BRPI0803646A2 - sistema de despressurização de anulares entre revestimentos em poços produtores - Google Patents

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Abstract

A presente invenção trata de um sistema de despressurização de espaços anulares (3) entre revestimentos na atividade de perfuração de poços produtores de petróleo e outros fluidos, de forma a garantir uma comunicação hidráulica efetiva entre o espaço anular (3) pressurizado e a base da região da rocha exposta (4) a ser fraturada durante a despressurização, mesmo que haja a deposição de partículas sólidas com o consequente isolamento hidráulico. O sistema proposto é constituído de um dispositivo de controle de fluxo (11), um tubo de comunicação (12) entre dois pontos no espaço anular (3) e um dispositivo de isolamento (13) acoplado a um centralizador da coluna de revestimento mais rasa (1), permitindo a aproximação entre a saída do fluido pressurizado e a parede do poço. Esta proposta de invenção possui características que garantem que o sistema utilizado não fique entupido com depósito de sólidos com o passar do tempo durante a descida de revestimentos destes poços.

Description

SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção trata de um sistema de despressurização deanulares entre revestimentos na atividade de perfuração de poçosprodutores de forma a garantir uma comunicação efetiva entre o espaçoanular pressurizado e a rocha a ser fraturada durante a despressurização,mesmo que haja a deposição de sólidos com o conseqüente isolamentohidráulico entre o fluido pressurizado e a rocha citada. Esta proposta deinvenção possui características que garantem que o sistema utilizado nãofique entupido com depósito de sólidos com o passar do tempo após adescida e cimentação dos revestimentos destes poços.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Em poços produtores de hidrocarbonetos e/ou de água com altastemperaturas ocorre o aumento da temperatura e da pressão nos espaçosanulares, entre a coluna de revestimento mais profunda (posicionadaexternamente à coluna de perfuração retirada após atingir a profundidadedo reservatório) e a coluna de revestimento mais rasa (interna à parede dopoço), pela expansão térmica dos fluidos contidos nestes.
Èm casos especiais, o aumento de temperatura pode produzir umaumento na pressão do espaço anular, decorrente da expansão dosfluidos de perfuração remanescentes nesta cavidade, em tal magnitudeque pode superar os limites de resistência ao colapso dos revestimentosafetados.
Uma forma comum de atenuação do problema é manter o topo docimento abaixo da sapata (parte do alicerce sobre o qual se levantam asparedes) da coluna de revestimento mais rasa para que haja adespressurização deste espaço anular pela formação de fratura na baseda parede do poço ou abaixo desta sapata. Em casos especiais, o inícioda produção pode acontecer vários meses após a completação do poço,com a deposição de partículas do fluido de perfuração (bentonita oubaritina) na parte inferior (ou abaixo) deste espaço anular a ponto depromover um isolamento hidráulico entre o espaço anular pressurizado e arocha posicionada abaixo da profundidade da sapata do revestimento maisraso, impossibilitando a despressurização deste espaço anular.
A presente invenção tem o objetivo de garantir uma comunicaçãohidráulica efetiva entre o espaço anular pressurizado e a rocha a serfraturada, utilizando um sistema de despressurização neste espaço anularentre os revestimentos, mesmo que ocorra a deposição de sólidos com oconseqüente isolamento hidráulico. Esta novidade possui combinaçõesque garantem que o sistema proposto não fique entupido por depósito desólidos com o passar do tempo. Esta invenção deve ser utilizada nasatividades de perfuração de poços, com sua instalação durante a descidade revestimentos destes poços.
ESTADO DA TÉCNICA
A perfuração de um poço de petróleo, realizada através de umasonda do tipo rotativa, consiste no avanço obtido pela rotação e pesoaplicados por uma broca existente na extremidade de uma coluna deperfuração. Os fragmentos (cascalhos) da rocha perfurada sãocontinuamente removidos por um fluido de perfuração.
Atingida a profundidade do reservatório, retira-se a coluna deperfuração e uma coluna de revestimento de aço é colocada internamenteao poço perfurado. Em seguida é bombeado um volume de pasta decimento, entre a superfície externa do revestimento e a parede do poçoperfurado, de modo a fixar o revestimento nesta posição. Concluída aperfuração, prossegue-se com as atividades de revestimento, cimentaçãoe, caso necessário, o canhoneio (criação de orifícios de comunicaçãoentre o interior do revestimento e a formação ou rocha produtora). A estaetapa designa-se o nome de completação, ou seja, o conjunto deatividades destinadas a equipar um poço para a produção de óleo ou gás.O espaço anular entre as colunas de revestimento e as paredes dopoço é cimentado com a finalidade de isolar as rochas atravessadas pelabroca, permitindo então o avanço da perfuração com segurança.
O programa de revestimento consiste basicamente em um processosistematizado de inserir as tubulações com especificações pré-estabelecidas, seguidas de cimentações, isolando assim, os fluidos dasvárias formações permo-porosas atravessadas durante a construção dopoço no momento em que este poço começar a produzir.
