BRPI0902610A2 - sistema e método para execução da fase incial de poços submarinos agrupados - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MéTODO PARA EXECUçãO DA FASE INICIAL DE POçOS SUBMARINOS AGRUPADOS. Esta invenção permite a execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, num arranjo tipo cluster, onde as cabeças dos poços estão equidistantes e próximas uma das outras. Basicamente os revestimentos e respectivos alojadores de baixa pressão, da primeira fase de um poço, são conectados uns aos outros, em terra, através de elementos estruturais mecânicos, por exemplo: chapas de aço; formando um feixe de tubos com espaçamento igual ao espaçamento desejado entre as cabeças dos poços. O feixe é transportado, sobre uma embarcação ou flutuando, até a locação no mar onde será cravado no solo marinho. Tal feixe materializa a execução da primeira fase de perfuração de poços agrupados, dispensando o uso de gabarito. As fases seguintes dos poços são executadas por uma Sonda. Este sistema pode ser utilizado integradamente com plataformas do tipo: jaqueta, TLP e Spar. Pode ainda ser utilizado como base, para sistemas e equipamentos submarinos integrados, do tipo: manifold, separador, unidade de bombeamento e poços submarinos.

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA EXECUÇÃO DA FASE INICIAL DE POÇOS

SUBMARINOS AGRUPADOS

CAMPO DE INVENÇÃO

Esta invenção tem aplicação na execução da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, num arranjo conhecido em inglês por cluster, onde as cabeças dos poços estão próximas e eqüidistantes uma das outras. Tais poços, produtores e/ou injetores, são utilizados na produção de minerais e hidrocarbonetos, tais como petróleo e gás natural.

Este sistema pode ainda ser utilizado em sistemas coletores de fluxo, conhecidos como manifold, integrados com: poços submarinos ou ainda com sistemas de bombeamento ou ainda com sistemas separação submarinos ou ainda com outros equipamentos submarinos. Tal sistema pode ser integrado com plataformas: fixas, jaquetas, plataformas de pernas tensionadas, cilíndricas; utilizadas na perfuração e produção no mar (offshore).

ESTADO DA TÉCNICA

Novas descobertas de campos de petróleo em águas profundas são acompanhadas por dificuldades técnicas e complexidade das operações necessárias. Produzir estes campos requer a perfuração de diversos poços submarinos, produtores e injetores.

Tais poços submarinos são perfurados por Sondas em fases seqüenciais. Em cada fase é usado um diâmetro diferente de broca e de revestimento. Usualmente as duas primeiras fases de poços submarinos são executadas em condições de mar aberto, sem riser e BOP de perfuração, com retorno do fluido de completação e cascalhos diretamente para o fundo do mar. A construção do poço é iniciada pelo revestimento de maior diâmetro, geralmente de 30 polegadas, cuja função é: prover estabilidade ao inicio do poço, servir de guia da fase seguinte e ser elemento estrutural suportando as cargas de peso do revestimento da fase seguinte.

A primeira fase pode ser executada convencionalmente, por Sonda, através da perfuração seguida pela descida do revestimento e cimentação. A primeira fase pode também ser executada, por Sonda, pela técnica de jateamento, onde o revestimento se fixa ao solo pelo atrito lateral e nâo é necessário cimentação.

Existe uma tendência geral de desenvolver novos sistemas e métodos que eliminem ou reduzam o uso de Sondas marítimas, que é um recurso bastante caro e por vezes difícil de ser encontrado disponível no mercado. Algumas vezes é necessário aguardar um período de tempo muito longo, meses, até se conseguir uma Sonda marítima disponível.

Para execução da primeira fase de poços submarinos, sem Sonda, existe a técnica de sucção e/ou bate estaca de fundo (submarino) e ainda a técnica de base torpedo, descrita no pedido de patente Pl 0505402-8.

A técnica de base torpedo, apesar de ter méritos, é limitada a poços individuais também chamados de satélites, isto é, um poço afastado dezenas de metros dos demais poços submarinos. A técnica de base torpedo tem ainda limitações de profundidade penetrada e carga suportada.

