BRPI0821932B1 - método para injetar um fluido em uma formação ou reservatório de petróleo e/ou gás - Google Patents

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Aakre Haavard
Mathiesen Vidar
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Statoil Asa
Statoil Petroleum As
Statoilhydro Asa
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Description

(54) Título: MÉTODO PARA INJETAR UM FLUIDO EM UMA FORMAÇÃO OU RESERVATÓRIO DE PETRÓLEO E/OU GÁS (73) Titular: STATOIL PETROLEUM AS. Endereço: Forusbeen 50, Stavanger, Norway, Noruega, Stavanger, NORUEGA(NO), 4035 (72) Inventor: VIDAR MATHIESEN; HAAVARD AAKRE.
Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 16/12/2008, observadas as condições legais
Expedida em: 04/12/2018
Assinado digitalmente por:
Liane Elizabeth Caldeira Lage
Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados
1/10 “MÉTODO PARA INJETAR UM FLUIDO EM UMA FORMAÇÃO OU RESERVATÓRIO DE PETRÓLEO E/OU GÁS” [0001] A presente invenção refere-se a um método para injetar um fluido em um reservatório ou formação de petróleo e/ou gás [0002] Mais particularmente, a invenção se refere a um método usando uma válvula autônoma ou dispositivo de controle de fluxo em injetores na produção de petróleo, a mencionada válvula ou dispositivo de controle de fluxo estando descrita no pedido de patente NO 2006.3181 retirado antes da publicação e no pedido de patente internacional PCT/N02007 / 000.204 reivindicando a prioridade da NO 20063181 e que ainda não foi publicada na data de apresentação do presente pedido.
[0003] Dispositivos para a recuperação de petróleo e gás a partir de poços longos, horizontais e verticais, são conhecidos das publicações de patente US 4.821.801, 4.858.691, 4.577.691 e publicação de patente GB 2.169.018. Estes dispositivos conhecidos compreendem um tubo de drenagem perfurado com, por exemplo, um filtro para controle de areia ao redor do tubo. Uma desvantagem considerável com os dispositivos conhecidos, para a produção de petróleo e/ou de gás em formações geológicas altamente permeáveis, é que a pressão no tubo de drenagem aumenta exponencialmente em direção a montante, como resultado do atrito do fluxo no tubo. Devido ao fato de que a pressão diferencial entre o reservatório e o tubo de drenagem irá diminuir a montante, como resultado, a quantidade de petróleo e/ou gás escoando do reservatório para o tubo de drenagem será reduzida proporcionalmente. O total de petróleo e/ou gás produzidos por este meio, por conseguinte, será menor. Com zonas de petróleo estreitas e formações geológicas altamente permeáveis, há ainda um risco elevado de formação de cone, ou seja, fluxo de água ou gás indesejado para o tubo de drenagem a jusante, onde a velocidade do fluxo de petróleo do reservatório para o tubo é máxima.
[0004] De World Oil, vol. 212, N. 11 (11/91), páginas 73-80, é conhecido, anteriormente, dividir um tubo de drenagem em seções com um ou mais dispositivos de restrição de influxo, como luvas deslizantes ou dispositivos de estrangulamento.
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Entretanto, esta referência lida, principalmente, com o uso de controle de influxo para limitar a taxa de influxo para zonas furo acima e, desse modo, evitar ou reduzir a formação de cone de água e/ou gás.
[0005] A WO-A-9208875 descreve um tubo de produção horizontal compreendendo uma pluralidade de seções de produção conectadas por câmaras de mistura tendo um diâmetro interno maior do que o das seções de produção. As seções de produção compreendem um revestimento externo fendido que pode ser considerado como executando uma ação de filtragem. Entretanto, a sequência de seções de diâmetros diferentes cria turbulência de fluxo e impede a descida de ferramentas de retomada do furo.
