BRPI0721073A2

BRPI0721073A2 - Aparelho e método para o processamento de fluidos de um poço

Info

Publication number: BRPI0721073A2
Application number: BRPI0721073-6A
Authority: BR
Inventors: Ian Donald; John Reid
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2014-04-15
Also published as: SG10201608287SA; US20160201419A1; WO2008076567A2; WO2008076567A3; EP2495391A1; SG189732A1; NO20091983L; NO345267B1; GB0625526D0; US8297360B2; US20120312541A1; US20150027718A1; US20100025034A1; EP2100003A2; BRPI0721073B1; EP2100003B1; US9291021B2; US8776893B2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO E MÉTODO PARA O PROCESSAMENTO DE FLUIDOS DE UM POÇO".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

O presente pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente 5 provisório da Grã-Bretanha N. GB0625526.9, intitulado "Apparatus and Me- thod", depositado em 18 de dezembro de 2006, e incorporado ao presente documento a título de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um aparelho e métodos para o 10 processamento de fluidos de poço. As modalidades da presente invenção podem ser usadas para a recuperação e injeção de fluidos de poço. Algu- mas modalidades se referem especialmente, porém não exclusivamente, à recuperação e injeção, em um mesmo poço, ou em um poço diferente. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 15 A presente seção destina-se a apresentar ao leitor diversos as-

pectos da técnica que podem ser relacionados a diversos aspectos da pre- sente invenção, os quais são descritos e/ou reivindicados a seguir. Acredita- se que esta apresentação seja útil na provisão ao leitor de informações bási- cas no sentido de facilitar um melhor entendimento dos diversos aspectos da 20 presente invenção. Assim, deve-se entender que as informações a seguir devem ser lidas sob esta ótica, e não como admissões da técnica anterior.

Como será apreciado, o petróleo e o gás natural têm um efeito profundo sobre as economias e sociedades modernas. A fim de satisfazer a procura de tais recursos naturais, inúmeras empresas investem volumes 25 significativos de tempo e dinheiro na prospecção e extração de petróleo, gás natural e outros recursos subterrâneos da terra. Particularmente, uma vez que um recurso desejado é descoberto abaixo da superfície da terra, são empregados sistemas de perfuração e produção no sentido de acessar e extrair este recurso. Esses sistemas podem estar localizados em terra ou no 30 mar, dependendo da localização de um recurso desejado. Além disso, esses sistemas geralmente incluem uma montagem de cabeça de poço através da qual o recurso é extraído. Estas montagens de cabeça de poço de modo geral incluem uma ampla variedade de componentes e/ou condutos, tais como uma árvore de Natal (árvore), diversos cabos de controle, tubos de revestimento, válvulas, ou similar, que controlam as operações de perfura- ção e/ou extração.

5 As tubulações submarinas, tais como as árvores (algumas vezes

chamadas árvores de Natal) são bem-conhecidas na técnica de poços de petróleo e gás e, em geral, compreendem um conjunto de tubos, válvulas e acessórios instalados em uma cabeça de poço após a conclusão da perfura- ção e instalação da tubulação de produção a fim de controlar o fluxo de pe- 10 tróleo e gás a partir do poço. As árvores submarinas normalmente têm pelo menos dois furos, um dos quais se comunica com a tubulação de produção (furo de produção), e o outro se comunica com a coroa anular (o espaço a- nular).

Os modelos típicos das árvores convencionais podem ter uma 15 saída lateral (uma ramificação de ala de produção) até o furo de produção fechado por uma válvula de ala de produção para a remoção dos fluidos de produção do furo de produção. O espaço anular normalmente tem também uma ramificação de ala de coroa anular com uma respectiva válvula de ala de coroa anular. O topo do furo de produção e o topo do espaço anular são 20 geralmente tapados por um coroamento de árvore que tipicamente veda os vários furos da árvore, e provê canais hidráulicos para a operação das diver- sas válvulas da árvore por meio de um equipamento de intervenção, ou re- motamente a partir de uma instalação offshore.

Os poços e as árvores ficam muitas vezes ativos por um longo 25 tempo, e os poços de uma década atrás podem ainda estar em uso hoje em dia. No entanto, a tecnologia tem evoluído muito durante este tempo, por exemplo, o processamento submarino de fluidos é agora desejável. Esse processamento pode envolver a adição de produtos químicos, a separação de água e areia dos hidrocarbonetos, etc.

Os métodos convencionais de tratamento envolvem o transporte

de fluidos por longas distâncias para um tratamento remoto, e alguns méto- dos e aparelhos incluem o tratamento localizado de fluidos de poço por meio do uso de bombas a fim de aumentar a velocidade de escoamento dos flui- dos de poço, do aparelho de dosagem química, dos fluxímetros ou de outros tipos de aparelho de tratamento.

Um problema com a localização do aparelho de tratamento na 5 árvore é que o aparelho de tratamento pode ser volumoso e pode obstruir o furo do poço. Sendo assim, as operações de intervenção que exigem acesso ao furo de poço podem exigir a remoção do aparelho de tratamento antes de se poder ter acesso ao poço.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é

provido um aparelho para o processamento de fluidos de um poço de petró- leo ou gás, o aparelho compreendendo um dispositivo de processamento, e um conduto de extensão.

Normalmente, o aparelho é modular e o conduto de extensão de 15 furo de poço se estende por todo o módulo. O conduto de extensão de furo de poço tipicamente compreende uma tubulação que opcionalmente se es- tende pelo menos em parte através de um eixo geométrico central do apare- lho, e o dispositivo de processamento é disposto em torno do eixo geométri- co central, espaçado do conduto de extensão de furo de poço.

O aparelho pode ser construído em módulos, com uma primeira

parte do módulo, por exemplo, uma superfície inferior, sendo adaptada de modo a se fixar a uma interface de uma tubulação, tal como uma árvore, e uma segunda parte, por exemplo, uma superfície superior, sendo adaptada de modo a se fixar a um outro módulo. A segunda parte (por exemplo, a su- 25 perfície superior) pode ser normalmente disposta da mesma forma que a interface de tubulação, de modo que módulos adicionais possam ser fixados ao primeiro módulo, o qual normalmente tem as mesmas conexões e área de cobertura da interface de tubulação. Sendo assim, os módulos, adapta- dos para se conectarem à interface de tubulação da mesma forma que ao 30 primeiro módulo, podem se conectar, em contrapartida, ao primeiro módulo ou aos módulos subsequentes da mesma maneira, permitindo o empilha- mento de módulos separados sobre a tubulação, cada qual se conectando ao módulo abaixo como se estivesse conectado à interface de tubulação.

