BRPI0903055A2

BRPI0903055A2 - separador gravitacional de água de fundo de poço

Info

Publication number: BRPI0903055A2
Application number: BRPI0903055-7A
Authority: BR
Inventors: Stephen P Fenton
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-05-25
Also published as: US20090266755A1; GB2459377A; NO20091585L; GB2459377B; GB0906894D0; SG156593A1; US8080157B2; NO339387B1

Abstract

SEPARADOR GRAVITACIONAL DE áGUA DE FUNDO DE POçO. Um sistema de separação de água por gravidade pode ser integrado dentro de uma completação de poço. Um percurso de fluxo desviado é provido para hidrocarbonetos produzidos, externo à tubulação de completação. à medida que os hidrocarbonetos produzidos se deslocam através do percurso de fluxo desviado, eles passam através dos estágios de separação em que a separação por gravidade resulta por intermédio da migração através dos orifícios de fluxo predefinidos que se estendem a partir da "cámara(s) de separação" de óleo produzido na direção da "câmara(s) de água" separada.

Description

"SEPARADOR GRAVITACIONAL DE ÁGUA DE FUNDO DE POÇO"

Referência Cruzada a Pedido Relacionado

Esse pedido reivindica prioridade do pedidoprovisório 61/047.243, depositado em 23 de abril de 2008.

Campo da Invenção

Essa descrição se refere a um separador de águae, especificamente, a um separador gravitacional de água defundo de poço para operações de poços submarinos.

Fundamentos da Invenção

Ênfase crescente em relação ao aumento de fatorde recuperação de reservatório para operações de poçossubmarinos proporciona um estimulo para a separação de águaa partir de hidrocarbonetos produzidos. Adicionalmente,poços em terra freqüentemente têm que lidar comsignificativa irrupção de água (70-80%+ de água em óleo(WiO)). Fundamentalmente, a separação de água prove ganhosem eficiência operacional significativos.

A separação de água prove redução decontrapressão no reservatório mediante redução da pressãomanométrica estática (isto é, gravidade especifica inferiordo fluido produzido na tubulação, o que pode sersignificativo em águas mais profundas e em reservatóriosmais profundos) e efeitos de atrito reduzido na tubulaçãosubmarina. Ela pode operar em uma taxa de fluxorelativamente inferior do que para um volume combinado deóleo + efluente. A redução encontra pressão no reservatórioe os efeitos de atrito reduzido na tubulação submarinaproporcionam uma oportunidade para aumentar a recuperaçãototal do reservatório durante a vida útil do campo,mediante redução da pressão de abandono do campo, e/ouretardando o tempo no qual reforço de pressão poderia serconsiderado necessário, onde praticável.A separação de água permite a redução em tamanhoda linha(s) de fluxo de exportação para um determinadocenário. A redução no tamanho da linha (s) de fluxo deexportação pode significativamente reduzir o custo totalinstalado da tubulação, particularmente em desenvolvimentossubmarinos onde os custos da tubulação representam sempreum fator predominante. A separação de água também reduz adependência em injeção química, que de outro modo é exigidapara minoraçâo de hidrato. Mediante eliminação dadependência em injeção quimica, pode ser reduzido o custorelacionado aos artigos de consumo durante a vida útil do campo.

Existe uma necessidade de uma técnica que trateda ênfase no aumento do fator de recuperação doreservatório para operações de poços submarinos medianteseparação de água a partir dos hidrocarbonetos produzidos.Uma nova técnica é necessária para simplificar a instalaçãototal do sistema e para prover capacidade de separaçãodisponível no ponto mais antigo na vida útil do campo seminterrupção da produção. A técnica a seguir pode resolverum ou mais desses problemas.

Sumário da Invenção

Um sistema de separação de água por gravidade quepode ser integrado dentro de uma completação de poço. Umpercurso de fluxo desviado é provido para oshidrocarbonetos produzidos, externo à tubulação decompletação. Como os hidrocarbonetos produzidos se deslocamatravés do percurso de fluxo desviado, eles passam atravésde estágios de separação em que a separação por gravidaderesulta mediante migração através de orifícios de fluxopredefinidos que se estendem a partir da "câmara(s) deseparação" para a "câmara(s) de água" separada.

Uma válvula de isolamento completo de furooperável é provida, mantendo acesso ao poço para operaçõesatravés de tubulação durante a vida útil do poço, enquantotambém provendo o meio para o desvio de fluxo sob um modo"habilitado para separação". A válvula de isolamentocompleto de furo também prove um modo de "desvio deseparador" para produção prematura do poço (isto é, antesdo corte de água) e por toda a vida útil do campo no casode perturbação de fluxo através do separador por qualquerque seja a razão.

