dello spessore applicato. Tali prodotti sono commercialmente disponibili e rappresentano arte nota, così come le tecniche di applicazione ai solidi (quali sfere o biglie, …).

Il rapporto solidi immessi né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante /solidi immessi ricoperti o contenenti materiale rigonfiante à ̈ scelto preferibilmente fra 5/1 e 1/5.

La superficie dei solidi può essere liscia o rugosa in funzione delle esigenze di ricoprimento o della disponibilità.

Il metodo in accordo alla presente invenzione può essere effettuato su qualsiasi tipo di pozzo per l’estrazione di idrocarburi, in particolare su pozzi sottomarini in cui sono preferibilmente presenti dispositivi di controllo secondario del pozzo, i “blowout preventer†(BOP).

La adatta linea di immissione per immettere in fondo al pozzo sottomarino i solidi dovrebbe preferibilmente collegare la piattaforma (floater) del pozzo sottomarino al BOP in fondo al pozzo: tale linea può essere:

• una linea di servizio presente nel pozzo sottomarino

• una nuova linea appositamente costruita.

• lo stesso casing.

Nella linea o condotto di immissione dei solidi può essere eventualmente pompato un liquido, preferibilmente contenente acqua, eventualmente acqua viscosizzata con l’aggiunta di un polimero viscosizzante, ad esempio carbossimetil cellulosa o xantan gum nelle concentrazioni note nella formulazione quali fluidi di perforazione , a velocità sufficiente da garantire il trasporto dei solidi anche in sezioni di condotta orizzontali o in debole risalita. Una volta arrivato in pozzo, il liquido iniettato viene trasportato verso l’alto dai fluidi di blowout.

I solidi possono essere inseriti nel condotto di iniezione, in uscita dalle pompe, con semplici dispositivi già esistenti, eventualmente ottimizzati al fine di rendere automatico il lancio di detti solidi ad una frequenza preferita di almeno un solido al secondo, così da ridurre il tempo necessario all’arresto del blowout.

Come dispositivi di lancio, per esempio, si possono usare o adattare quelli per iniettare in pozzo le “ball sealers†(palline di plastica, pompate con l’acido, che migliorano l’efficacia della stimolazione). Le caratteristiche del pozzo e del flusso determinano i parametri dell’intervento: altezza, colonna, numero e pezzatura dei solidi, tipo di polimero e spessore, opportuna alternanza solidi senza materiale rigonfiante solidi ricoperti o contenenti materiale rigonfiante (alternanza necessaria per evitare che, in assenza di un peso soprastante, i solidi rigonfiati galleggino e risalgano in colonna), viscosità e portata del liquido di trasporto (acqua di mare).

Dai calcoli risulta che, anche in assenza di polimero rigonfiante o in caso di inefficacia dello stesso, per assicurare l’arresto del blowout occorre una colonna di biglie alta 50-100 metri, che equivale a qualche decina di migliaia di biglie (a seconda del diametro del foro scoperto e/o casing). In caso di efficacia del polimero, invece, come previsto dall’invenzione, la colonna efficace può ridursi di un ordine di grandezza, portando le biglie a qualche migliaio e riducendo il corrispondente tempo di iniezione.

L’operazione di sealing del pozzo con questo sistema può essere realizzata con due schemi di collegamento dalla piattaforma floater al BOP:

• lateralmente attraverso la kill line;

• on top attraverso il diretto accesso verticale al BOP (usando il top cap o un insert pipe azionato da dual ROV).

Tali metodi di iniezione possono essere applicati anche nel caso di pozzi onshore.