Tipicamente, o conduto de extensão de furo de poço é reto e fica alinhado com o furo de poço, embora algumas modalidades da presente in- venção incorporem versões nas quais o conduto de extensão de furo de po- 5 ço se desvia do eixo geométrico do próprio furo de poço. As modalidades com condutos de extensão retos em alinhamento axial com o furo de poço têm a vantagem de o furo de poço poder ser acessado em linha reta, e os tampões ou outros itens do furo de poço, talvez abaixo da árvore, poderem ser puxados ao longo dos módulos através dos condutos de extensão sem a 10 necessidade de se remover ou ajustar os módulos. As modalidades nas quais o conduto de extensão de furo de poço é desviado do eixo geométrico do furo de poço tendem a ser mais compactas e adaptáveis às grandes pe- ças do equipamento de processamento. O furo de poço pode ser o furo de produção, ou um tubo de escoamento de produção.

A parte superior do módulo normalmente terá conectores de

conduto de fluido e/ou de força nos mesmos locais que os respectivos co- nectores quando dispostos na superfície inferior, porém os conectores da superfície superior serão normalmente adaptados de modo a se acoplarem aos conectores da superfície inferior, de modo que os conectores da superfí- 20 cie superior possam se acoplar aos conectores da superfície inferior do mó- dulo acima. Portanto, quando a superfície superior tiver um conector macho, a superfície inferior geralmente poderá ter um conector fêmea, ou vice-versa.

Tipicamente, o módulo pode ter estruturas de suporte, tais como os pontaletes que são adaptados de modo a transferir cargas através do módulo para os pontos rígidos da tubulação. Em certas modalidades, o peso dos módulos de processamento pode ser suportado pelo mandril do furo de poço.

Em algumas modalidades, o dispositivo de processamento pode se conectar diretamente ao mandril do furo de poço. Por exemplo, os condu- tos que se conectam diretamente ao mandril podem direcionar os fluidos a serem processados para o dispositivo de processamento. O dispositivo de processamento pode opcionalmente se conectar a uma ramificação da tubu- lação, tipicamente a uma ramificação de ala de uma árvore. O dispositivo de processamento pode geralmente ter uma entrada que arrasta os fluidos de produção de um inserto desviador localizado em um conduto de estrangula- mento da ramificação da tubulação, podendo voltar os fluidos para o inserto desviador por meio de uma saída, após processamento.

O inserto desviador pode ter um desviador de fluxo de modo a dividir o conduto de estrangulamento em duas trajetórias de escoamento de fluido separadas dentro do conduto de estrangulamento, por exemplo, o cor- po de estrangulamento e, o desviador de fluxo pode ser disposto de modo a 10 controlar o escoamento de fluidos através do corpo de estrangulamento de modo que os fluidos do poço a serem processados sejam desviados ao lon- go de uma trajetória de escoamento e recuperados por outra trajetória de escoamento, para transferência para um tubo de escoamento, ou opcional- mente de volta para o poço. Opcionalmente, o desviador de fluxo tem um 15 separador para dividir o furo de ramificação em duas regiões distintas.

O poço de petróleo ou gás é tipicamente um poço submarino, mas a presente invenção é igualmente aplicável a poços de superfície. A tubulação pode ser uma tubulação de coleta na junção de vários tubos de escoamento que transportam fluidos de produção, ou transportam fluidos de 20 injeção, para uma série de poços diferentes. De maneira alternativa, a tubu- lação pode ser dedicada a um único poço, por exemplo, a tubulação pode incluir uma árvore de Natal.

Por "ramificação", entenda-se qualquer ramificação da tubula- ção, que não seja o furo de produção de uma árvore. A ramificação de ala é tipicamente uma ramificação lateral da árvore, ou pode ser uma ramificação de ala de produção ou uma ramificação de ala de coroa anular conectada a um furo de produção ou a um espaço anular, respectivamente.

Opcionalmente, o desviador de fluxo é fixado a um corpo de es- trangulamento. "Corpo de estrangulamento" pode significar o alojamento que se mantém depois de o estrangulamento padrão de uma tubulação ser re- movido. O estrangulamento pode ser um estrangulamento de árvore, ou um estrangulamento de qualquer outro tipo de tubulação. O desviador de fluxo pode ser localizado em uma ramificação da tubulação (ou em uma extensão da ramificação) em série com um estrangu- lamento. Por exemplo, em uma modalidade, na qual a tubulação compreen- de uma árvore, o desviador de fluxo pode se situar entre o estrangulador e a 5 válvula de ala de produção, ou entre o estrangulador e a saída da ramifica- ção. Outras modalidades alternativas podem ter o desviador de fluxo locali- zado na canalização acoplada à tubulação, em vez de dentro da própria tu- bulação. Tais modalidades permitem que o desviador de fluxo seja utilizado, além de um estrangulador, em vez de substituir o estrangulador.

As modalidades nas quais o desviador de fluxo é adaptado de

modo a se conectar à ramificação de uma árvore significam que o coroa- mento da árvore não precisa ser removido para se ajustar ao desviador de fluxo. As modalidades da presente invenção podem ser facilmente retroajus- tadas às árvores existentes. De preferência, o desviador de fluxo pode se 15 localizar dentro de um furo na ramificação da tubulação. Opcionalmente, uma passagem interna do desviador de fluxo fica em comunicação com o interior do corpo do estrangulador, ou outra parte da ramificação de tubula- ção.