[0006] Ao se extrair petróleo e/ou gás de formações geológicas produtoras, fluidos de qualidades diferentes, ou seja, petróleo, gás, água (e areia) são produzido em quantidades e misturas diferentes, dependendo da propriedade ou qualidade da formação. Nenhum dos dispositivos conhecidos mencionados acima é capaz de distinguir entre, e controlar, o influxo de petróleo, gás ou água, baseado em sua composição relativa e/ou qualidade.
[0007] Com a válvula autônoma, como descrito no NO 2006.3181 e PCT/N02007/000.204 é provido um dispositivo de controle de influxo autoajustável ou autônomo e que pode ser facilmente montado na parede de um tubo de produção e que, por conseguinte, prove o uso de ferramentas de retomada do poço. O dispositivo é projetado para distinguir entre petróleo e/ou gás e/ou água, e é capaz de controlar o fluxo, ou influxo, de petróleo ou gás, dependendo de para qual desses fluidos o controle de fluxo seja necessário.
[0008] O dispositivo, como apresentado na NO 20063181 e PCT/N02007/000.204 é robusto, pode resistir a grandes forças e as altas temperaturas, evita rebaixamento (pressão diferencial), não necessita fornecimento de energia, pode suportar produção de areia, é confiável, e ainda é simples e muito barato.
[0009] Como para a tecnologia da técnica anterior, poços injetores em reservatórios de petróleo são usados para aumentar a recuperação de petróleo
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3/10 (IOR) e/ou realçar a recuperação de petróleo (EOR). Injetores podem ser usados para injetar, por exemplo, água, vapor, gás de hidrocarboneto e/ou CO2. Os poços injetores podem ter orientação e extensão diferentes. Em muitas situações, 0 fluido injetado deve ser distribuído uniformemente no reservatório. Nestes casos, poços de injeção longos são usados, e os fluidos injetados são injetados em diferentes seções ao longo do poço.
[0010] Ao se injetar fluido em diferentes seções ao longo de um poço, a injeção não será uniforme (ver figura 10). Isto é causado, principalmente, pelo reservatório não uniforme, que pode incluir, por exemplo, zonas de alta e baixa permeabilidade, fraturas e atalhos. A natureza de todo fluxo de fluido é que 0 fluxo escoará onde a resistência for menor. Esse fato assegura que as injeções serão, na maioria das vezes, muito não uniformes. Isto resulta em má utilização do fluido injetado e baixo efeito IOR/EOR.
[0011] O método, de acordo com a presente invenção, é caracterizado pelo fato de fluido escoar para 0 reservatório ou formação através de uma pluralidade de válvulas autônomas ou dispositivos de controle de fluxo providos ao longo de um injetor, as válvulas tendo um volume de passagem de fluxo substancialmente constante, acima de uma determinada pressão diferencial, para ajustar, de modo autônomo, 0 fluxo do fluido, de modo a assegurar uma taxa de volume substancialmente constante do injetor para 0 reservatório ou a formação, ao longo de um comprimento de injetor, como definido na porção de caracterização da reivindicação 1.
[0012] A reivindicação dependente 2 define um modo de realização preferido da invenção.
[0013] A presente invenção será descrita em pormenor, em seguida, por meio de exemplos e pela referência aos desenhos, onde:
a Fig. 1 mostra uma vista esquemática de um tubo de produção com um dispositivo de controle, de acordo com 0 PCT/N02007/000.204 ou a presente invenção, a Fig. 2 mostra, a) em maior escala, uma seção transversal do dispositivo
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4/10 de controle de acordo com o PCT/N02007/000.204, b) mostra o mesmo dispositivo em uma vista de topo, a Fig. 3 é um diagrama mostrando o volume de fluxo através de um dispositivo de controle, de acordo com a invenção, versus a pressão diferencial, em comparação com um dispositivo fixo de influxo, a Fig. 4 mostra o dispositivo mostrado na Fig. 2, mas com a indicação de zonas de pressão diferentes influenciando o projeto do dispositivo para diferentes aplicações.