A perfuração de um conjunto de poços agrupados, por vezes, emprega uma estrutura guia, que serve de gabarito, conhecida em inglês de template. Tal estrutura gabarito pesa dezenas de toneladas e requer uma embarcação para seu pré-lançamento antes do inicio da execução dos poços. A primeira fase de poços agrupados pode ser executada pela técnica de perfuração ou jateamento, com utilização de Sonda; ou pela técnica de sucção e/ ou estaqueamento.

Independente do método de construção, com ou sem gabaritos, os ditos inícios de poços são executados individualmente, um a um, gastando muito tempo de Sonda ou embarcação.

Existem também sistemas e equipamentos submarinos, que são integrados uns com os outros, por exemplo: módulo de bombeamento, sistemas de separadores, manifolds e também poços submarinos. Alguns desses sistemas e equipamentos integrados requerem o assentamento de uma base e furos alojadores no solo marinho, com desníveis mínimos, de difícil construção.

Poços perfurados por sondas apoiadas em jaquetas também requerem o uso de gabaritos, que podem ser lançados antes da jaqueta ou integrados e lançados conjuntamente com a jaqueta.

Portanto o atual estado da arte prescinde de tecnologias e soluções que reduzam ou eliminem o uso de Sondas marítimas e que viabilizem operações, por exemplo: a execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados.

SUMARIO DA INVENÇÃO

Este sistema pode ser utilizado para execução da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, num arranjo conhecido em inglês como cluster, onde as cabeças dos poços estão eqüidistantes e próximas uma das outras, afastadas de pouco metros.

Tal arranjo em agrupamento tipo cluster é muito utilizado em sistemas de produção do tipo plataforma de produção ancorada por tendões, conhecidas em inglês por Tension Leg Platform - TLP ou em plataforma do tipo Spar. Em águas rasas, poços também são agrupados por debaixo de plataformas do tipo jaquetas.

Nestes sistemas de produção, onde as cabeças de um conjunto de poços submarinos são agrupadas sob a plataforma de produção, os poços são interligados a superfície por tubulações ascendentes verticais, conhecidas em inglês por rísers.

Quando um conjunto de poços estiver localizado no mar, em águas rasas, é possível integrar o presente sistema com a base de uma jaqueta de perfuração e produção; ou também pré-instalado antes do lançamento e instalação da jaqueta. Este sistema pode ainda ser empregado na execução de bases integradas com furos alojadores para equipamentos e sistemas submarinos, do tipo: manifold, separadores, unidades de bombeamento e poços submarinos.

Este sistema pode também ser utilizado para cravação de um tubo de revestimento com alta capacidade de carga vertical, por exemplo: execução da fase inicial de um único poço submarino que terá uma segunda fase bastante profunda.

Numa primeira concretização, a presente invenção refere-se a um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados. Basicamente, os revestimentos da primeira fase, geralmente de trinta polegadas, são conectados um aos outros formando um feixe de tubos com espaçamento igual ao espaçamento desejado entre as cabeças dos poços; através de elementos estruturais mecânicos, por exemplo: chapas de aço de forma que o conjunto formado pelo feixe de tubos juntamente com estes reforços estruturais formam uma estrutura única que pode ser transportada de terra até a locação no mar.

Opcionalmente, quando o número total de poços a ser agrupado for grande, os mesmos podem ser divididos em subconjuntos, de forma que haja mais de um feixe de tubos, todos com dimensões e peso que facilitem a operação de construção, transporte e instalação no fundo do mar.

O feixe de tubos pode ser transportado, horizontalmente, sobre uma embarcação ou rebocado flutuando. Já na locação o feixe é lançado na água e verticalizado iniciando sua descida até o solo marinho.

A penetração do mesmo no solo se dá em etapas. Numa primeira etapa o conjunto de feixes de tubos é apoiado progressivamente no solo, e o mesmo penetra pelo peso próprio.