A presente invenção oferece a vantagem de os fluidos poderem se desviar de sua trajetória habitual entre o furo de poço e a saída da ramifi- cação de ala. Os fluidos podem ser os fluidos produzidos que são recupera- dos e fazem um trajeto a partir do furo de poço para a saída de uma árvore. De maneira alternativa, os fluidos podem ser os fluidos de injeção que fazem um percurso na direção inversa para o furo de poço. Uma vez que o estran- guiador é um equipamento padrão, existem técnicas bem-conhecidas e se- guras para a remoção e substituição do estrangulador quando o mesmo se desgasta. As mesmas técnicas experimentadas e testadas podem ser usa- das para se remover o estrangulador do corpo de estrangulamento e fixar o desviador de fluxo no corpo de estrangulamento, sem o risco de vazamento dos fluidos de poço para o oceano. Isso permite que uma nova canalização seja conectada ao corpo de estrangulamento e, deste modo, possibilita um redirecionamento seguro dos fluidos produzidos, sem precisar assumir um risco considerável no momento da desconexão ou da reconexão de qualquer um dos tubos existentes (por exemplo, o cabeçote de saída).

Algumas modalidades permitem a comunicação fluida entre o furo de poço e o desviador de fluxo. Outras modalidades permitem que o 5 furo de poço se separe de uma região do desviador de fluxo. O corpo de es- trangulamento pode ser um corpo de estrangulamento de produção ou um corpo de estrangulamento de coroa anular. De preferência, a primeira ex- tremidade do desviador de fluxo é provida com um grampo para fixação a um corpo de estrangulamento ou outra peça da ramificação de tubulação. 10 Opcionalmente, o desviador de fluxo tem um alojamento cilíndrico e normal- mente a passagem interna se estende no sentido axial através do alojamen- to entre as extremidades opostas do alojamento. De maneira alternativa, uma extremidade da passagem interna fica em um lado do alojamento.

Normalmente, o desviador de fluxo inclui um meio de separação de modo a prover duas regiões distintas dentro do desviador de fluxo. Tipi- camente, cada uma destas regiões tem uma respectiva entrada e saída de modo que o fluido possa escoar por estas duas regiões de forma indepen- dente. Opcionalmente, o alojamento inclui uma porção de inserto axial.

Tipicamente, a porção de inserto axial tem a forma de um condu- 20 to. Normalmente, a extremidade do conduto se estende para além da extre- midade da alojamento. De preferência, o conduto divide a passagem interna em uma primeira região compreendendo o furo do conduto e uma segunda região compreendendo a coroa anular entre o alojamento e o conduto. Op- cionalmente, o conduto é adaptado de modo a selar o interior da ramificação 25 (por exemplo, o lado interno do corpo de estrangulamento) a fim de impedir a comunicação fluida entre a coroa anular e o furo do conduto.

De maneira alternativa, a porção de inserto axial tem a forma de uma haste. Em termos opcionais, a porção de inserto axial é provida com um tampão adaptado de modo a bloquear a saída da árvore de Natal, ou outro 30 tipo de tubulação. De preferência, o tampão é adaptado de modo a se encai- xar e selar por dentro a passagem que se conduz para a saída de uma rami- ficação da tubulação. Opcionalmente, a montagem de desviadores oferece meios para o desvio dos fluidos de uma primeira porção de uma primeira trajetória de escoamento para uma segunda trajetória de escoamento, e meios para o desvio dos fluidos de uma segunda trajetória de escoamento para uma segunda porção da primeira trajetória de escoamento. De prefe- 5 rência, pelo menos uma parte da primeira trajetória de escoamento inclui uma ramificação da tubulação. As primeira e segunda porções da primeira trajetória de escoamento podem compreender o furo e a coroa anular de um conduto.

O inserto de desviador é opcional e, em certas modalidades, o 10 dispositivo de processamento pode coletar os fluidos de um furo do poço e devolver estes fluidos para um mesmo furo ou para um outro furo, ou para uma ramificação, sem envolver um desviador de fluxo com mais de uma tra- jetória de escoamento. Por exemplo, os fluidos podem ser coletados através de um conduto simples de um único furo de um cubo de uma árvore do apa- 15 relho de processamento, e retornados para um segundo cubo da mesma árvore ou de uma outra árvore, através de um conduto simples de um único furo.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provida uma tubulação tendo um aparelho de acordo com o primeiro aspecto 20 da invenção. Tipicamente, o dispositivo de processamento é escolhido a par- tir de pelo menos um dentre: uma bomba; uma turbina de fluido de processo; um aparelho de injeção para a injeção de gás ou vapor; um aparelho de inje- ção química; um vaso de reação química; um aparelho de regulagem de pressão; um tubo ascendente de fluido; um aparelho de medição; um apare- 25 Iho de medição de temperatura; um aparelho de medição de velocidade de escoamento; um aparelho de medição de constituição; um aparelho de me- dição de consistência; um aparelho de separação de gás; um aparelho de separação de água; um aparelho de separação de elementos sólidos; e um aparelho de separação de hidrocarbonetos.

Opcionalmente, o desviador de fluxo provê uma barreira para

separar uma saída de ramificação de uma entrada de ramificação. A barreira pode separar uma saída de ramificação de um furo de produção de uma ár- vore. Opcionalmente, a barreira compreende um tampão, normalmente loca- lizado no interior do corpo de estrangulamento (ou outra parte da ramificação de tubulação) a fim de bloquear a saída de ramificação. Opcionalmente, o tampão é fixado ao alojamento por meio de uma haste que se estende axi- almente através da passagem interna do alojamento.

De maneira alternativa, a barreira compreende um conduto da montagem de desviadores encaixada dentro do corpo de estrangulamento ou outra parte da ramificação. Opcionalmente, a tubulação é provida com um conduto que liga as primeira e segunda regiões. Opcionalmente, um primeiro 10 conjunto de fluidos é recuperado a partir de um primeiro poço através de uma primeira montagem de desviadores e combinado com outros fluidos de um conduto comunal, e os fluidos combinados são em seguida desviados para uma linha de exportação através de uma segunda montagem de desvi- adores conectada a um segundo poço.

