BRPI0700520B1 - Sistema para prover isolamento térmico, com vácuo, na coluna injetora de poços de petróleo submetidos à injeção de vapor - Google Patents
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Abstract
processo para prover isolamento térmico, com vácuo, na coluna injetora de poços de petróleo submetidos à injeção de vapor. refere-se a presente invenção a um processo para geração de vácuo, no local, entre duas colunas concêntricas (1) e (10) (que compõem a coluna injetora), descidas em um poço de petróleo destinado a injeção de vapor, objetivando reduzir ao máximo as trocas térmicas minimizando a perda de energia do vapor que esta sendo conduzido por dentro da coluna mais interna (10) até a formação (2) onde será injetado, o isolamento térmico obtido terá como consequência vantagens técnicas e econômicas como mais energia para o processo sem acréscimo no consumo das fontes energéticas que estejam sendo utilizadas para geração do vapor, o processo prevê a geração do vácuo com a utilização de bomba geradora de vácuo (26), no anular (11) das duas colunas concêntricas (1) e (10), de forma continua desde a extremidade superior na superfície até o fundo do poço logo acima do sub- duplo (7) no caso da figura 1 e do obturador (3) nos casos da figura 2 e figura 3. o novo processo que estamos apresentando e solicitando registro da propriedade intelectual (patenteamento), prevê que o vácuo será induzido quando o poço estiver sendo equipado, e o vácuo será uniforme desde a superfície, extremidade superior do anular (11) das colunas concêntricas (1) e (10), até o fundo, extremidade inferior do anular (11), uma vez que o anular (11) submetido ao vácuo será todo o anular (11) das colunas de tubos (1) e (10) e não descontinuo como ocorre quando se utiliza os tubos, com isolamento térmico a vácuo induzido quando da fabricação dos mesmos e ficando, nesse caso, sem isolamento térmico nas conexões, conforme citado anteriormente. a coluna interna (10) será dotada de centralizadores (20) de material isolante, distribuídos ao longo da coluna (10) para evitar o contato desta com a coluna externa (1), minimizando a troca térmica por condução. o novo processo permitirá ainda que os poços equipados para injeção de vapor operem com isolamento térmico inclusive nas conexões aumentando a segurança operacional do sistema. permitirá também que o vácuo induzido seja monitorado ao longo do tempo e podendo ser restaurado quantas vezes forem necessárias utilizando apenas a bomba geradora de vácuo (26), o que não seria possível com a tecnologia atual. uma outra vantagem do processo representado pela figura 2, é que o anular (5), se assim o desejarmos, pode ser também submetido a vácuo como o anular (11), aumentando assim a eficiência do isolamento térmico. esse vácuo poderá ser feito através da válvula (23), bastando para isso utilizarmos a mesma bomba (26), conforme podemos visualizar na figura 3, através da conexão (36).
Description
(54) Título: SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR (51) Int.CI.: E21B 21/08 (73) Titular(es): ENGEPET - EMPRESA DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO LTDA.
(72) Inventor(es): ZADSON DE ALMEIDA FRANCO; MASAO MIYAJI
1/7 “SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETROLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR”
Campo de Utilização
Refere-se a presente invenção a um sistema para geração de vácuo, no local, entre duas colunas concêntricas (que compõem a coluna injetora), descidas em um poço de petróleo destinado a injeção de vapor, objetivando reduzir ao máximo as trocas térmicas, minimizando a perda de energia do vapor que está sendo conduzido por dentro da coluna mais interna até a formação onde será injetado.
Estado da Técnica
A tecnologia atual prevê a utilização de tubos concêntricos, conectados em suas extremidades através de soldas e com vácuo induzido no espaço anular entre eles durante a fabricação como mostrado, por exemplo, nas patentes
PI07024371 e PI03005380. Esses tubos com isolamento a vácuo são conectados uns aos outros, para serem descidos nos poços através de um sistema simples de enroscamento (caixa/pino). Esse ponto de enroscamento, que não está isolado termicamente com o vácuo, é um ponto de fuga de energia térmica e, em poços que atravessam zonas salinas com taquidrita e carnalita, podem ser a causa de diversos problemas ligados à corrosão (alguns sais passiveis de hidrólise quando aquecidos geram ácido clorídrico) do revestimento metálico do poço.
