WO2020051658A1

WO2020051658A1 - Dispositivo multiplicador de mandril para equipamentos submarinos de produção de petróleo

Info

Publication number: WO2020051658A1
Application number: PCT/BR2019/050382
Authority: WO
Inventors: Roberto Rodrigues
Original assignee: Petroleo Brasileiro SA Petrobras
Current assignee: Petroleo Brasileiro SA Petrobras
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2021-03-11
Also published as: BR102018068313A2; NO20210433A1; CA3112236A1; CN112930428B; AU2019339921B2; BR102018068313B1; US20210254424A1; US11767727B2; AU2019339921A8; CN112930428A; AU2019339921A1

Abstract

A presente invenção está relacionada a sistemas de produção de petróleo e hidrocarbonetos em geral, em águas profundas, que utilizam poços e equipamentos submarinos interligados numa malha de drenagem e produção. Nesse cenário, a presente invenção provê um dispositivo multiplicador de mandril (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f), adaptado para prover pontos adicionais entre equipamentos submarinos, o dispositivo compreendendo um conector (2) para acoplamento com um mandril de um equipamento submarino (8, 9), e pelo menos dois mandris (3, 4, 5) adaptados para prover pontos de conexão com linhas submarinas (J1, J1', J1", J2, R1, R2, A1, A2, A3) interligadas a outros equipamentos submarinos (8, 9) ou a uma unidade de produção (13).

Description

“DISPOSITIVO MULTIPLICADOR DE MANDRIL PARA EQUIPAMENTOS SUBMARINOS DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO” CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se insere no campo dos sistemas de produção de petróleo e hidrocarbonetos em geral, em águas profundas, que utilizam poços e equipamentos submarinos interligados numa malha de drenagem e produção.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Para aumentar ou viabilizar a produção de petróleo no mar, principalmente em águas profundas, diversos sistemas e equipamentos têm sido desenvolvidos e aplicados, podendo ser instalados no solo marinho em diversas posições, entre a cabeça do poço até o pé do riser. Por exemplo, árvore de natal molhada (ANM), base adaptadora de produção (BAP), base de bombeamento (BAB), PLET (Pipeline End Termination), PLEM (Pipeline End Manifold), manifolds, linhas submarinas etc.

[0003] A produção de petróleo obtida de cada poço submarino é escoada, individualmente ou combinadamente com a produção de outros poços, através de linhas e risers submarinos até uma unidade de produção, tal como um FPSO ( floating production storage offloading), por exemplo.

[0004] Alguns campos de petróleo apresentam uma grande variação entre os valores do índice de produtividade (IP) de cada poço, se constituindo numa das incertezas que dificultam o projeto da malha de drenagem de produção. Alguns projetos de campos grandes, a exemplo do pré-sal, apresentaram IP acima do esperado, o que levou a uma redução do número de poços previstos a serem conectados inicialmente com a unidade de produção. O inverso também já ocorreu em outros projetos, onde, em alguns casos, a produção acabou ficando abaixo da capacidade de processamento da unidade de produção.

[0005] Algumas acumulações de petróleo no mar, ditas marginais, possuem volumes recuperáveis próximos dos limites da viabilidade e atratividade económica de produção. Estes limites são dinâmicos ao longo do tempo, com grande sensibilidade a variações de: (a) preço de commodities de petróleo, (b) tecnologias disponíveis, (c) custos de equipamentos e serviços relacionados com exploração e produção no mar.

[0006] Diversos campos de petróleo já atingiram ou estão na iminência de atingir o limite de vida útil de equipamentos e sistemas de produção, e suas reservas remanescentes são insuficientes para justificar a substituição do sistema de produção instalado.

[0007] Assim, desenvolver novos conceitos e modalidades de sistemas de produção, com maior flexibilidade, que reduzam os custos de construção e operação é fundamental para a revitalização e o desenvolvimento de campos marginais de petróleo no mar.