De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é pro-

vido um método de processamento de fluidos de furo de poço, o método compreendendo as etapas de: conectar um aparelho de processamento a uma tubulação, sendo que o aparelho de processamento tem um dispositivo de processamento e um conduto de extensão de furo de poço, e cujo condu- 20 to de extensão de furo de poço é conectado ao furo de poço da tubulação; desviar os fluidos de uma primeira parte do furo de poço da tubulação para o dispositivo de processamento; processar os fluidos no dispositivo de proces- samento; e retornar os fluidos processados para uma segunda parte do furo de poço da tubulação.

Tipicamente, o método é para a recuperação de fluidos de um

poço, e inclui a etapa final de desviar os fluidos para uma saída da primeira trajetória de escoamento para a recuperação dos mesmos. De maneira al- ternativa ou adicionalmente, o método é para injetar fluidos em um poço. Os fluidos podem ser passados em ambos os sentidos através da montagem de desviadores.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Várias características, aspectos e vantagens da presente inven- ção serão mais bem entendidos a partir da leitura da descrição detalhada a seguir, tendo como referência as figuras em anexo, nas quais caracteres similares representam peças similares em toda as figuras, e nas quais:

A Figura 1 é uma vista em planta de uma típica árvore de produ- ção horizontal;

A Figura 2 é uma vista lateral da árvore da Figura 1;

A Figura 3 é uma vista em planta da árvore da Figura 1 com um primeiro módulo de processamento de fluido no lugar;

A Figura 4 é uma vista lateral da disposição da Figura 3;

A Figura 5 é uma vista lateral da disposição da Figura 3 com um

outro módulo de processamento de fluido no lugar;

A Figura 6 é uma vista em planta de uma típica árvore de produ- ção vertical;

A Figura 7 é uma vista lateral da árvore da Figura 6;

A Figura 8 é uma vista lateral da árvore da Figura 6 com os pri-

meiro e segundo módulos de processamento de fluido no lugar;

A Figura 9 é um diagrama esquemático mostrando as trajetórias de escoamento da disposição da Figura 5;

A Figura 10 é um diagrama esquemático mostrando as trajetó- rias de escoamento da disposição da Figura 8;

A Figura 11 mostra uma vista em planta de um outro desenho da cabeça de poço;

A Figura 12 mostra uma vista lateral da cabeça de poço da Figu- ra 11, com um módulo de processamento; e A Figura 13 mostra uma vista frontal da cabeça de poço da Figu-

ra 11.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ESPECÍFICAS

A seguir, será descrita uma ou mais modalidades específicas da presente invenção. Estas modalidades descritas são tão-somente exempla- res da presente invenção. Além disso, em um esforço no sentido de prover uma descrição concisa destas modalidades exemplares, não será possível descrever todas as características de uma implementação em questão no presente relatório descritivo. Deve-se apreciar que no desenvolvimento de qualquer implementação em questão, como em qualquer projeto de enge- nharia ou de desenho, inúmeras decisões específicas à cada implementação devem ser tomadas de modo a se atingir os objetivos específicos dos de- 5 senvolvedores, tais como a conformidade às limitações relacionadas ao sis- tema e ao negócio, que podem variar de uma implementação para outra. Além disso, deve-se apreciar que esse esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas que, no entanto, virá a ser uma rotina de con- cepção do projeto, fabricação, e produção para aqueles versados na técnica 10 tendo o benefício desta descrição.

Com referência a seguir aos desenhos, uma típica produção de tubulação em uma cabeça de poço de petróleo ou de gás offshore inclui uma árvore de Natal com um furo de produção 1 originado de uma tubulação de produção (não mostrada) e que transporta os fluidos de produção de uma 15 região perfurada de um tubo de revestimento de produção em um reservató- rio (não mostrado). Um espaço anular 2 (vide Figura 9) resulta em uma co- roa anular entre o tubo de revestimento e a tubulação de produção. Um co- roamento de árvore tipicamente veda o furo de produção 1, e provê diversos canais de controle hidráulico por meio dos quais uma plataforma remota ou 20 um vaso de intervenção poderá se comunicar com e operar as válvulas da árvore de Natal. O coroamento é removível da árvore de Natal, a fim de ex- por o furo de produção no caso de ser necessária uma intervenção ou quan- do precisarem ser inseridas ferramentas no furo de poço. Nas árvores hori- zontais atuais mostradas nas Figuras 1 a 5, um furo de produção de grande 25 diâmetro 1 é provido no sentido de alimentar os fluidos de produção direta- mente para uma ramificação de ala de produção 10 a partir da qual os mes- mos são recuperados.

O escoamento de fluidos através dos furos de produção e dos espaços anulares é feito por meio das diversas válvulas mostradas nas dis- posições esquemáticas das Figuras 9 e 10. O furo de produção 1 tem uma ramificação 10 que é fechada por uma válvula de ala de produção PWV. Uma válvula de limpeza de produção PSV fecha o furo de produção 1 acima da ramificação 10, e uma válvula mestre de produção PMV fecha o furo de produção 1 abaixo da ramificação 10.

O espaço anular 2 é fechado por uma válvula mestre de coroa anular AMV abaixo de uma saída de coroa anular controlada por uma válvu- 5 Ia de ala de coroa anular AWV. Uma válvula de limpeza de coroa anular ASV fecha a extremidade superior do espaço anular 2.

Todas as válvulas da árvore são tipicamente controladas de ma- neira hidráulica por meio de canais de controle hidráulico que passam pelo coroamento e pelo corpo do aparelho ou por meio de mangueiras, conforme necessário, em resposta aos sinais gerados a partir da superfície ou de um vaso de intervenção.

Quando fluidos de produção devem ser recuperados a partir do furo de produção 1, a válvula PMV é aberta, a válvula PSV é fechada, e a válvula PWV é aberta de modo a abrir a ramificação 10, que se conduz para 15 um tubo de escoamento de produção ou oleoduto 20. As válvulas PSV e VSA de modo geral só são abertas quando uma intervenção se faz necessá- ria.

A ramificação de ala 10 tem um corpo de estrangulamento 15a no qual é disposto um estrangulador de produção 16 a fim de controlar o escoamento de fluidos através do corpo de estrangulamento e a saída atra- vés do tubo de escoamento de produção 20.