L’immissione di solidi ad alta densità in fondo al pozzo può essere effettuata preferibilmente mediante almeno le seguenti fasi in sequenza:

• immissione di solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante aventi un diametro minore di 5 mm, eventualmente sotto forma di dispersione diluita in acqua, in modo da formare una prima colonna costituita da un letto di detti solidi di adatta altezza;

• immissione di solidi ad alta densità ricoperti di resina rigonfiante aventi dimensione da 5 volte a 15 volte maggiore dei solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante immessi nella fase precedente, in modo da formare una seconda colonna costituita da un letto di detti solidi di altezza compresa preferibilmente fra la metà dell’altezza della prima colonna ed il doppio dell’altezza della prima colonna;

• immissione di solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante, aventi dimensione da 5 volte a 15 volte maggiore dei solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante immessi in precedenza, preferibilmente circa delle stesse dimensioni dei solidi ricoperti immessi nella fase precedente, in modo da formare una terza colonna costituita da un letto di detti solidi di altezza compresa preferibilmente fra la metà dell’altezza della prima colonna ed il doppio dell’altezza della prima colonna.

Le caratteristiche e i vantaggi del metodo per fermare o almeno ridurre il rilascio incontrollato di idrocarburi da un pozzo secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

-la fig. 1 à ̈ una rappresentazione schematica di un possibile contesto applicativo, comprendente: un pozzo sottomarino (P) in condizioni di blowout; una nave di intervento (N), che può anche coincidere con il mezzo utilizzato per la perforazione del pozzo, dotata dei dispositivi di iniezione di fig. 4 e 5 e dei dispositivi di stoccaggio dei solidi, e linee di immissione (L) dei solidi pesanti in pozzo.

-la fig. 2 rappresenta un dettaglio del possibile percorso dei corpi pesanti attraverso le valvole e i condotti disponibili in cui le frecce indicano il possibile percorso dei solidi attraverso le linee di immissione fino all’interno (P) del pozzo;

- la fig. 3 schematizza una possibile implementazione del sistema di iniezione di solidi pesanti di piccole dimensioni (indicativamente non più 3 mm di diametro massimo), dove i solidi sono accumulati in una tramoggia (T) e mescolati nel serbatoio (S) con il fluido (F), in modo da formare una sospensione (D) pompata nelle linee di iniezione (L) dalla pompa (P);

-la fig. 4 schematizza un dispositivo di iniezione di solidi di dimensione maggiore, cioà ̈ tali da non poter passare direttamente entro una pompa di iniezione, dove i solidi sono accumulati in un opportuno contenitore e vengono immessi in un apparato (A) che provvede, tramite un opportuno sistema di valvole (V), ad immettere ciascun solido nel fluido (F) che corre nelle linee (L);

-la fig. 5 rappresenta una stratificazione di solidi pesanti, immessi progressivamente in pozzo, utile a raggiungere gli obiettivi rivendicati nella presente invenzione, cioà ̈ la progressiva riduzione della portata di idrocarburi rilasciati nell’ambiente fino al completo arresto della stessa, dove (A) à ̈ il primo strato di solidi non ricoperti, di piccole dimensioni, iniettati fino a superare il livello produttivo ed osservare una riduzione della portata di blowout, (B) à ̈ il secondo strato di solidi di dimensioni maggiori ricoperti di resina rigonfiante, (C) à ̈ il terzo strato di solidi di dimensioni maggiori non ricoperti di resina.

La forma dei solidi, sferoidale, à ̈ puramente grafica in quanto può essere anche, come già specificato nel testo, in altre forme.

Viene ora fornita una realizzazione del metodo rivendicato che non deve essere considerata una limitazione alla portata delle rivendicazioni.

Esempio

Riferendoci alle figg. 1, 2 relative al flusso incontrollato di idrocarburi da un pozzo sottomarino, una possibile implementazione della presente invenzione à ̈ rappresentata dall’attuazione delle seguenti operazioni in sequenza:

A) attraverso le linee (L) di diametro interno di 3 pollici (figura 2), che collegano la nave al BOP sottomarino, vengono immessi solidi ad alta densità non ricoperti di resina e di piccolo diametro (< 3mm), sotto forma di una dispersione diluita di sfere in acqua. Tali solidi, una volta raggiunto l’interno del pozzo, cadono in controcorrente fino a raggiungere il fondo del pozzo stesso, mentre l’acqua che le ha trasportate segue il flusso degli idrocarburi ed esce dal pozzo stesso. La portata di iniezione di tale dispersione di solidi in acqua à ̈ tale da ottenere una velocità di circa 5 m/s nelle linee da 3 pollici. I solidi vengono dispersi in acqua con una bassa concentrazione in volume, pari a circa 2.5%, e iniettati tramite i dispositivi illustrati in fig. 3 o in fig. 4. Tale operazione di iniezione verrà protratta fino a registrare una evidente riduzione di portata del blowout sottomarino. A titolo di esempio, à ̈ da attendersi che tale riduzione richieda la costituzione di un letto di solidi di altezza pari a circa 60 metri e cioà ̈ pari a circa 1 m<3>di solidi dispersi. Alla concentrazione di solidi stabilita del 2.5%, tale volume si otterrebbe iniettando in pozzo circa 40 m<3>di dispersione. È da notare, però, che la posizione del livello produttivo, da cui fuoriescono gli idrocarburi, non à ̈ nota e potrebbe essere diversa da quella del fondo del pozzo. Perciò, a titolo di esempio, facendo riferimento alla fig.5, si assume di dover costituire una colonna (A) di solidi pari a 240 m prima di raggiungere il livello produttivo e di dover accumulare altri 60 m di solidi sopra tale livello per ottenere la riduzione osservabile di portata di blowout. Pertanto, si dovranno pompare 5 m<3>totali di dispersione per ottenere lo strato di solidi denominato (A). Questa operazione richiederà circa 3 ore per essere eseguita.

B) Sopra al letto di solidi piccoli e non ricoperti creato nella precedente fase A), verrà pompato in pozzo un letto (B) alto 20 m di solidi ricoperti di resina rigonfiante, aventi dimensione maggiore dei solidi della fase A). Tali solidi verranno iniettati con il dispositivo illustrato in fig.4. A titolo di esempio, si assume una frequenza di iniezione di tali solidi rivestiti pari a circa 10 solidi/secondo. Tale flusso di solidi viene trasportato lungo le linee di iniezione di 3 pollici attraverso la medesima portata di acqua utilizzata nella fase A). Considerando un peso di ciascun solido pari a circa 35 grammi, tale operazione richiederà l’iniezione in pozzo di circa 250000 solidi e richiederà un tempo di esecuzione di circa 3 ore.

C) Successivamente al completamento dell’iniezione dei solidi ricoperti, verrà effettuata l’iniezione in pozzo di un letto (C) alto 40 m di solidi non ricoperti, aventi la medesima dimensione e forma di quelli della fase B) e utilizzando la medesima attrezzatura. Seguendo la medesima analisi relativa alla fase B), tale iniezione richiederà circa 6 ore.

D) In totale, la costituizione dei tre letti di solidi, di cui uno di solidi ricoperti di resina rigonfiante e due di solidi non ricoperti, richiede circa 12 ore e porta ad una sostanziale riduzione del flusso di idrocarburi in uscita dal pozzo. Nelle 24-36 ore successive, il rigonfiamento della resina presente nello strato intermedio, porterà alla completa occlusione dei pori di passaggio degli idrocarburi, portando così al completo arresto del blowout.

È da notare che tale effetto di completo arresto viene così ottenuto nell’arco di 36 – 48 ore dall’inizio delle operazioni di iniezione dei solidi, mentre una sostanziale riduzione della portata di blowout à ̈ già ottenibile dopo 6 ore dall’inizio delle operazioni.