[0008] O projeto do arranjo de um sistema de produção é baseado em valores de índice de produção estimado para os poços produtores. A medida que um campo submarino entra em produção, os valores reais dos índices de produtividade de cada poço passam a ser conhecidos, havendo uma variância em relação ao valor médio estimado utilizando nas bases de projeto da malha de drenagem. Com o passar do tempo, e com auxílio de um sistema de sísmica 4D, é possível verificar a evolução e desvios da produção de cada região do reservatório bem como avanço da água e atuação de eventual aquífero. Os resultados podem divergir do inicialmente planejado e previsto. Desta forma, pode ser vantajoso medidas corretivas, tão cedo quanto possível, que por vezes demandam a perfuração e conexão de novos poços para uma adensamento da malha de poços de produção.

[0009] Tradicionalmente em unidades de produção topadas no número de risers de poços satélites interligados, a adição de um novo poço produtor requer a desconexão de um poço existente de baixa produção. Por este motivo, usualmente aguarda-se que o poço esteja com baixa vazão de óleo para sua desconexão. Isto posterga a adição de novos poços com melhor produtividade, já que nestes casos será necessário desconectar e provavelmente abandonar um poço de produtividade menor. Normalmente uma vez desconectado, tal poço nunca mais será reconectado devido aos custos operacionais para refazer está conexão submarina.

[0010] Portanto, é desejável a utilização de arranjos submarinos que facilitem o acréscimo de novos poços e hibernação de poços existentes menos produtivos, com possibilidade futura de voltarem a produzir sem requerer reconexão submarinha de linhas.

[001 1] Para isso, é recomendável a adição de mandris extras (reservas) em equipamentos submarinos, tais como: base de sistemas de bombeamento submarino (BAB), base de sistemas de processamento submarino (por exemplo: separação), manifold, e em base adaptadora de produção (BAP); de forma a disponibilizar pontos extras para a conexão de novos poços sem necessidade de desconexão de poços existentes ou de novos risers. Este arranjo permite melhor balanceamento entre o número de poços produtores e a capacidade de plantes da UEP.

[0012] Num primeiro momento, o compartilhamento de riser seria na condição do poço novo produzindo com o poço antigo fechado, que poderá retornar futuramente à produção já que o mesmo permanece conectado. Em determinadas condições é possível produzir os dois poços simultaneamente.

[0013] A concretização de mandris extras em equipamentos submarinos requer mudança no padrão atual de fabricação, principalmente de árvores de natal molhada, limitando a aplicação deste recurso somente para equipamentos novos a serem adquiridos futuramente. A maior parte dos equipamentos submarinos já está fabricada e instalada e mesmo nos campos novos a aquisição indiscriminada de equipamentos submarinos com mandris extras pode impactar preços e prazos.

[0014] Desta forma, no atual estado da técnica ainda há cenários para o desenvolvimento e utilização de soluções que mitiguem tais limitações, viabilizando a conexão de poços novos na malha de escoamento existente em campos submarinos de petróleo, com o menor impacto possível.

[0015] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução do problema do estado da técnica acima descrito de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0016] A presente invenção tem por objetivo principal prover um dispositivo multiplicador de mandril capaz de converter um mandril de um equipamento submarino existente qualquer, já instalado ou aguardando instalação, em dois (ou mais) novos mandris, provendo um (ou mais) ponto extra de interligação na malha de drenagem submarina.

[0017] De forma a alcançar o objetivo acima descrito, a presente invenção provê um dispositivo multiplicador de mandril para equipamentos submarinos de produção de petróleo, adaptado para prover pontos adicionais entre equipamentos submarinos, compreendendo um conector para acoplamento com um mandril de um equipamento submarino e pelo menos dois mandris adaptados para prover pontos de conexão com linhas submarinas interligadas a outros equipamentos submarinos ou a uma unidade de produção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0018] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0019] As figuras 1a a 1f ilustram vistas esquemáticas de diversas possíveis concretizações do dispositivo de acordo com a presente invenção.

[0020] A figura 2 ilustra uma vista esquemática de uma ANM compreendendo dois dispositivos de acordo com uma das possíveis concretizações da presente invenção.

[0021] A figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma BAB, originalmente com somente um mandril de sução, interligada a três poços através do dispositivo da presente invenção.

[0022] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de dois poços compartilhando os mesmos risers de produção e anular por meio de dois dispositivos de acordo com a presente invenção conectados à BAP de um dos poços.