A tubulação do furo de produção 1 tipicamente compreende uma primeira chapa 25a e uma segunda chapa 25b espaçadas entre si, em uma relação vertical uma à outra por meio de pontaletes de suporte 14a, de modo 25 que a segunda chapa 25b seja apoiada pelos pontaletes 14a diretamente acima da primeira chapa 25a. O espaço entre a primeira chapa 25a e a se- gunda chapa 25b é ocupado pelos condutos de fluido da ramificação de ala

10, e pelo corpo de estrangulamento 15a. O corpo de estrangulamento 15a é geralmente montado sobre a primeira chapa 25a, e acima da mesma, a se- gunda chapa 25b terá de modo geral uma seção cortada a fim de facilitar o acesso ao estrangulador 16 em uso.

A primeira chapa 25a e a segunda chapa 25b têm, cada qual, uma abertura central axialmente alinhada uma à outra e um furo de produ- ção 1 a fim de permitir a passagem do mandril central 5 do furo de poço, o qual se projeta entre as chapas 25 e se estende através da superfície supe- rior da segunda chapa de modo a permitir acesso ao furo de poço a partir de 5 cima da cabeça de poço para fins de intervenção. A extremidade superior do mandril central é opcionalmente fechada com a tampa de árvore ou com uma cobertura de resíduos (não mostrada nos desenhos) a fim de vedar o furo de poço em uma operação normal.

Com referência a seguir às Figuras 3 e 4, o estrangulador con- vencional 16 foi retirado do corpo de estrangulamento 15a, e substituído por um desviador de fluido que coleta os fluidos da ramificação de ala 10 e des- via os mesmos através de um espaço anular do corpo de estrangulamento para um conduto 18a que alimenta os mesmos para um primeiro módulo de processamento 35b. A segunda chapa 25b pode opcionalmente atuar como uma plataforma para a montagem do primeiro módulo de processamento 35b. Um segundo conjunto de pontaletes 14b é montado sobre a segunda chapa 25b diretamente acima do primeiro conjunto de pontaletes 14a, e os segundos pontaletes 14b apóiam uma terceira chapa 25c acima da segunda chapa 25b da mesma maneira que os primeiros pontaletes 14a apóiam a segunda chapa 25b acima da primeira chapa 25a. Opcionalmente, o primeiro módulo de processamento 35b disposto sobre a segunda chapa 25b tem uma base que se assenta sobre os pés definidos diretamente alinhados com os pontaletes 14 a fim de transferir cargas eficientemente para as pontas rígidas da árvore. Opcionalmente, as cargas podem ser direcionadas através do mandril do furo de poço, e os pontaletes e os pés podem ser omitidos.

O primeiro módulo de processamento contém um dispositivo de processamento para processar os fluidos de produção da ramificação de ala

10. Muitos tipos diferentes de dispositivos de processamento podem ser u- sados na presente invenção. Por exemplo, o dispositivo de processamento pode compreender uma bomba ou uma turbina de fluido de processo, a fim de aumentar a pressão dos fluidos de produção. De maneira alternativa ou adicionalmente, o aparelho de processamento pode injetar gás, vapor, água do mar, ou outro material nos fluidos. Os fluidos passam do conduto 18a pa- ra o primeiro módulo de processamento 35b e após tratamento ou proces- samento, passam por um segundo corpo de estrangulamento 15b fechado com uma tampa, e que retorna os fluidos de produção processados para o 5 primeiro corpo de estrangulamento 15a através de um conduto de retorno 19a. Os fluidos de produção processados passam pelo conduto axial central do desviador de fluido do corpo de estrangulamento 15a, e saem do mesmo por meio de uma trajetória de escoamento de produção 20. Depois de os fluidos processados saírem do corpo de estrangulamento 15a, os mesmos 10 podem ser recuperados através de um oleoduto normal de volta para a su- perfície, ou reinjetados em um poço, ou podem ser manipulados ou ainda processados de qualquer outra forma desejável.

Uma injeção de gás poderá ser vantajosa, uma vez que a mes- ma faz os fluidos "subirem". A adição de vapor tem o efeito de adicionar e- nergia aos fluidos.

Uma injeção de água do mar em um poço poderia ser útil no sentido de aumentar a pressão de formação para a recuperação de hidro- carbonetos do poço, e manter a pressão na formação subterrânea contra deformação. Da mesma forma, uma injeção de gases de refugo ou detritos 20 de perfuração, etc., em um poço elimina a necessidade do descarte destes na superfície, o que pode ser caro e ambientalmente prejudicial.

O dispositivo de processamento pode também permitir que pro- dutos químicos sejam adicionados aos fluidos, por exemplo, moderadores de viscosidade, que afinam os fluidos, tornando-os mais fáceis de bombear, ou 25 moderadores de fricção de revestimento de tubo, que minimizam o atrito en- tre os fluidos e os tubos. Outros exemplos de produtos químicos que podem ser injetados são os tensoativos, os refrigerantes, bem como os produtos químicos de fratura de poço. O dispositivo de processamento pode também compreender um equipamento de eletrólise de água por injeção. Os materi- 30 ais injetados com produtos químicos podem ser adicionados através de um ou mais condutos de entrada extras.

O dispositivo de processamento pode também compreender um tubo ascendente de fluido, o qual pode prover uma rota alternativa entre o furo de poço e a superfície. Isto poderá ser muito útil caso, por exemplo, a ramificação 10 fique bloqueada.

De maneira alternativa, o dispositivo de processamento pode 5 compreender um equipamento de separação, por exemplo, para a separa- ção de gás, água, areia / resíduos e/ou hidrocarbonetos. O componente se- parado pode ser sifonado através de um ou mais processos.

O dispositivo de processamento pode de maneira alternativa ou adicionalmente incluir um aparelho de medição, por exemplo, para medir a 10 temperatura / a vazão / a constituição / a consistência, etc. A temperatura pode, então, ser comparada com as leituras de temperatura feitas a partir do fundo do poço a fim de calcular a mudança de temperatura nos fluidos pro- duzidos. Além disso, o dispositivo de processamento pode incluir um equi- pamento de eletrólise de água por injeção.