O revestimento tem como função prevenir desmoronamentos, evitara contaminação de água potável, controlar pressões, impedir migração defluidos, sustentar a estrutura de cabeça do poço, sustentar outrosrevestimentos, isolar a água da formação produtora, alojar equipamentosde elevação artificial e confinar a produção.
Ao se perfurar um poço de petróleo, gera-se uma determinadainstabilidade no sistema que se encontra equilibrada. Conhecer osfenômenos envolvidos, quantificar sua intensidade e minimizar seusefeitos nas operações realizadas, constitui-se em um grande desafio paraa engenharia de perfuração de poços de petróleo.
A utilização de um fluido é essencial na perfuração de um poço e osucesso da operação depende da composição e das propriedades dofluido escolhido que pode exercer diversas funções, dentre elas, a decontrolar a pressão para evitar a entrada de fluxos de óleo, gás ou águaprovenientes das rochas perfuradas e a de criar um filme quaseimpermeável na parede do poço pela deposição de partículas sólidaspresentes no fluido com a mesma finalidade. As partículas sólidas citadaspermanecem em suspensão no fluido se este estiver em movimento, mastendem a sedimentar com o tempo se o fluido ficar imóvel por temposuficiente. O problema de aumento da pressão do anular de poços jáproduziu prejuízos elevados, com perda total de vários poços produtoresno Golfo do México.Atualmente este problema tem sido contornado com válvulas dealívio de pressão instaladas no revestimento mais raso para drenagem dapressão do anular. Estas válvulas de alívio funcionam como dispositivosde cisalhamento e tem os inconvenientes de reduzir a pressão internamáxima admitida para este revestimento mais raso e da reduzidaconfiabilidade na precisão da pressão de ruptura destas válvulas.
Outra alternativa é o uso de colunas de produção com isolamentotérmico. Esta coluna denominada "vacuum insulated tubing" (VIT) temcusto muito elevado, prejudica e atrasa a operação de descida de colunasde produção nos poços.
A patente US 6,520,254 descreve um sistema e processo para gerarum caminho alternativo de fluxo utilizado em operações de fratura e"gravei pack" (contenção de areia) na completação de perfuração depoços.
O sistema proposto difere desta patente anterior por não ser instaladoem telas de contenção de areia e o mecanismo proposto não ter o objetivode participar ativamente durante as operações de bombeio de fluido. Osistema proposto é simples e barato. Trata-se de um tubo de pequenodiâmetro instalado na parte externa do revestimento mais profundo que fazparte do espaço anular.
O sistema proposto é um mecanismo passivo e de acionamento peloaumento natural da pressão, por aumento da temperatura do fluidoconfinado e, em um momento posterior, ao final de qualquer operação debombeio, realizado no espaço anular considerado.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção propõe um sistema de despressurização deespaços anulares entre revestimentos de poços produtores que écomposto por três dispositivos que garantem uma comunicação efetivaentre o espaço anular pressurizado e a base da rocha a ser fraturadadurante o processo de despressurização, mesmo ocorrendo a deposiçãode sólidos com um conseqüente isolamento hidráulico.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Para que o entendimento da invenção fique mais claro, as figurasem anexo ilustram a forma de aplicação e instalação do sistema propostoque deverá ser verificado em conjunto com a descrição da invenção.
A Figura 1 ilustra o esquema típico de poço produtor de petróleo ououtro fluido.
A Figura 2 ilustra o esquema típico de poço produtor de petróleo oude outro fluido após a sedimentação de partículas do fluido de perfuração.
A Figura 3 ilustra o esquema típico de poço produtor de petróleo ououtro fluido com o sistema de despressurização de anulares derevestimentos instalado.
A Figura 4 ilustra a vista frontal dos componentes do sistema dedespressurização de anulares de revestimentos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
O sistema proposto visa evitar que a pressão do espaço anularisolado supere valores que produzam danos nas colunas de revestimentopor colapso (pressão externa na coluna) ou por pressão interna.
A Figura 1 ilustra um esquema típico de poço produtor de petróleoou outro fluido contendo: coluna de revestimento mais rasa (1); coluna deprodução (2) com fluxo de fluidos com altas temperaturas; espaço anular(3) com lama e outros fluidos de perfuração; região da rocha exposta (4)que pode ser fraturada para despressurização do espaço anular (3);coluna de revestimento mais profunda (5); formações geológicas (6)atravessadas pelo poço; sapata (7) da coluna de revestimento mais rasa(1) e cimentação (8) da base dos revestimentos.
O objetivo deste sistema é manter a pressão interna do espaçoanular (3), compreendido entre a coluna de revestimento mais profunda (5)a ser protegida por falha por colapso e uma coluna de revestimento maisrasa (1) instalada anteriormente, abaixo de determinada pressão limite deresistência ao colapso do revestimento.
A Figura 2 ilustra um esquema típico de poço produtor de petróleoou de outro fluido, após sedimentação de partículas do fluido deperfuração no espaço anular (3) com uma região pressurizada (9), quecom a elevação da temperatura, a pressão fica aprisionada e semcondições de ser drenada; em razão da formação de uma região comdepósito de sólidos (10) presente no fluido de perfuração.