a Fig. 5 mostra um esboço principal de outro modo de realização do dispositivo de controle, de acordo com o PCTVN02007/000.204, a Fig. 6 mostra um esboço principal de um terceiro modo de realização do dispositivo de controle, de acordo com o PCT/N02007/000.204, a Fig. 7 mostra um esboço principal de um quarto modo de realização do dispositivo de controle, de acordo com o PCT/N02007/000.204, a Fig. 8 mostra um esboço principal de um quinto modo de realização do PCT/N02007/000.204, onde o dispositivo de controle é parte integral de um arranjo de fluxo, a Fig. 9 mostra um perfil de injeção típico em um reservatório com fraturas e tecnologia convencional, a Fig. 10 mostra um perfil de injeção típico em um reservatório com fraturas e o método de acordo com a presente invenção.
[0014] A Fig. 1 mostra, como declarado acima, uma seção de um tubo de produção 1, na qual um protótipo de um dispositivo de controle 2, de acordo com o PCT/N02007/000204 é provido. O dispositivo de controle 2 é, de preferência, de forma circular, relativamente plano, e pode ser provido com roscas externas 3 (ver Fig. 2), para ser aparafusado em um furo circular com roscas internas correspondentes, no tubo. Controlando-se a espessura, o dispositivo 2 pode ser adaptado à espessura do tubo e se encaixar dentro de sua periferia externa e interna.
[0015] As Figuras 2 a) e b) mostram o dispositivo de controle anterior 2, do
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PCT/N02007/000.204, em maior escala. O dispositivo consiste de um primeiro corpo de alojamento em forma de disco 4, com um segmento cilíndrico externo 5 e segmento cilíndrico interno 6 e com um furo ou orifício central 10, e um segundo corpo de suporte em forma de disco 7 com um segmento cilíndrico externo 8, bem como, um corpo preferencialmente em forma de disco plano ou livremente móvel 9 provido em um espaço aberto 14 formado entre os primeiro 4 e segundo 7 corpos de alojamento e de suporte em forma de disco. O corpo 9 pode, para aplicações e ajustes particulares, afastar-se da forma plana, e ter uma forma parcialmente cônica ou semicircular (por exemplo, em direção ao orifício 10). Como pode ser visto a da figura, o segmento cilíndrico 8 do segundo corpo de suporte em forma de disco 7 se encaixa dentro, e se projeta na direção oposta ao segmento cilíndrico externo 5 do primeiro corpo de alojamento em forma de disco 4, formando, desse modo, um trajeto de fluxo, como mostrado pelas setas 11, onde o fluido entra no dispositivo de controle através do furo ou orifício central (entrada) 10 e escoa em direção, e radialmente, ao longo do disco 9 antes de escoar através da abertura anular 12 formada entre os segmentos cilíndricos 8 e 6, e, mais adiante, através da abertura anular 13 formada entre os segmentos cilíndricos 8 e 5. Os dois corpos, de alojamento e de suporte em forma de disco 4, 7 são acoplados um ao outro por uma conexão aparafusada, solda ou outro meio (não mostrado em detalhe nas figuras) em uma área de conexão 15 como mostrado na Fig. 2b.
[0016] A presente invenção explora o efeito de Bernoulli que ensina que a soma da pressão estática, pressão dinâmica e atrito são constantes ao longo de uma linha de fluxo:
Pestático + 2^ + A3 atrito [0017] Ao submeter o disco 9 a um fluxo de fluido, que é o caso da presente invenção, a diferença de pressão sobre o disco 9 pode ser expressa da forma a seguir:
Figure BRPI0821932B1_D0001
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6/10 [0018] Devido à baixa viscosidade, um fluido, como gás, girará com atraso e seguirá adiante ao longo do disco em direção à sua extremidade externa (indicado pelo número de referência 14). Isto provoca uma pressão de estagnação maior na área 16, na extremidade do disco 9, o que, por sua vez, provoca uma pressão maior sobre o disco. E o disco 9, que é móvel livremente dentro do espaço entre os corpos em forma de disco 4, 7, se moverá para baixo e, desse modo, estreitará o trajeto de fluxo entre o disco 9 e o segmento cilíndrico interno 6. Desse modo, o disco 9 se move para cima ou para baixo, dependendo da viscosidade do fluido escoando através dele, e, desse modo, este princípio pode ser usado para controlar (fechar/abrir) o fluxo de fluido através do dispositivo.