As modalidades alternativas da presente invenção podem ser

utilizadas tanto para a recuperação de fluidos de produção, como para a in- jeção de fluidos, e o tipo do aparelho de processamento poderá ser selecio- nado, conforme o caso.

Um desviador de fluido adequado para uso no corpo de estran- gulamento 15a na modalidade da Figura 4 é descrito no Pedido W0/2005/047646, cuja descrição é incorporada ao presente documento à guisa de referência.

O dispositivo de processamento é mostrado nas áreas sombrea- das do módulo de processamento 35b, conforme indicado na vista em planta 25 da Figura 3, e uma área central axial não possui nenhum dispositivo de pro- cessamento, e aloja um primeiro conduto de extensão de mandril 5b. Em sua extremidade inferior, próxima à segunda chapa 25b, o primeiro conduto de extensão de mandril 5b tem um soquete de modo a alojar a extremidade macho do mandril de furo de poço 5 que se estende através da superfície 30 superior da segunda chapa 25b, conforme mostrado na Figura 2. O soquete é dotado de dispositivos de conexão a fim de vedar o conduto de extensão 5b no mandril 5, e o soquete é escalonado na superfície interna do conduto de extensão de mandril 5b, de modo que o furo interno do mandril 5 fique contínuo com o furo interno do conduto de extensão de mandril 5b e seja vedado no mesmo. Quando o conduto de extensão de mandril 5b for conec- tado ao mandril 5, o mesmo efetivamente estenderá o furo do mandril 5 para 5 cima através da superfície superior da terceira chapa 25c na mesma exten- são, à medida que o mandril 5 se estende ao longo da segunda chapa 25b, conforme mostrado na Figura 2.

A superfície superior da terceira chapa 25c através da qual o primeiro conduto de extensão de mandril 50 se projeta, conforme mostrado 10 na Figura 4, tem, portanto, o mesmo perfil (no que diz respeito ao mandril do furo de poço) da árvore básica mostrada na Figura 1. O conduto de extensão de mandril 5b pode ser tapado. As demais características da superfície su- perior da terceira chapa 35c são também dispostas tal como na árvore bási- ca, por exemplo, os pontos rígidos para o mancai de peso são providos pe- 15 Ios pontaletes 14, e quaisquer conexões de fluido que podem ser necessá- rias (por exemplo, os condutos hidráulicos de sinal da face superior da se- gunda chapa 25b necessários para operar os instrumentos da árvore) po- dem ter condutos contínuos que provêem uma interface entre a terceira cha- pa 25c e a segunda chapa 25b.

A terceira chapa 25c tem uma seção recortada a fim de permitir

acesso ao segundo corpo de estrangulamento 15b, mas esta chapa pode ser espaçada do primeiro corpo de estrangulamento 15a, e não precisa ficar diretamente acima do mesmo. Isto mostra que, embora seja vantajoso, em determinadas circunstâncias, que o conduto que se adapta à árvore básica 25 fique no mesmo lugar sobre a superfície superior que o seu recurso corres- pondente se localiza sobre a chapa inferior, isto não é de forma alguma ne- cessário, e os condutos de ligação (tais como os condutos 18 e 19) podem ser direcionados em torno dos dispositivos de processamento, conforme de- sejado.

Os pontaletes de guia 14 podem opcionalmente ser dispostos

como os pontaletes de perfuração 14' que se estendem em um sentido as- cendente a partir da superfície superior das chapas, e se acoplam aos so- quetes que faceiam para baixo 14" na base do módulo de processamento acima dos mesmos, conforme mostrado na Figura 4. De qualquer maneira, será vantajoso (porém, não essencial) que os pontaletes de suporte sobre um módulo inferior fiquem diretamente abaixo dos mesmos em um módulo 5 superior, de modo a melhorar as características de rolamento de peso do aparelho. Um painel de controle 34b pode ser provido para o controle do módulo de processamento 35b. No exemplo mostrado na Figura 4, o módulo de processamento compreende uma bomba.

Com referência a seguir à Figura 5, um segundo módulo de pro- 10 cessamento 35c tem diso instalado sobre a superfície superior da terceira chapa 25c. A tampa cega do segundo corpo de estrangulamento 15b é subs- tituída por um desviador de fluido 17b similar ao desviador que ocupa agora o primeiro corpo de estrangulamento 15a. O desviador 17b é provido com condutos de fluido 18b e 19b a fim de enviar fluidos para o segundo módulo 15 de processamento 35c e retornar os mesmos, através de um outro corpo de estrangulamento fechado 15c, para transferência novamente para o primeiro corpo de estrangulamento 15a, para mais um tratamento, recuperação ou injeção, conforme previamente descrito.

Acima do segundo módulo de processamento 35c encontra-se uma quarta chapa 25d, com as mesmas áreas de cobertura das segunda e terceira chapas, com pontaletes de guia 14" e conectores de fluido, etc., nos mesmos locais. O segundo módulo de processamento 35c, que pode incor- porar um diferente dispositivo de processamento com relação ao primeiro módulo 35b, por exemplo, um dispositivo de dosagem química, é também construído em torno de um segundo conduto de extensão de mandril central 5c, que fica axialmente alinhado ao furo de mandril 5 e à primeira extensão 5b. O mesmo tem soquetes e vedações a fim de conectar o primeiro conduto de extensão de mandril exatamente como o primeiro conduto de extensão 5b se conecta ao mandril 5, de modo que o mandril efetivamente se estenda de maneira contínua ao longo das duas unidades de processamento 35b e 35c e apresente o mesmo perfil de topo que a cabeça de poço básica, facili- tando, assim, a intervenção por meio do uso de um equipamento convencio- nal sem ter de retirar as unidades de processamento.

As unidades de processamento podem ser dispostas em parale- lo ou em série. As Figuras 6 a 8 mostram uma outra modalidade de árvore vertical. As peças similares entre as duas modalidades receberam os mes- 5 mos numerais de referência aumentados em 100.