A novidade proposta promove uma despressurização deste espaçoanular (3) pela comunicação hidráulica entre a região pressurizada (9) e aregião da rocha exposta (4), capaz de drenar esta pressão pela absorçãode volumes variados de fluidos (líquidos e/ou gasosos) pela rocha de umaformação qualquer cuja pressão elevada do fluido promoverá a injeçãodeste fluido contido no espaço anular (3).
A Figura 3 ilustra um esquema típico de poço produtor de petróleoou outro fluido, mostrando o sistema de despressurização de anulares derevestimentos contendo: dispositivo de controle de fluxo (11); tubo decomunicação (12) entre dois pontos no espaço anular (3); dispositivo deisolamento acoplado (13) a um centralizador da coluna de revestimentomais rasa (1), permitindo a aproximação entre o orifício de saída do fluidopressurizado e a parede do poço. O tubo de comunicação (12) pode sercomposto por um ou mais tubos interligados ou contínuos, com quaisquerseções transversais, incluindo seções circulares, elípticas, retangulares ou,até, por tubos concêntricos com a coluna de revestimento mais rasa (5) aser protegida. O mecanismo de comunicação citado deve ter suaextremidade mais rasa próxima do topo da coluna de revestimento maisprofunda (5) e a sua extremidade mais profunda abaixo da profundidadeda sapata (7) da coluna de revestimento mais rasa (1).
O sistema de despressurização citado permite que ocorra o fluxo defluidos entre a região pressurizada (9) e a região com depósito de sólidos(10) no espaço anular (3) descrito acima e que estejam hidraulicamenteisoladas por sólidos sedimentados a partir do fluido original presente nesteespaço anular (3), ou em casos atípicos estejam isolados hidraulicamentepor dispositivos instalados especificamente para promover este isolamentoou por obstáculos mecânicos, sedimentares ou os decorrentes dedepósitos químicos ou geológicos neste espaço.
Uma das principais características do sistema proposto é opreenchimento do sistema de comunicação hidráulica, assim composto:dispositivo de controle de fluxo (11); tubo de comunicação (12); dispositivode isolamento acoplado (13), com fluido de densidade e viscosidadeconvenientes, mas com estabilidade física e química que impeça asedimentação de partículas no seu interior, de forma a evitar que ocorra oentupimento deste mecanismo de comunicação hidráulica com o passardo tempo desde sua instalação no poço.
O fluido que vai preencher o sistema de despressurização devepossuir densidade menor do que o fluido de perfuração. Devido a issohaverá na extremidade superior desse sistema uma diferença de pressãodo interior do tubo para o espaço anular (3). Daí a necessidade do controlede fluxo citado.
A instalação do sistema de comunicação hidráulico proposto é feitapela sua fixação em uma coluna de revestimento mais rasa (1) ou em umacoluna de revestimento mais profunda (5); que compõem o espaço anular(3) a ser despressurizado.
O sistema de comunicação hidráulico deve ter instalado na suaextremidade mais rasa um dispositivo de controle de fluxo (11) que impeçaa entrada de fluido no interior do tubo de comunicação (12) enquanto apressão externa a este sistema esteja abaixo de um valor determinadopelo projeto do sistema.
Este valor determinado pelo projeto deve garantir que o aumento dapressão no espaço anular (3) não ultrapasse um valor limite antes queeste dispositivo de controle de fluxo (11)- válvula de retenção ou elementode rompimento por cisalhamento - permita a entrada de fluido no interiordo tubo de comunicação (12) de pressão pela extremidade superior.
O dispositivo de isolamento acoplado (13) na extremidade inferior oumais profunda do sistema de comunicação de pressão pode possuir ounão uma válvula de retenção semelhante ao utilizado no dispositivo decontrole de fluxo (11) na extremidade mais rasa deste sistema. Estaextremidade inferior pode terminar em um centralizador da coluna derevestimento mais rasa (1), no qual ele poderia estar fixado e posicionadode forma que sua extremidade fique mais próxima da parede do poço.
O sistema de comunicação hidráulica deve ser instaladolateralmente e externamente à coluna de revestimento mais profunda (5).O mecanismo pode ser fixado à coluna de revestimento mais profunda (5)por cintas metálicas, por braçadeiras fabricadas com este objetivo ouqualquer outro sistema de fixação. A instalação deste sistema é realizada,simultaneamente, com as atividades de perfuração e completação, sendonesta última, colocada uma coluna de revestimento mais profunda (5).
A Figura 4 ilustra uma vista frontal do sistema de despressurizaçãode anulares de revestimentos que compreende:
- um dispositivo de controle de fluxo (11), o qual permite que adensidade do fluido no interior do sistema seja inferior ao do fluido externo,resultando em pressão interna ao sistema maior que a pressão externa e aválvula de retenção ou outro dispositivo deve evitar o fluxo de fluido antesdo momento certo;
- um tubo de comunicação (12) entre dois pontos no espaço anular:a região pressurizada (9) e a região da rocha exposta (4) que pode serfraturada;
- dispositivo de isolamento acoplado (13), que pode possuir saídasna horizontal e na vertical (13a, 13b e 13c).
O interior do tubo fica preenchido com fluido especial que nãopermite a sedimentação de sólidos.