Após a penetração parcial do feixe pelo peso próprio inicia-se a sucção de um ou mais tubos por meio de uma bomba que retirada a água do interior dos revestimentos. Esta operação é dominada na técnica, sendo similar a operação de cravamento de ancoras de sucção.

Em seguida, caso a penetração ainda não tenha atingido a profundidade desejada, inicia-se uma terceira etapa para complementar a penetração através de um sistema de bate estaca submarino.

Em determinadas condições a operação de sucção pode ser suprimida, partindo-se diretamente para o uso do bate estaca.

Um controle e monitoração da verticalização são mantidos durante todas as etapas da operação.

O diâmetro e profundidade do revestimento, utilizado nas diferentes concretizações anteriores, são menores que os de um revestimento convencional usado durante as fases de perfuração em mar aberto, que varia de 18 a 50 metros; dependendo das condições do solo marinho e do reservatório de petróleo.

A capacidade de carga da cabeça de poço é aumentada significativamente. Durante a instalação dos revestimentos e assentamento do preventor de erupção, conhecido em inglês como blow out preventer - BOP, as cargas verticais serão divididas com os demais poços agrupados, razão pela qual o comprimento do revestimento pode ser menor do que o comprimento usual, quando o revestimento é instalado individualmente.

Uma segunda concretização, da presente invenção, refere-se a um sistema para cravação, no solo marinho, de um tubo de revestimento mais longo agrupado com tubos mais curtos de forma que haja um aumento da capacidade de carga do tubo mais longo. Tal tubo pode ser utilizado como revestimento da primeira fase de um poço submarino, que ainda poderá ser integrado com outros sistemas e equipamentos submarinos, que poderão inclusive ser alojados dentro dos tubos de menor comprimento.

Uma terceira concretização, da presente invenção, refere-se a um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos que estarão integrados com uma estrutura, tipo jaqueta, utilizada na perfuração e produção. Durante a operação de instalação da jaqueta, a mesma pode ser guiada através do sistema de base integrada, objeto da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Fig. 1 mostra detalhes de uma concretização, onde tubos de revestimentos são montados agrupados, em terra, formando um feixe de tubos que serão posteriormente transportados até o local de instalação no mar;

Fig 2 mostra detalhes de uma concretização, onde um tubo longo é agrupado a tubos mais curtos de forma a aumentar a capacidade de carga do conjunto quando instalado no solo marinho;

Fig 3 mostra detalhes de uma concretização com integração de um manifold com um sistema de separação submarina;

As Figuras 4 a 6 mostram a seqüência de um dos possíveis Métodos de cravação de um feixe de tubos no solo marinho;

As Figuras 7A, 7B e 7C mostram detalhes de outros possíveis arranjos de poços agrupados em feixes;

A Figura 8 mostra um arranjo com dois feixes e respectivas trajetórias de cada poço;

A Figura 9 mostra um conjunto de poços integrados com tubos guia para assentamento de uma plataforma tipo jaqueta no solo marinho;

A Figura 10 mostra com a jaqueta assentada sobre o solo marinho, na seqüência da Figura 9;

DESCRIÇÃO DETALHADA

Numa primeira concretização, a presente invenção refere-se a um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos.

A Fig. 1 mostra um conjunto de tubos de revestimentos (1), da fase inicial de um grupo de poços submarinos, com os respectivos alojadores (2), de baixa pressão, já soldados em sua extremidade superior. Os ditos tubos de revestimentos (1) são conectados um aos outros através de elementos estruturais (3), por exemplo: chapas de aço e perfis de aço.

Ainda são mostrados direcionadores (16), que são elementos mecânicos instalados próximos das extremidades inferior dos tubos (1), com o propósito de garantir uma trajetória de poço com menos risco de colisão com os demais poços agrupados.

O feixe (5), composto pelos: revestimentos (1), alojadores (2), elementos estruturais (3) e direcionadores (16); é montado em terra (4) e transportado, horizontalmente ou verticalmente, sobre uma embarcação ou rebocado flutuando até o local de instalação no mar. Já na locação, o feixe (5) é lançado na água e verticalizado, iniciando sua descida até o solo marinho.