Na modalidade mostrada nas Figuras 6 a 8, a árvore vertical é dotada de um mandril central 100 com um furo de produção 101 e um espa- ço anular 102 (vide Figura 6). O furo de produção 101 alimenta o estrangu- lador de produção 116p de um corpo de estrangulamento de produção 115p através de uma ramificação de ala de produção 110, e o furo anular 102 ali- menta o estrangulador de coroa anular 116a em um corpo de estrangula- mento de coroa anular 115a através de uma ramificação de ala de coroa anular 111. A árvore tem um coroamento 106 a fim de vedar o mandril e os furos de produção e de coroa anular, localizados no topo de uma segunda chapa 125b disposta diretamente acima de uma primeira chapa inferior 125a, conforme previamente descrito. A segunda chapa 125b é suportada pelos pontaletes tubulares 114a, e pelos pontaletes de guia 114' que se es- tendem a partir da superfície superior da segunda chapa 125b. São providos controles de ROV (robô submarino de controle remoto) em um painel de controle 134, como na primeira modalidade.

A Figura 8 mostra um primeiro módulo de processamento 135b disposto sobre o topo da segunda chapa 125b, conforme previamente des- crito. O primeiro módulo de processamento 135b é dotado de um espaço axial central para o primeiro conduto de extensão de mandril 105b, com os 25 seus dispositivos de processamento (por exemplo, uma bomba) deslocados do eixo geométrico central, conforme previamente descrito. Um segundo módulo de processamento 135c se localiza no topo do primeiro módulo, da mesma maneira conforme descrita com referência à modalidade da Figura 5. O segundo módulo de processamento 135c tem ainda um espaço axial cen- 30 trai para o segundo conduto de extensão de mandril 105c, com os dispositi- vos de processamento alojados no segundo módulo de processamento 135c deslocados do eixo geométrico central, conforme previamente descrito. O segundo módulo de processamento 135c sendo pode compreender um dis- positivo de injeção química. O segundo conduto de extensão de mandril 105c se conecta ao primeiro conduto 105b, conforme acima descrito com relação à primeira modalidade.

5 Os fluidos de produção são direcionados do corpo de estrangu-

lamento de produção 115p por meio de um desviador de fluido 117p, con- forme acima descrito, através da formação de tubos 118p e 119p para o pri- meiro módulo de processamento 135b, e novamente para o corpo de es- trangulamento 115p para uma transmissão contínua através do tubo de es- 10 coamento 120. Opcionalmente, os fluidos tratados podem passar por outros módulos de tratamento dispostos em série com o primeiro módulo,e empi- lhados sobre o topo do segundo módulo, conforme acima descrito.

Os fluidos que sobem pela coroa anular são direcionados a partir do corpo de estrangulamento de coroa anular 115a por meio de um desvia- 15 dor de fluido 117a, conforme acima descrito, através da formação de tubos 118a e 119a, para o segundo módulo de processamento 135c, e novamente para o corpo de estrangulamento 115a para transmissão contínua. Opcio- nalmente, os fluidos tratados podem passar por outros módulos de tratamen- to dispostos em série com o segundo módulo, e empilhados sobre o topo do 20 segundo ou outros módulos, conforme acima descrito.

As Figuras 11 a 13 mostram uma modalidade alternativa, na qual a cabeça de poço é dotada dos módulos de processamento empilha- dos, conforme previamente descrito, mas nos quais, o inserto especial de desviador de dois furos 17 do corpo de estrangulamento 15 é substituído por 25 um sistema saltador de um único furo. Na modalidade modificada mostrada nestas figuras, a mesma numeração foi usada, mas com a centena 200 adi- cionada aos numerais de referência. Os fluidos de produção sobem pelo furo de produção 201, e passam pela ramificação de ala 211, mas, ao invés de passar deste ponto para o corpo de estrangulamento 215, os mesmos são 30 desviados para uma passagem de saltador de um único furo 218 e dali para o módulo de processo 235. Depois de serem processados, os fluidos esco- am do módulo de processo através de um tubo de retorno de um único furo 219 para o corpo de estrangulamento 215, onde os mesmos passam pelo estrangulador convencional 216 e saem pela saída do corpo de estrangula- mento 220. A presente modalidade ilustra o pedido da presente invenção com relação a tubulações sem desviadores de fluxo concêntricos de dois furos nos corpos de estrangulamento.

As modalidades da presente invenção provêem um acesso de intervenção às árvores e a outras tubulações com módulos de tratamento da mesma forma como se poderia ter acesso a árvores ou outras tubulações sem tais módulos de tratamento. As superfícies superiores do módulo mais 10 superior das modalidades da presente invenção são dispostas de modo a apresentar a mesma área de cobertura que a árvore básica ou tubulação, de modo que o equipamento de intervenção possa se assentar sobre o topo dos módulos, e se conectar diretamente ao furo da tubulação sem perda de tempo na remoção ou redisposição dos módulos, e, desta forma, economi- 15 zando tempo e custos.

As modificações e aperfeiçoamentos da presente invenção po- dem ser incorporados sem se afastar do âmbito de aplicação da presente invenção. Por exemplo, a montagem pode ser fixada a um espaço anular ao invés de ser fixada em um furo de produção.

Quaisquer dentre as modalidades que são mostradas conecta-

das a uma ramificação de ala de produção podem ser conectadas a uma ramificação de ala de espaço anular ou a qualquer outra ramificação da ár- vore, ou a outra tubulação. Determinadas modalidades podem ser conecta- das a outras peças da ramificação de ala, e não são necessariamente fixa- 25 das a um corpo de estrangulamento. Por exemplo, estas modalidades po- dem se localizar em séries com um estrangulador, em um ponto diferente na ramificação de ala.

Embora a presente invenção possa ser suscetível a várias modi- ficações e formas alternativas, foram mostradas modalidades específicas à guisa de exemplo nos desenhos e descritas em detalhe no presente docu- mento. No entanto, deve-se entender que a presente invenção não se limita às formas particulares apresentadas. Em contrapartida, a presente invenção deve abranger todas essas modificações, equivalentes, e alternativas que recaiam dentro do espírito e âmbito de aplicação da presente invenção, con- forme definida pelas reivindicações em apenso a seguir.