[0023] A figura 5 ilustra uma vista esquemática de um arranjo com dois poços produtores compartilhando um mesmo riser de anular e com risers de produção independentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0024] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[0025] As figuras 1a a 1f ilustram vistas esquemáticas de diversas possíveis concretizações do dispositivo de acordo com a presente invenção. A figura 2, por sua vez, ilustra uma vista esquemática de uma ANM 9 compreendendo dois dispositivos de acordo com a presente invenção. Em ambas as concretizações, o dispositivo da presente invenção compreende um conector 2 para acoplamento com um mandril de um equipamento submarino, que na concretização ilustrada na figura 2 consiste em uma ANM 9.

[0026] Adicionalmente, conforme ilustrado nas figuras 1a a 1 f, o dispositivo de acordo com a presente invenção vai compreender pelo menos dois mandris 3, 4, 5 adaptados para prover pontos de conexão com linhas submarinas interligadas a outros equipamentos submarinos ou a uma unidade de produção.

[0027] Na concretização ilustrada na figura 2 também são mostradas as principais válvulas de uma ANM 9, a saber, master de produção M1 , master de anular M2, wing de produção W1 , wing de anular W2, swab de produção S1 , swab de anular S2, cross over O, pig cross over PXO.

[0028] A figura 3 ilustra um exemplo de arranjo submarino que pode se beneficiar do dispositivo da presente invenção. Nesse exemplo, o conector do dispositivo 1b de acordo com uma das concretizações da presente invenção é conectado ao mandril de entrada de uma BAB 8. Os três mandris 3, 4, 5 do dispositivo 1b da presente invenção são conectados a três poços de produção P1 , P2, P3 através de três jumpers de produção J1 , J1’, J1”. O mandril de saída da BAB 8 é conectado a um único riser R1 para escoamento da produção para uma FPSO 13.

[0029] Devido ao multiplicador de mandril 1b ter geometria que possibilita a passagem de pig, é possível enviar um pig por qualquer um dos risers A1 , A2, A3 até a BAB 8, retornando pelo riser de produção R1 até a unidade de produção 13. Ainda na figura 3 são ilustrados os elementos: válvula de by pass 10, válvula de sucção 11 , válvula de descarga 12.

[0030] Fazendo novamente referência às figuras 1a a 1 f, o dispositivo de acordo com a presente invenção compreende, opcionalmente, pelo menos uma interface para ferramenta de manuseio e instalação 7. A referida interface pode ser qualquer tipo de interface conhecida do estado da técnica.

[0031] Ainda opcionalmente, o dispositivo da presente invenção pode compreender pelo menos um funil guia 6 posicionado em torno de cada um dos mandris 3, 4, 5. Tais funis 6 servem para guiar o encaixe das linhas submarinas nos referidos mandris 3, 4, 5.

[0032] Opcionalmente, o dispositivo de acordo com a presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre seus pontos de conexão. Conforme a concretização ilustrada na figura 1a, o dispositivo 1a da presente invenção, devido aos seus raios de curvatura peculiares, permite a passagem de pig entre o mandril 3 e o mandril 4.

[0033] Na concretização ilustrada na figura 1b, o dispositivo 1b da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o conector 2, entre o mandril 4 e o conector 2 e também entre o mandril 5 e o conector 2.

[0034] Na concretização ilustrada na figura 1c, o dispositivo 1c da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o mandril 4 e também entre o conector 2 e o mandril 4.

[0035] Na concretização ilustrada na figura 1 d, o dispositivo 1d da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o mandril 4 e também entre o mandril 3 e o conector 2. Nessa concretização, o dispositivo 1d compreende preferencialmente um pig diverter 14, que permite pré-selecionar a passagem de pig entre o mandril 3 e o mandril 4 ou entre o conector 2 e o mandril 4.

[0036] Na concretização ilustrada na figura 1e, o dispositivo 1e da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o mandril 4 e também entre o mandril 5 e o conector 2.

[0037] Na concretização ilustrada na figura 1 f , o dispositivo 1f da presente invenção compreende dois mandris 3, 4 posicionados na horizontal e um terceiro mandril 5 posicionado na vertical.

[0038] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de uma aplicação do dispositivo da presente invenção em um arranjo de poços. Como pode ser observado, dois poços P1 , P2 compartilham os mesmos risers R1 , R2 de produção e anular através de dois dispositivos 1a, 1a’ conectados à ANM/BAP 9 do poço P1.