A Fig. 2 mostra detalhes de uma concretização, onde um tubo longo (6) é agrupado a tubos mais curtos (7) de forma a aumentar a capacidade de carga do conjunto quando instalado no solo marinho (8). Na Figura 2 ainda são mostrados os elementos opcionais bocal (9) e saia (10), que permitem a construção de uma laje de concreto, aumentando a capacidade de carga vertical do feixe (5). O bocal (9) é utilizado para bombeio de concreto por debaixo da saia (10). Embora não mostrado explicitamente, também é possível construir tal preenchimento de concreto nas configurações mostradas nas demais Figuras, através da adição dos elementos: bocal (9) e saia (10).

A Fig. 3 mostra detalhes de uma concretização com integração de um tubo longo (6) e tubos curtos (7), com equipamentos tais como: manifold (11) e sistemas de bombeamento e separação (12), alojados dentro dos tubos curtos (7);

A Fig. 4 mostra um feixe (5) já na posição vertical, descido a cabo ou coluna de tubo não mostrada na Figura, iniciando a operação de cravação no solo marinho (8). A penetração do feixe (5) no solo marinho (8) se dá em etapas. Numa primeira etapa o conjunto de feixes (5) é apoiado progressivamente no solo marinho (8), e o mesmo penetra pelo peso próprio.

Após a penetração parcial do feixe (5) por pelo peso próprio inicia-se a sucção de um ou mais tubos (1) através da retirada da água do interior dos mesmos. Esta operação é dominada na técnica, sendo similar a operação de cravamento de ancoras de sucção. A Fig. 5 mostra o feixe (5) parcialmente cravado no solo marinho (8).

Em seguida, caso a penetração ainda não tenha atingido o total desejado, inicia-se uma terceira fase para complementar a penetração através de um sistema de bate estaca submarino, não mostrado na Figura. Em determinadas condições a operação de sucção pode ser suprimida, partindo-se diretamente para o uso do bate estaca.

A Fig. 6 mostra na seqüência um feixe de tubos (5) na posição final em relação ao solo marinho (8);

Um controle e monitoração da verticalização, por instrumentos não mostrados nas Figuras, são mantidos durante toda operação de cravação.

Opcionalmente, quando o número total de poços a serem agrupados for grande, os poços e respectivos revestimentos podem ser agrupados em subconjuntos, de forma que resulte em mais de um feixe (5), todos com dimensões e peso que facilitem a operação de construção, transporte e instalação no fundo do mar. Neste caso, o método é repetido em cada um dos feixes (5) instalado.

As Figuras 7A, 7B e 7C mostram detalhes de outros possíveis arranjos de poços agrupados, em feixes (5) com respectivamente cinco, seis e oito poços. Na Figura 1 é ilustrado um arranjo com sete poços e na Figura 2 um arranjo com quatro poços.

A Figura 8 mostra um arranjo com dois feixes (5), cada um com cinco poços, totalizando um total de dez poços. A Figura 8 mostra ainda possíveis trajetórias (15) de poços, para evitar risco de colisão entre os mesmos, durante a perfuração das fases seguintes. As Figuras 9 e 10, mostram uma possível integração de um feixe (5) com uma plataforma do tipo jaqueta (17), apoiada sobre o solo marinho (8). A jaqueta (17), após a sua instalação, poderá ter suas pernas estaqueadas (19); para aumentar a capacidade de carregamento da mesma sobre o solo marinho (8). Os tubos (13) servem de orientação e gabarito entre o feixe de tubos (5) e a jaqueta (17), auxiliando a operação de assentamento da jaqueta no solo marinho (8). Podem existir um ou mais funil (18) solidários a jaqueta (17), para facilitar o trabalho de encaixe e posicionamento, entre a jaqueta (17) e o feixe de tubos (5). Ainda é indicada a superfície do mar (14).

Uma das vantagens desta concretização é que tão logo a jaqueta (17) esteja instalada e estaqueada, é instalada uma Sonda (20) que irá iniciar a perfuração da segunda fase (21) dos poços através de uma coluna de drill pipe (22); reduzindo desta forma o tempo total de construção e antecipando a produção do primeiro óleo.