Claims

1. Sistema, compreendendo: - um primeiro módulo configurado de modo a processar um flui- do de um poço, em que o primeiro módulo compreende: - um conduto de extensão dotado de uma conexão acoplável ao mandril central de uma tubulação; - um dispositivo de processamento disposto em uma região em torno do conduto de extensão; - uma entrada de processamento; e - uma saída de processamento.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual a tubula- ção compreende uma árvore de natal.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual o dispositi- vo de processamento compreende uma bomba, uma turbina de fluido de processo, um aparelho de injeção para injetar gás ou vapor, um aparelho de injeção química, um vaso de reação química, um aparelho de regulagem de pressão, um tubo ascendente de fluido, um aparelho de medição, um apare- lho de medição de temperatura, um aparelho de medição de velocidade de escoamento, um aparelho de medição de constituição, um aparelho de me- dição de consistência, um aparelho de separação de gás, um aparelho de separação de água, um aparelho de separação de sólidos, um aparelho de separação de hidrocarbonetos, ou uma combinação dos mesmos.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual a entrada de processamento compreende uma primeira trajetória de escoamento que se estende entre um furo da tubulação e o dispositivo de processamento, e no qual a saída de processamento compreende uma segunda trajetória de escoamento que se estende entre uma saída do dispositivo de processa- mento e uma saída de produção. —

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual o primeiro módulo é configurado de modo a se acoplar a um segundo módulo configu- rado de modo a processar os fluidos de um poço.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, no qual o segundo módulo é conectado em série ao primeiro módulo.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, no qual o primeiro módulo compreende uma segunda entrada de processamento e uma segun- da saída de processamento, cada qual compreendendo uma trajetória de escoamento configurada de modo a se acoplar ao segundo módulo.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo: - uma interface inferior, compreendendo um conduto de exten- são; e - uma estrutura rígida, compreendendo: - uma superfície superior; e - uma superfície inferior; - em que o dispositivo de processamento fica contido entre a superfície superior e a superfície inferior.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, no qual o primeiro módulo é empilhável a um segundo módulo.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, no qual o primeiro módulo compreende uma interface superior acoplável a uma interface inferi- or do segundo módulo.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, no qual o primeiro módulo compreende um primeiro desviador configurado de modo a se aco- plar a um segundo desviador do segundo módulo.

12. Desviador, compreendendo: - uma primeira trajetória de escoamento, compreendendo: - uma primeira entrada acoplável ao furo de uma tubulação; e - uma primeira saída acoplável à unidade de processamento de um módulo de processamento, no qual o módulo de processamento é confi- gurado de modo a processar os fluidos de um poço e acoplável ao mandril central da tubulação; e - uma segunda trajetória de escoamento, compreendendo: - uma segunda entrada acoplável a uma saída de produção do módulo de processamento; - uma segunda saída acoplável a uma saída de produção.

13. Desviador, de acordo com a reivindicação 12, em que o des- viador é configurado de modo a se montar em uma ramificação da tubula- ção.

14. Desviador, de acordo com a reivindicação 12, no qual a tubu- lação compreende uma árvore.

15. Desviador, de acordo com a reivindicação 14, em que o des- viador é configurado de modo a ficar disposto em um corpo de estrangula- mento da árvore.

16. Desviador, de acordo com a reivindicação 15, no qual a se- gunda saída fica em comunicação com uma saída de produção do corpo de estrangulamento.

17. Desviador, de acordo com a reivindicação 12, em que o des- viador compreende uma primeira trajetória de escoamento em comunicação com a primeira saída, e uma segunda trajetória de escoamento fica entre a segunda entrada e a segunda saída.

18. Sistema de poço modular, compreendendo: - um desviador que compreende uma primeira trajetória de es- coamento e uma segunda trajetória de escoamento; e - um módulo de processamento configurado de modo a ficar a- copiado ao mandril central de uma tubulação, em que o módulo de proces- samento fica em comunicação fluida com a primeira trajetória de escoamen- to e a segunda trajetória de escoamento.

19. Sistema de poço modular, de acordo com a reivindicação 18, compreendendo uma tubulação que compreende um mandril central tendo um furo em comunicação fluida com a primeira trajetória de escoamento.

20. Sistema de poço modular, de acordo com a reivindicação 19, no qual o fluido é configurado de modo a escoar do furo para o módulo de processamento através da primeira trajetória de escoamento e o fluido é configurado de modo a ser direcionado para uma saída através da segunda trajetória de escoamento.

21. Sistema de poço modular, de acordo com a reivindicação 19, no qual o fluido é configurado de modo a escoar para o módulo de proces- sarnento através da segunda trajetória de escoamento e direcionado para o furo através da primeira trajetória de escoamento.

22. Método de processamento de fluidos de poço, compreen- dendo as etapas de: - desviar os fluidos do furo de uma tubulação para um módulo de processamento, em que o módulo de processamento é acoplado a um man- dril da tubulação; - processar os fluidos no módulo de processamento; e - retornar os fluidos a uma trajetória de escoamento para recupe- ração.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, no qual a etapa de processar compreende a passagem dos fluidos para uma bomba, uma turbina de fluido de processo, um aparelho de injeção para a injeção de gás ou vapor, um aparelho de injeção química, um vaso de reação química, um aparelho de regulagem de pressão, um tubo ascendente, um aparelho de medição, um a- parelho de medição de temperatura, um aparelho de medição de velocidade de escoamento, um aparelho de medição de constituição, um aparelho de me- dição de consistência, um aparelho de separação de gás, um aparelho de se- paração de água, um aparelho de separação de sólidos, um aparelho de sepa- ração de hidrocarbonetos, ou uma combinação dos mesmos.

24. Sistema de poço, compreendendo: - um módulo de processamento configurado de modo a se aco- plar diretamente ao topo de uma tubulação, o módulo de processamento compreendendo uma entrada configurada de modo a ficar em comunicação fluida com um furo da tubulação e uma saída configurada de modo a ficar em comunicação fluida com uma saída de fluido da tubulação.

25. Sistema de poço, de acordo com a reivindicação 24, no qual o módulo de processamento compreende uma extensão de conduto, em que o módulo de processamento é configurado de modo a se acoplar ao topo da tubulação através da extensão de conduto, e em que a extensão de conduto compreende um furo configurado de modo a se alinhar a um furo da tubula- ção.