I solidi ricoperti di resina rigonfiante possono essere ottenuti tramite immersione in un lattice di resina dispersa in acqua e successiva essiccazione, eventualmente ad una temperatura idonea alla vulcanizzazione della resina stessa, precedentemente addizionata di un agente vulcanizzante. Tale operazione di vulcanizzazione ha l’effetto di impedire la dissoluzione della resina negli idrocarburi, con l’eventuale conseguenza negativa di un riavvio del flusso di idrocarburi verso l’esterno del pozzo, e di ritardare il rigonfiamento della resina in modo tale che si manifesti in modo apprezzabile dopo circa 12 ore dal primo contatto della resina con gli idrocarburi.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per fermare o almeno ridurre il rilascio incontrollato di idrocarburi da un pozzo per l’estrazione di idrocarburi comprendente l’immettere in fondo al pozzo, attraverso adatta linea, solidi ad alta densità, aventi forma poliedrica, sferoidale, ellissoidale o paraboloidale, regolare o irregolare, essendo la dimensione minore maggiore di 1 mm e la dimensione maggiore minore di 100 mm in modo che detti solidi immessi si accumulino con impaccamento casuale in fondo al pozzo formando una colonna la quale blocchi totalmente o almeno parzialmente il rilascio incontrollato di detti idrocarburi.
2. 2. Metodo come da rivendicazione 1 dove la densità dei solidi immessi in fondo al pozzo à ̈ maggiore di 7.000 kg/m<3>.
3. 3. Metodo come da rivendicazione 1 dove la dimensione minore à ̈ maggiore di 2,5 mm e la dimensione maggiore à ̈ minore di 50 mm.
4. 4. Metodo come da rivendicazione 1 dove la forma dei solidi immessi à ̈ sferoidale scelta fra le sfere, gli sferoidi oblati e gli sferoidi prolati o poliedrica scelta fra i cubi ed i cilindri.
5. 5. Metodo come da almeno una delle rivendicazioni precedenti dove il pozzo à ̈ sottomarino in cui sono eventualmente presenti dispositivi di controllo secondario del pozzo, denominati blowout preventer (BOP).
6. 6. Metodo come da rivendicazione 1 dove l’adatta linea di immissione dei solidi collega la piattaforma (floater) del pozzo sottomarino al BOP in fondo al pozzo stesso.
7. 7. Metodo come da rivendicazione 1 dove l’adatta linea di immissione dei solidi à ̈ una linea di servizio presente nel pozzo sottomarino oppure una nuova linea appositamente costruita oppure à ̈ lo stesso casing del pozzo.
8. 8. Metodo come da rivendicazione 1 dove almeno parte dei solidi immessi sono ricoperti esternamente o contengono al loro interno un materiale rigonfiante scelto fra un polimero o una resina.
9. 9. Metodo come da rivendicazione 8 dove la densità dei solidi ricoperti esternamente o contenenti al loro interno un materiale rigonfiante à ̈ maggiore di 7.000 kg/m<3>e<l>a densità del materiale che costituisce il solido ricoperto, senza il materiale rigonfiante, à ̈ maggiore di 10.000 kg/m<3>.
10. 10. Metodo come da rivendicazione 8 dove il rapporto solidi immessi né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante /solidi immessi ricoperti o contenenti materiale rigonfiante à ̈ scelto fra 5/1 e 1/5.
11. 11. Metodo come da rivendicazione 1 dove nell’adatta linea di immissione dei solidi viene pompato del liquido.
12. 12. Metodo come da rivendicazione 13 dove il liquido pompato nell’adatta linea di immissione contiene acqua.
13. 13. Metodo come da una o più delle rivendicazioni da 1 a 11 dove l’immissione di solidi ad alta densità in fondo al pozzo viene effettuata mediante almeno le seguenti fasi in sequenza: • immissione di solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante aventi un diametro minore di 5 mm, eventualmente sotto forma di dispersione diluita in acqua, in modo da formare una prima colonna costituita da un letto di detti solidi di adatta altezza; • immissione di solidi ad alta densità ricoperti di resina rigonfiante aventi dimensione da 5 volte a 15 volte maggiore dei solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante immessi nella fase precedente, in modo da formare una seconda colonna costituita da un letto di detti solidi di altezza compresa preferibilmente fra la metà dell’altezza della prima colonna ed il doppio dell’altezza della prima colonna; • immissione di solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante, aventi dimensione da 5 volte a 15 volte maggiore dei solidi ad alta densità né ricoperti né contenenti materiale rigonfiante immessi in precedenza, preferibilmente circa delle stesse dimensioni dei solidi ricoperti immessi nella fase precedente, in modo da formare una terza colonna costituita da un letto di detti solidi di altezza compresa preferibilmente fra la metà dell’altezza della prima colonna ed il doppio dell’altezza della prima colonna.