A patente EP0138603, sugere uma tecnologia onde uma conexão especial conecta os tubos que compõem a coluna externa e a coluna interna.
Adicionalmente, esta conexão possibilita a comunicação entre os tubos por um canal e, com isso, uma bomba na superfície promove o vácuo neste sistema. Porém, ao utilizar essa tecnologia para promover o isolamento térmico são necessárias tubulações com conexões especiais que apresentam valores elevados.
Uma outra tecnologia que utiliza o conceito de aplicação de vácuo entre dois tubos concêntricos para redução da troca térmica está protegida na patente GB2351301, mas está relacionada a um sistema de riser que conecta a
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2/7 plataforma à cabeça do poço. Nesse sistema, o intuito é manter a coluna de produção aquecida para evitar que as baixas temperaturas do oceano formem hidrato e parafina dentro da tubulação.
Descrição do Conceito Inventivo
Refere-se a presente invenção a um sistema de duas colunas concêntricas com vácuo induzido no anular entre elas. Estas colunas são descidas em um poço de petróleo destinado a injeção de vapor com o objetivo de reduzir ao máximo as trocas térmicas, minimizando a perda de energia do vapor que está sendo conduzido por dentro da coluna interna até a formação onde será injetado.
Este sistema difere-se dos supracitados no ponto em que são descidas duas colunas independentes que apenas se conectam na extremidade por um subduplo. As colunas empregadas neste sistema são aquelas que convencionalmente são utilizadas no setor de petróleo.
A utilização de uma bomba de vácuo para promover o vácuo no anular entre essas duas colunas trará o benefício de, sempre que for necessário, reestabelecer o vácuo e, além disso, monitorar possíveis furos nas colunas caso não seja obtido o vácuo com a bomba. Tais furos nas colunas também podem ser monitorados com o auxílio do CLP.
O isolamento térmico obtido com essa tecnologia terá como consequência vantagens técnicas e econômicas como mais energia para o processo sem acréscimo no consumo das fontes energéticas que estejam sendo utilizadas para geração do vapor.
Como dito, o sistema prevê a geração do vácuo com a utilização de bomba geradora de vácuo (26), no anular (11) da coluna externa (1) e coluna interna (10), de forma continua desde a extremidade superior na superfície até o fundo do poço logo acima do sub-duplo (7) posicionado entre as juntas de expansão térmica (21) e (22) onde a coluna externa (1) e coluna interna (10) estão interconectadas promovendo a vedação inferior do anular (11).
O sistema apresentando prevê que o vácuo será induzido quando o poço estiver sendo equipado, e o vácuo será uniforme desde a superfície, extremidade superior do anular (11) da coluna externa (1) e coluna interna
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3Π (10) , até o fundo, extremidade inferior do anular (11), uma vez que o anular (11) submetido ao vácuo será todo o anular (11) da coluna externa (1) e coluna interna (10) e não descontinuo como ocorre quando se utiliza os tubos com isolamento térmico a vácuo induzido quando da fabricação dos mesmos e ficando, nesse caso, sem isolamento térmico nas conexões, conforme citado anteriormente. A coluna interna (10) será dotada de centralizadores (20) de material isolante, distribuídos ao longo da coluna interna (10) para evitar o contato desta com a coluna externa (1), minimizando a troca térmica por condução.
O sistema apresentado permitirá que os poços equipados para injeção de vapor operem com isolamento térmico inclusive nas conexões aumentando a segurança operacional do sistema. Permitirá, também, que o vácuo induzido seja monitorado ao longo do tempo e, caso necessário, restaurado quantas vezes forem necessários utilizando apenas a bomba geradora de vácuo (26), o que não seria possível com a tecnologia em uso atualmente.