Descrição Resumida dos Desenhos

A Figura 1 é uma vista esquemática de um poço comuma unidade de separação de água de fundo de poço,instalada.

A Figura 2 é uma vista esquemática de um poço comuma unidade de separação de água de fundo de poço e bombade água, instaladas.

A Figura 3 é uma vista em corte transversalvertical de uma unidade de separação de água gravitacionalde poço com câmaras de labirinto.

A Figura 4 é uma vista isométrica de uma unidadede separação de água gravitacional de fundo de poço comcâmaras de labirinto.

A Figura 5 é uma vista em corte transversalvertical da câmara final em uma unidade de separação deágua gravitacional com câmaras de labirinto.

A Figura 6 é uma vista em corte transversallateral da câmara de separação da Figura 5.

A Figura 7 é uma vista em corte transversalvertical de uma unidade de separação de água helicoidal defundo de poço.

Descrição Detalhada da Invenção

Com referência à Figura 1, uma modalidadeexemplificativa de um conjunto de completação de poço,representada pelo número de referência 10, é mostrada emvista lateral e inclui a tubulação de produção 12, a qualse estende para dentro de uma formação 11. A tubulação deprodução 12 se estende a partir do dispositivo de suspensãode tubulação 27 na cabeça de poço 26 para baixo emcomunicação de fluido com uma formação produtora. Umrevestimento de produção 15 se estende no sentido parabaixo a partir de um dispositivo de suspensão derevestimento 17, ou de outro modo a partir de umdispositivo de suspensão de revestimento de tamanhoadequado na cabeça de poço. Um obturador de produção 13isola um espaço anular entre a tubulação de produção 12 e orevestimento de produção 15.

A unidade de separação de água 20 é instaladadentro do revestimento de superfície 19 no fundo do poço, eé conectada à tubulação de produção 12. O revestimento desuperfície 19 se estende no sentido para baixo a partir dodispositivo de suspensão de revestimento 25. Uma válvula desegurança de subsuperficie, controlada a partir dasuperfície (SCSSSV) 22 está localizada na tubulação deprodução 12, acima da unidade de separação de água 20. ASCSSSV 22 é uma válvula de segurança de fundo de poço que éoperada a partir das instalações de superfície através deuma linha de controle amarrada na superfície externa datubulação de produção 12. O sistema de controle opera em ummodo à prova de falha, com pressão de controle hidráulicousada para manter aberta um conjunto de esfera ou chapeletaque fechará se a pressão de controle for perdida. Issosignifica que quando fechada, a SCSSSV 22 isolará osfluidos do reservatório a partir da superfície.

Nas Figuras 1 e 2, o fluxo a partir da formação11 se desloca para cima da tubulação de produção 12 e entrana unidade de separação 20. Quando o fluxo alcança aunidade de separação 20, um dispositivo de separação removea água (isto é, o fluido mais denso) a partir da mistura deóleo e água (isto é, o fluido de produção quando ele fluiatravés da unidade 20. Quando a quantidade desejada deseparação tiver ocorrido, o fluxo (isto é, fluido menosdenso) torna a entrar na tubulação de produção 12 e édirecionado para a superfície. A água (isto é, fluido maisdenso) que foi removida do fluxo (isto é, fluido deprodução) na unidade de separação 20 pode ser processada oure-injetada adicionalmente.

Na Figura 1, a água removida do fluxo na unidadede separação 20 se desloca através da linha de descarte deágua 23, e então para dentro de um dispositivo externo deseparação 31. O dispositivo externo de separação 31 podereceber a água a partir de outras fontes 29, antes deseparar adicionalmente a água, e dispersar a mesma para omar através de uma linha de saida para o mar 33, ou re-injetar a mesma através de uma linha de re-injeção 35.Conforme ilustrado pela Figura 2, em uma modalidadealternativa, a água removida do fluxo na unidade deseparação 20 se desloca através da linha de descarte deágua 23, é bombeada através de uma bomba de água de fundode poço 37, e re-injetada em uma zona de injeção através dalinha de re-injeção 39.

A Figura 3 ilustra uma unidade de separação 21compreendida de um separador gravitacional de água comcâmaras e labirinto circunscrevendo radialmente umaextensão da tubulação de produção 12. Uma válvula deisolamento completo de furo operável (FBIV) 41 estálocalizada na tubulação de produção 12 dentro da unidade deseparação 21. A FBIV 41 permite que acesso seja mantido aopoço para operações através da tubulação durante a vidaútil do campo, enquanto proporcionando o meio para desviode fluxo através do separador 21 sob o modo de "separaçãohabilitada". A FBIV 41 adicionalmente prove um modo de"desvio de separador" para produção de campo antiga (istoé, antes do corte de água) e através da vida útil do campono caso de perturbação do fluxo através do separador 21. AFBIV 41 pode ser substituída por um mecanismo de fechamentoalternativo, tal como um obturador remotamente instalado.