[0019] Além disso, a queda de pressão através de um dispositivo de controle de influxo tradicional (ICD) com geometria fixa será proporcional à pressão dinâmica:
Δρ = Χ·|ρν2 onde a constante K é, principalmente, uma função da geometria e menos dependente do número de Reynolds. No dispositivo de controle, de acordo com a presente invenção, a área de fluxo diminuirá quando a pressão diferencial aumentar, de modo que o fluxo de volume através do dispositivo de controle nâo, ou quase nâo aumentará, quando aumentar a queda de pressão. Uma comparação entre um dispositivo de controle de acordo com a invenção um disco móvel e um dispositivo de controle com abertura de passagem de fluxo fixa é mostrada na Fig. 3, e, como pode ser visto da figura, o volume de fluxo que passa, para a invenção, é constante acima de uma determinada pressão diferencial. Isto representa uma grande vantagem com a presente invenção, uma vez pode ser usada para assegurar o mesmo volume escoando através de cada seção para todo o poço horizontal, o que nâo é possível com dispositivos de controle de influxo fixos.
[0020] Ao produzir petróleo e gás, o dispositivo de controle, de acordo com a invenção, pode ter duas aplicações distintas: ser usado como dispositivo de controle de influxo para reduzir o influxo de água, ou ser usado para reduzir o influxo de gás em situações de ruptura de gás Ao projetar o dispositivo de controle, de acordo com
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7/10 a invenção, para aplicação diferente, como água ou gás, como mencionado acima, as diferentes áreas e zonas de pressão, como mostrado na Fig. 4, impactarão sobre a eficiência e o fluxo através das propriedades do dispositivo. Com referência à Fig. 4, a áreas diferentes/zonas de pressão podem ser divididas em:
- Ai, Pi são a área e pressão de influxo, respectivamente. A força (Pi Ai) gerada por essa pressão se esforçará para abrir o dispositivo de controle (move o disco, ou o corpo 9, para cima).
- A2, P2 são a área e a pressão na zona onde a velocidade será máxima e, por conseguinte, representa uma fonte de pressão dinâmica. A força resultante da pressão dinâmica se esforçará para fechar 0 dispositivo de controle (move 0 disco, ou corpo 9, para baixo à medida que aumenta a velocidade de fluxo).
- A3, P3 são a área e a pressão na saída. Esta deveria ser a mesma que a pressão do poço (pressão de entrada).
- A4, P4 são a área e pressão (pressão de estagnação) por trás do disco móvel, ou corpo 9. A pressão de estagnação, na posição 16 (Fig. 2), cria a pressão e a força atrás do corpo. Isto se esforçará para fechar 0 dispositivo de controle (move 0 corpo para baixo). A área por trás do corpo 9, na posição 16, constitui, desse modo, uma câmara de estagnação.
[0021] Fluidos com diferentes viscosidades proverão forças diferentes em cada zona, dependendo do projeto dessas zonas. De modo a otimizar a eficiência e 0 fluxo através de propriedades do dispositivo de controle, 0 projeto das áreas será diferente para aplicações diferentes, por exemplo, fluxo de gás/petróleo ou petróleo/água. Por conseguinte, para cada aplicação, as áreas precisam ser cuidadosamente equilibradas e projetadas de maneira ótima considerando as propriedades e condições físicas (viscosidade, temperatura, pressão, etc.) para cada situação de projeto.