Para melhorar o entendimento de como será obtido o isolamento térmico proposto, a seguir, é descrita a montagem do poço e o processo de isolamento térmico desse sistema, conforme Figura 1.
Descrição Detalhada da Invenção
A coluna externa (1) é descida, tamponada em sua extremidade por um tampão mecânico recuperável (29) alojado no nipple (9) com o objetivo de manter a coluna externa (1) “vazia” internamente. Esse nipple (9) permite o assentamento e desassentamento de tampões mecânicos tantas vezes quantas forem necessários. Com a extremidade na profundidade desejada o obturador (3) é assentado criando uma barreira mecânica para isolar a câmara (4) do anular (5) formado pelo revestimento (6) do poço e pela coluna externa (1).
Internamente à coluna externa (1), enroscado no sub-duplo (7) há um dispositivo para conexão/desconexão (8) ao qual será acoplada a coluna interna (10), numa segunda descida, criando um anular (11) “vazio”, isolado entre a coluna externa (1) e a coluna interna (10). Nesse anular (11) será induzido o vácuo em duas etapas, sendo a primeira com o poço frio e a
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4/7 segunda etapa com o poço já aquecido com o início da injeção de vapor. O vácuo será induzido com utilização de uma bomba geradora de vácuo (26) e mantido graças ao isolamento completo do anular (11) obtido com o fechamento da válvula (12). O acompanhamento será feito através do medidor (13) que irá indicar ao longo da operação a necessidade ou não de complementação do vácuo.
A segurança do poço é assegurada com a instalação das válvulas automáticas (37) e (43) comandadas por sinais enviados pelo sensor de pressão instalado no medidor (13) e pelo sensor de temperatura (42) instalado na linha de acesso ao anular (5) que, em ambos os casos, significam comprometimento do isolamento térmico, ocorrerá o fechamento automático destas válvulas automáticas de vapor (37) e (43) interrompendo o fluxo do vapor (41) e a saída de fluido do anular (5), respectivamente.
O CLP (40), que é um Controlador Lógico Programável, é responsável pela leitura dos parâmetros de pressão e temperatura, do medidor (13) e do sensor de temperatura (42), e aplicação das instruções para executar a abertura e fechamento das válvulas automáticas de vapor (37) e (43). O papel do CLP também é fundamental para detectar possíveis furos na coluna externa (1) e coluna interna (10).
A coluna externa (1) fica suspensa na cabeça de produção (14) do poço pelo suspensor convencional (15) e a coluna interna (10) pelo suspensor especial (27) que fica apoiado sobre o suspensor convencional (15) dentro do adaptador (16), onde os elementos de vedação (38) do suspensor especial (27) promovem o isolamento do anular (11). No adaptador (16), os parafusos prisioneiros (28) têm a finalidade de fixar o suspensor convencional (15) e o suspensor especial (27).
Esse adaptador (16) permite os acessos ao anular (11) através da válvula (17) e ao interior da coluna interna (10) pela válvula (18). No adaptador (16), a válvula (17) é que permite o acesso do vapor para a coluna interna (10) e dessa até a formação (2) e a válvula (18) é que permite o acesso ao anular (11), através da qual será efetuada sucção para a criação de vácuo.
O conjunto de válvulas (19), conhecido na indústria de petróleo como árvore
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5Π de natal é o conjunto de válvulas que permite o acesso vertical para o interior da coluna interna (10), permitindo operações de Wireline (operações com arame), inclusive de instalação de “back pressure valve” (“BPV”) que é uma válvula que permite a reentrada de sonda nos poços com segurança. Essa “BPV” é assentada no perfil (31) dentro do suspensor especial (27). A BPV e o seu alojamento no perfil (31) são operações básicas na indústria de petróleo, por isso não foi detalhado suas características e procedimentos operacionais.