Embora não mostrado explicitamente nas Figuras, é possível integrar um feixe (5) e a própria jaqueta (17) numa estrutura única, transportada e instalada de uma única vez.

Na descrição são apresentados alguns detalhes para permitir um melhor entendimento da presente invenção. Entretanto para especialistas na técnica de perfuração em geral, é perfeitamente possível o entendimento e a execução sem estes detalhes e que numerosas variações ou modificações das descrições são possíveis.

Faz parte da presente invenção um sistema que combina numa única estrutura a fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, dispensando o uso de gabarito (template). Faz parte também da presente invenção um Método de execução do transporte e instalação da referida estrutura, de acordo com a identificação de seus componentes, baseado na descrição das Figuras acima.

Esta invenção torna possível executar, sem Sonda, a fase inicial de um conjunto de poços, reduzindo o tempo total de Sonda necessário para construir um poço submarino. A Sonda marítima será utilizada somente para executar as fases seguintes do poço.

Adicionalmente esta invenção torna possível a construção, sem Sonda, de furos revestidos como sistemas Caisson utilizados para alojar módulos de bombeamento e separação, como por exemplo: os sistemas descritos nas patentes US 7150325, e outras.

É importante alertar que meramente para simplificar a descrição, o método de cravação por sucção não está descrito em detalhe desde que os mesmos são bem conhecidos no estado da técnica, além disso, não fazem parte do sistema e método descrito por esta invenção.

Claims (10)

1. Um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, caracterizado por: - um conjunto de tubos de revestimentos (1) dotados de alojadores (2) numa das extremidades são conectados por meio de elementos estruturais de ligação (4), tais como: chapas e perfis soldados, formando um feixe (5) de tubos, numa estrutura única; - o dito feixe (5) é montado em terra e transportado até o local de instalação no mar, onde é cravado no solo marinho.

2. Um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o feixe (5), cravado no solo marinho, concretiza a primeira fase de perfuração de poços; - o feixe (5) dispensa o uso de gabarito para execução de poços agrupados; - as fases seguintes dos poços são executadas por uma Sonda.

3. Um sistema para execução da fase inicial de um conjunto de poços submarinos, sem Sonda, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - quando o número de poços agrupados for grande, subdividir os revestimentos (1) e alojadores (2) em mais de um feixe (5), para facilitar a fabricação, transporte e instalação;

4. Um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o feixe (5) ser integrado com uma jaqueta (17), de perfuração e produção, onde os tubos (13) servem de guia para assentamento da jaqueta (12) no solo marinho.

5. Um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o feixe (5) ser integrado com plataformas de perfuração e produção do tipo: jaqueta, TLP ou Spar; onde o feixe (5) faz função de gabarito de perfuração e a primeira fase dos poços agrupados;

6. Um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o feixe (5), ser utilizado como base de apoio e alojamento de equipamentos submarinos, tais como: manifold (11), sistemas de bombeamento e separação (12).

7. Um sistema para execução, sem Sonda, da fase inicial de um conjunto de poços submarinos agrupados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: - o feixe (5) de tubos, montado em terra, é transportado sobre uma balsa ou barco, ou é rebocado flutuando, até o local de instalação no mar;

8. Um Método de instalação e cravação de um feixe de tubos, de acordo com a reivindicação 1, onde o feixe (5), de revestimentos, é descido verticalmente e apoiado no solo marinho penetrando parcialmente pela ação do peso próprio.

9. Um Método de cravação de um feixe de tubos, de acordo com a reivindicação 1, onde a água no interior de um ou mais tubos de revestimentos é sucçionada por meio de uma ou mais bombas, criando uma depressão no interior do tubo e promovendo a penetração do feixe (5) no solo marinho;

10. Um Método de cravação de um feixe de tubos, de acordo com a reivindicação 1, onde são utilizados bate estacas submarinos para complementar a penetração do feixe (5) até a cota final de cravação no solo marinho;