[0022] A Fig. 5 mostra um esboço principal de outro modo de realização do dispositivo de controle, de acordo 0 PCT/N02007/000.204, que é de projeto mais simples do que a versão mostrada na Fig. 2. O dispositivo de controle 2 consiste, como para a versão mostrada na Fig. 2 de um primeiro corpo de alojamento em
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8/10 forma de disco 4 com um segmento cilíndrico externo 5 e com um furo ou orifício central 10, e um segundo corpo de suporte em forma de disco 17 acoplado ao segmento 5 do corpo de alojamento 4, bem como, um disco, preferencialmente plano 9 provido em um espaço aberto 14 formado entre os primeiro e segundo corpos de alojamento e de suporte em forma de disco 4, 17. Entretanto, uma vez que o segundo corpo de suporte em forma de disco 17 é aberto para dentro (através de um furo ou furos 23, etc.) e está agora apenas mantendo o disco no lugar, e uma vez que o segmento cilíndrico 5 é mais curto, com um trajeto de fluxo diferente do que está mostrado na Fig.2, não há acúmulo de pressão de estagnação (P4) no lado de trás do disco 9, como explicado acima, em conjugação com Fig. 4. Com esta solução sem pressão de estagnação, a espessura de construção para 0 dispositivo é menor e pode suportar uma quantidade maior de partículas contidas no fluido.
[0023] A Fig. 6 mostra um terceiro modo de realização de acordo com 0 PCT/N02007/000.204, onde 0 projeto é 0 mesmo que para 0 exemplo mostrado na Fig. 2, mas onde um elemento de mola 18, na forma de um dispositivo de mola espiral ou outro apropriado, é provido sobre cada lado do disco e conecta 0 disco ao suporte 7, 22, rebaixo 21, ou alojamento 4.
[0024] O elemento de mola 18 é usado para equilibrar e controlar a área de influxo entre 0 disco 9 e a entradalO, ou melhor, a borda circundante ou assento 19 da entrada 10. Desse modo, dependendo da constante da mola e, consequentemente, da força da mola, a abertura entre 0 disco 9 e a borda 19 será maior ou menor, e com uma constante de mola adequada selecionada, dependendo das condições de influxo e pressão no local selecionado onde 0 dispositivo de controle é provido, 0 fluxo de massa constante através do dispositivo pode ser obtido.
[0025] A Fig. 7 mostra um quarto modo de realização, de acordo com 0 PCT/N02007/000.204, onde 0 projeto é 0 mesmo que 0 do exemplo na Fig. 6 acima, mas onde 0 disco 9 é provido, sobre 0 lado voltado para a abertura de entrada 10, com um dispositivo termicamente responsivo, como um elemento bimetálico 20. [0026] Quando produzindo petróleo e/ou gás, as condições podem mudar
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9/10 rapidamente de uma situação em que apenas, ou principalmente, petróleo é produzido, para uma situação em que apenas, ou principalmente, gás é produzido (ruptura de gás ou formação de cone de gás). Com, por exemplo, uma queda de pressão de 1,6MPa em 10MPa a queda de temperatura correspondería a cerca de 20sC. Provendo-se o disco 9 com um elemento termicamente responsivo, como um elemento bimetálico, como mostrado na Fig. 7, o disco se dobrará para cima, ou será movido para cima pelo elemento 20 confinando com o corpo de suporte moldado 7 e, desse modo, estreitando a abertura entre o disco e a entrada 10, ou fechando completamente a mencionada entrada.
[0027] Todos os exemplos anteriores, acima, de um dispositivo de controle, como mostrado nas 1 e 2 e 4-7, estão relacionados a soluções onde o dispositivo de controle, como tal, é uma unidade ou dispositivo separado para ser provido em conjunto com uma situação ou arranjo de fluxo de fluido, como a parede de um tubo de produção, em conexão com a produção de petróleo e gás. Entretanto, o dispositivo de controle pode, como mostrado na Fig. 8, ser uma parte integral do arranjo de fluxo de fluido, por meio do qual o corpo móvel 9 pode ser provido em um rebaixo 21 voltado para a saída de um orifício ou furo 10, por exemplo, uma parede de um tubo 1, como mostrado na Fig. 1, em vez de ser provido em um corpo de alojamento separado 4. Além disso, o corpo móvel 9 pode ser mantido no lugar, no rebaixo, por meio de um dispositivo de suporte, como pontas se projetando para dentro, um anel circular 22, ou similares, conectados à abertura externa do rebaixo, por meio de aparafusamento, soldadura ou similar.