O conjunto de válvulas (19) permite também o acesso do vapor (41) através da válvula (33) para a coluna interna (10) e dessa até a formação (2). A válvula (17) é que permite o acesso ao anular (11), através da qual será efetuada a sucção para a criação do vácuo. A válvula mestra (34) é uma válvula de segurança do poço que opera todo o tempo aberta e somente é fechada quando for necessária a manutenção dos equipamentos acima dela.
O adaptador (35) é quem compatibiliza a conexão do conjunto de válvulas (19) com o adaptador (16).
Os centralizadores (20) de material refratário têm a finalidade de manter a coluna interna (10) afastada uniformemente da parede interna da coluna externa (1) minimizando a possibilidade de trocas térmicas por condução pois não irá permitir pontos de contato. As juntas de expansão térmica (21) e (22) são posicionadas nas profundidades convenientes e têm a finalidade de absorver a expansão térmica linear das colunas externa (1) e coluna interna (10), respectivamente.
As válvulas (23) e (24) permitem o acesso ao anular (5) formado pelo revestimento (6) do poço e pela coluna externa (1). No caso da FIGURA 1, esse anular (5) está ligado ao tanque (25) através da válvula (24) e esta ligação tem o objetivo de, em caso de vazamento do obturador (3) o vapor ser dirigido para o referido tanque (25) e evitar poluição.
A FIGURA 2 representa um esquema alternativo para criar o anular (5) entre as colunas externa (1) e a coluna interna (10) com o mesmo objetivo de isolamento térmico variando apenas na utilização do obturador (44) da FIGURA 2 posicionado abaixo da extremidade da coluna externa (1) na
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6Π
FIGURA 2 em lugar do sub-duplo (7) da FIGURA 1 que faz parte dessa coluna externa (1) na FIGURA 1. É descido também o nipple (9) que permite o assentamento e desassentamento de um tampão mecânico recuperável para realização de testes de vedação do sistema que forem necessários. Esse tampão mecânico recuperável que pode ser assentado ou removido quantas vezes for necessário tem a função de permitir que o revestimento (6) acima do obturador (44) da FIGURA 2 possa ser esvaziado sem que o poço alimente com fluidos provenientes da formação (2) e manter a coluna externa (1) e o anular (5) ambos da FIGURA 2 “vazios” durante a descida da referida coluna externa (1). O processo para remover os fluidos acima do obturador (44) da FIGURA 2 é com a coluna interna (10) tamponada pelo tampão mecânico recuperável alojado no nipple (9). É feita a desconexão no dispositivo para conexão / desconexão (8) e o fluido removido por uma operação comum na indústria do petróleo denominada pistoneio ou por simples substituição por nitrogênio sob pressão e que após a troca será drenado. Uma vantagem da opção representada pela FIGURA 2 é que em caso de vazamento de vapor do obturador (44) que na FIGURA 2 faz a contenção do vapor, em caso de vazamento desse obturador (44) da FIGURA 2 o vapor será direcionado para o anular (11) da FIGURA 2 e não diretamente para o anular (5) e com isso promovendo uma proteção adicional ao revestimento (6) do poço. No caso de vazamento do obturador (3) da FIGURA 1, o vazamento direciona o vapor diretamente para o anular (5) expondo o revestimento (6) ao vapor imediatamente.
Uma outra vantagem do processo representado pela FIGURA 2 é que o anular (5), se assim o desejarmos, pode ser também submetido a vácuo como o anular (11), aumentando assim a eficiência do isolamento térmico. Esse vácuo poderá ser feito através da válvula (23), bastando para isso utilizarmos a bomba geradora de vácuo (26), conforme podemos visualizar na FIGURA 3, através da conexão (36). Neste caso, a segurança do poço também será assegurada pela válvula automática de vapor (37) comandada por sinais enviados pelo sensor de pressão instalado no medidor (13), que em caso de redução do nível de vácuo, ou seja, do aumento de pressão no
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7/7 anular (5), comprometendo o isolamento térmico, promoverá o fechamento automático desta válvula, interrompendo o fluxo do vapor (41).