Claims (10)

1.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, caracterizado porser um sistema de comunicação efetiva entre o espaço anular (3)pressurizado e a região da rocha exposta (4) a ser fraturada durante adespressurização.
2.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por ser um sistema passivo e deacionamento pelo aumento natural da pressão promovido pelo aumentoda temperatura do fluido confinado e realizado ao final de qualqueroperação de bombeio.
3.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por a instalação deste sistema serrealizada, simultaneamente, com as atividades de perfuração ecompletação, em que se coloca uma coluna de revestimento maisprofunda (5).
4.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por manter a pressão interna do espaçoanular (3), compreendido entre a coluna de revestimento mais profunda(5) a ser protegida por falha por colapso e uma coluna de revestimentomais rasa (1) instalada anteriormente, abaixo da pressão iimite deresistência ao colapso do revestimento.
5.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por promover uma despressurização doespaço anular (3) pela comunicação hidráulica entre a região pressuri-zada (9) e a região da rocha exposta (4) de drenagem desta pressãopela absorção de volumes variados de fluidos (líquido e/ou gasosos)pela rocha de uma formação qualquer cuja pressão elevada do fluidopromoverá a injeção deste fluido contido no espaço anular (3).
6.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por conter um dispositivo de controle defluxo (11), um tubo de comunicação (12) entre dois pontos no espaçoanular (3) e um dispositivo de isolamento acoplado (13) a umcentralizador da coluna de revestimento mais rasa (1), permitindo aaproximação entre a saída do fluido pressurizado e a parede do poço.
7.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por ser o dispositivo de controle de fluxo(11) composto por uma válvula de retenção, ou uma peça derompimento por cisalhamento, que impede a entrada de fluxo no interiordo tubo de comunicação (12) enquanto que a pressão externa a estesistema esteja inferior à pressão limite de resistência ao colapso dorevestimento, determinada caso a caso.
8.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de isolamentoacoplado (13) poder ter uma válvula de retenção ou dispositivo derompimento por cisalhamento, semelhante ao utilizado no dispositivo decontrole de fluxo (11), localizado na extremidade inferior do sistemaposicionado mais próximo a parede do poço.
9.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por ser a densidade do fluido, no interiordo sistema, inferior ao do fluido externo, resultando em uma pressãointerna maior que a pressão externa e o interior do tubo ficar preenchi-do com fluido especial que não permita a sedimentação de sólido.
10.- SISTEMA DE DESPRESSURIZAÇÃO DE ANULARES ENTREREVESTIMENTOS EM POÇOS PRODUTORES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado por este sistema ser instalado lateral-mente e externamente à coluna de revestimento mais profunda (5) eser fixado a esta por cintas metálicas, braçadeiras fabricadas com esteobjetivo ou qualquer outro sistema de fixação.
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B07A Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette]
B06A Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette]
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B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 14/05/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. (CO) 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 14/05/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS

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