[0028] As Figuras 9 e 10 mostram perfis de injeção típicos em um reservatório com fraturas F, usando tecnologia convencional e o método de acordo com a presente invenção, respectivamente. Na figura 10, uma pluralidade de válvulas autônomas ou dispositivos de controle 2 (não mostrado na figura) é provida ao longo do comprimento de um injetor 24, levando a uma injeção substancialmente uniforme do fluido, como mostrado com a linha de setas (UIF) de comprimento quase igual. Ao contrário, a tecnologia de injeção convencional mostrada na fig. 9 leva a uma injeção de fluido não uniforme (NIF), principalmente nas fraturas F, nas quais o fluido
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10/10 injetado cria um atalho, como também mencionado na parte introdutória da descrição. Em ambas as figuras 9 e 10, o tubo de produçãol é a mesma e as direções de fluxo no tubo de produção 1 e no injetor 24 estão indicadas pelas setas 25 e 26, respectivamente. Em ambas as figuras 9 e 10, duas linhas indicando o contato gás-petróleo (GOC) e água-petróleo (WOC) também são mostradas.
[0029] Com a presente invenção, devido à taxa de volume constante, é obtida uma melhor drenagem do reservatório. Isto resulta em produção significativamente maior desse reservatório. Ao mesmo tempo, a quantidade de fluido injetado pode ser reduzida significativamente. Isto é importante, por exemplo, na produção de asfalto onde vapor é injetado.
[0030] Além disso, devido à característica de fluxo da válvula, a injeção ao longo de diferentes seções do poço será substancialmente uniforme. Isto é assegurado pela taxa de volume constante única da válvula 2, mesmo para reservatório não uniforme, onde a queda de pressão variará.
[0031] Como fluidos para injeção a.o., água, vapor, gás de hidrocarboneto e/ou CO 2 podem ser usados, e outros fluidos também são possíveis dentro do escopo da presente invenção, tal como definida pelas reivindicações anexas.
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Claims (3)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para injetar um fluido em uma formação ou reservatório de petróleo e/ou gás, caracterizado pelo fato de o fluido escoar para o reservatório ou formação através de uma pluralidade de válvulas autônomas ou dispositivos de controle de fluxo (2), providos ao longo de um injetor, as válvulas (2) tendo um volume de fluxo atravessante substancialmente constante acima de uma pressão diferencial para ajustar, de modo autônomo, o fluxo do fluido, de modo a assegurar uma taxa de volume substancialmente constante do injetor para o reservatório, ou formação, ao longo de um comprimento de injetor.
  2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir um corpo de controle livremente móvel (9) provido em um rebaixo (21) da parede do injetor (24), ou provido em um corpo de alojamento separado (4) na parede, o corpo de controle (9) voltado para a entrada de um orifício, ou furo (10), no centro do rebaixo (21) ou corpo de alojamento (4), e sendo mantido no lugar, no rebaixo (21), ou corpo de alojamento (4), por meio de um dispositivo ou arranjo de suporte (7, 22), formando, desse modo, um trajeto de fluxo (11), em que o fluido entra no dispositivo de controle através do orifício ou entrada central (10') e escoa em direção e ao longo do corpo (9) e para fora do rebaixo ou alojamento.
  3. 3. Método de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de o fluido ser água, vapor, gás de hidrocarboneto e/ou CO2.
    Petição 870180039949, de 14/05/2018, pág. 16/19
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