[0039] A figura 5 mostra um arranjo com dois poços produtores P1 , P2 compartilhando um mesmo riser de anular R2 e com risers de produção R1 , R3 independentes. Tal arranjo faz uso de um multiplicador de mandril 1d com um pig diverter 14 integrado. O pig enviado pelo riser de anular R2, a partir da unidade de produção 13, pode retornar pelo riser R1 ou R3, de acordo com a posição do pig diverter 14.

[0040] Como pôde ser observado nas concretizações acima descritas, o dispositivo multiplicador de mandril da presente invenção pode ser instalado em equipamentos submarinos localizados no fundo do mar ou em equipamentos antes da sua instalação, ainda na superfície. Em princípio o adaptador pode ser instalado em qualquer equipamento submarino, por exemplo: BAB, BAP, manifold etc. Adicionalmente, o dispositivo multiplicador de mandril da presente invenção é adaptado para permitir conexões submarinas tanto horizontais como verticais.

[0041] Desta forma, a invenção viabiliza um arranjo submarino mais flexível que facilita a antecipação de correções na malha de escoamento com a adição de poços novos, com o objetivo de obter uma curva de produção otimizada em relação à capacidade e limites de processamento de óleo e líquido da UEP.

[0042] Adicionalmente, o uso de mandril extra em equipamentos submarinos tais como BAP e BAB, viabiliza e facilita a adição de novos poços sem necessidade de abandono definitivo de um poço existente, que poderá voltar a produzir futuramente. A possibilidade de compartilhamento de risers reduz significativamente o Capex e o Opex do sistema de produção submarino.

[0043] A integração de um sistema de sísmica 4D com um arranjo submarino flexível, com pares de poços compartilhando um único riser é uma alternativa para antecipar e melhorar a distribuição de óleo produzido ao longo da curva de produção. Projetos de revitalização de campos submarinos maduros poderão se beneficiar da opção de mandril extra, de acordo com a presente invenção, que facilita a conexão de um número maior de poços, existentes e novos, interligados a unidade de produção.

[0044] A previsão e existência de mandris extras em equipamentos submarinos viabiliza também a conexão de poços novos para execução de testes de longa duração, de novas descobertas em áreas adjacentes de unidades de produção existentes ( long tie backs).

[0045] O mandril extra, quando disponível, pode ainda ser utilizado em operações de intervenção de poço do tipo: acidificação, mitigação de hidrato, etc. Portanto, são inúmeras as vantagens técnicas alcançadas com o dispositivo multiplicador de mandril da presente invenção.

[0046] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo multiplicador de mandril (1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1f) para equipamentos submarinos de produção de petróleo, adaptado para prover pontos adicionais entre equipamentos submarinos, caracterizado por compreender:

um conector (2) para acoplamento com um mandril de um equipamento submarino (8, 9); e

pelo menos dois mandris (3, 4, 5) adaptados para prover pontos de conexão com linhas submarinas (J 1 , J1’, J 1”, J2, R1 , R2, A1 , A2, A3) interligadas a outros equipamentos submarinos (8, 9) ou a uma unidade de produção (13).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos uma interface para ferramenta de manuseio e instalação (7).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um funil guia (6) posicionado em torno de cada um dos mandris (3, 4, 5).

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por ser adaptado para permitir a passagem de pig entre pelo menos dois de seus pontos de conexão (2, 3, 4, 5).

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por ser adaptado para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril (3) e o conector (2) e também entre o mandril (4) e o conector (2).

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por ser adaptado para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril (3) e o mandril (4).

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por ser adaptado para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril (3) e o conector (2), entre o mandril (4) e o conector (2) e também entre o mandril (5) e o conector (2).

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por ser adaptado para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril (3) e o mandril (4) e também entre o conector (2) e o mandril (4).

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por ser adaptado para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril (3) e o mandril (4) e também entre o mandril (3) e o conector (2).

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender pelo menos um pig diverter (14) adaptado para pré- selecionar a passagem de pig entre o entre o mandril (3) e o mandril (4) ou entre o mandril (3) e o conector (2).