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Claims (10)
- REIVINDICAÇÕES1) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR, sendo um sistema de colunas concêntricas com5 vácuo induzido no anular entre elas com objetivo de prover isolamento térmico, caracterizado por possuir duas colunas, coluna externa (1) e coluna interna (10), independentes que são descidas no poço e conectadas entre si por um sub-duplo (7) localizado na extremidade da coluna interna (10) e uma bomba geradora de vácuo (26) conectada no10 acesso ao anular (11) cria o vácuo para prover o isolamento térmico deste sistema.
- 2) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS ÀINJEÇÃO DE VAPOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir uma coluna externa (1) com duas juntas de expansão térmica (21) e (22) para compensar as dilatações da coluna durante a injeção de vapor e um obturador
- (3) em sua extremidade, para prover isolamento do anular revestimento (6) e coluna externa (1).20 3) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NACOLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir que seja criado um vácuo homogêneo em toda a extensão do anular (11) entre as colunas concêntricas, coluna externa (1) e coluna25 interna (10), desde a superfície e até o fundo do poço.
- 4) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NACOLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS ÀINJEÇÃO DE VAPOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir que o vácuo criado seja reestabelecido com o uso da bomba 30 geradora de vácuo (26) e seja monitorado na superfície, para prever possíveis furos nas colunas.Petição 870170082412, de 26/10/2017, pág. 10/212/3
- 5) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR, caracterizado por possuir um sistema de segurança composto por válvulas automáticas de vapor (37) e (43),5 comandadas por sinais enviados pelo sensor de pressão instalado no medidor (13) e pelo sensor de temperatura (42) instalado na linha de acesso ao anular (5) para monitorar o nível de vácuo no anular (11) ou de aumento de temperatura no anular (5) para evitar comprometimento no isolamento térmico, atuando no fechamento automático destas válvulas10 (37) e (43) interrompendo o fluxo do vapor (41) e a saída de fluido no anular (5), respectivamente.
- 6) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS ÀINJEÇÃO DE VAPOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir centralizadores (20) de material refratário para manter a coluna interna (10) afastada uniformemente da parede interna da coluna externa (1), e minimizar as possibilidades de trocas térmicas por condução uma vez que não haverá contato direto com a coluna externa (1) e coluna interna (10).
- 7) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR, caracterizado por possuir um sensor especial (27) posicionado dentro do adaptador (16) onde os elementos de vedação (38)25 do suspensor especial (27) isolam o anular (11).
- 8) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NACOLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS ÀINJEÇÃO DE VAPOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por possuir um adaptador (16) que permite acesso ao anular (11) através da 30 válvula (17) e válvula (18).
- 9) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NAPetição 870170082412, de 26/10/2017, pág. 11/213/3COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por possuir um suspensor especial (27) para manter suspensa a coluna interna (10), ficando apoiado sob o suspensor convencional (15) que mantém suspensa a coluna externa (1).
- 10) SISTEMA PARA PROVER ISOLAMENTO TÉRMICO, COM VÁCUO, NA COLUNA INJETORA DE POÇOS DE PETRÓLEO SUBMETIDOS À INJEÇÃO DE VAPOR, caracterizado por permitir também que o anular (5) seja submetido a vácuo como o anular (11), para aumentar a eficiência do isolamento térmico, o vácuo é feito através da válvula (23), utilizando a bomba geradora de vácuo (26) através da conexão (36) e a segurança do poço é feita com a válvula automática de vapor (37) comandada por sinais enviados pelo sensor instalado no medidor (13), que em caso de redução de nível de vácuo, ou seja, do aumento na pressão do anular (5), comprometendo o isolamento térmico, promoverá o fechamento automático desta válvula (37) interrompendo o fluxo de vapor (41).Petição 870170082412, de 26/10/2017, pág. 12/211/3
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| B06G | Technical and formal requirements: other requirements [chapter 6.7 patent gazette] |
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| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
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