Com referência às Figuras 3 e 4, quando a FBIV 41está fechada e no modo de "separação habilitada", o fluxo(isto é, o fluido de produção) a partir da formação sedesloca ascendentemente na tubulação de produção 12, ondeele é bloqueado pela FBIV fechada 41, desse modo forçando ofluxo a entrar na unidade de separação 21. O fluxo entãoentra na câmara de fluxo inicial 49 e se desloca para cimaatravés do tubo de fluxo de óleo 51, o qual carrega o óleoe a mistura de água através da câmara de água 50. Éimportante observar que o fluxo é completamente isolado dacâmara de água 50 por intermédio do tubo de fluxo 51. Otubo de fluxo 51 termina em uma câmara de separação 52. Acâmara de separação 52 compreende vários furos pequenos 55em sua superfície inferior. À medida que o fluxo passasobre os furos 55, as forças gravitacionais exercidas sobrea mistura de fluido faz com que a água (isto é, o fluidomais denso) dentro do fluxo caia e se desloque através dosfuros 55 e para dentro da câmara de água 50 abaixo. Apósfluir sobre os furos 55, a mistura (isto é, o fluido menosdenso) continua no sentido para cima através do tubo defluxo 54. O tubo de fluxo 54 passa então através da câmarade água 56 antes de se abrir para a câmara de separação 57.

Quando o fluxo alcança a câmara de separação 57,a mistura de óleo e água passa outra vez sobre um pisosemelhante à grade que tem alguns furos pequenos 55 em suasuperfície. À medida que o fluxo passa sobre os furos 55,as forças gravitacionais exercidas sobre a mistura defluido fazem com que a água dentro do fluxo caia e sedesloque através dos furos 55 e para dentro da câmara deágua 56 abaixo. Quando o fluxo tiver passado sobre os furos55, ele continua para cima através do tubo de fluxo 59. Otubo de fluxo 59 passa então através da câmara de água 60antes de se abrir para a câmara de separação 61. Quando ofluxo alcança a câmara de separação 61, a mistura de óleo eágua passa outra vez sobre um piso semelhante à grade quetem alguns furos pequenos 55 em sua superfície. À medidaque o fluxo passa sobre os furos 55, as forçasgravitacionais exercidas sobre a mistura de fluido faz comque a água dentro do fluido caia e se desloque através dosfuros 55 e para dentro da câmara de água 60 abaixo. Quandoo fluxo tiver passado sobre os furos 55, ele continua nosentido para cima através do tubo de fluxo 63. O tubo defluxo 63 passa então através da câmara de água 64 antes dese abrir para a câmara de separação final 65.

Com referência às Figuras 4 e 5, quando o fluxoalcança a câmara de separação final 65, a mistura de óleo eágua passa outra vez sobre um piso semelhante à grade quetem alguns furos pequenos 55 em sua superfície. Quando ofluxo passa sobre os furos 55, as forças gravitacionaisexercidas sobre a mistura de fluido fazem com que a águadentro do fluxo caia e se desloque através dos furos 55 epara dentro da câmara de água 64 abaixo. Quando o fluxo deóleo (isto é, fluido menos denso) tiver passado sobre osfuros 55, ele torna a entrar na tubulação de produção 12acima da FBIV 41, e é direcionado para a superfície.

Com referência à Figura 4, as câmaras de água 50,56, 60, 64 na unidade de separação 21 são conectadas entresi por intermédio dos tubos de fluxo de água 53, 58,, 62. Aágua que entra na câmara de água 50 e desloca através dofluxo de água 53 o qual é conectado à câmara de água 56. Aágua que entra na câmara de água 56 se desloca através dotubo de fluxo de água 58 que é conectado à câmara de água60. A água que entra na câmara de água 60 se deslocaatravés do tubo de fluxo de água 62 que é conectado àcâmara de água 64. Conforme ilustrado previamente nasFiguras 1 e 2, a linha de descarte de água pode fluir nosentido para cima ou no sentido para baixo, a partir daunidade de separação, e pode ser presa a uma bomba de águaou a uma unidade de separação adicional antes de serdescartada ou de ser re-injetada na camada aquifera. Porexemplo, nas Figuras 4 e 5, a água que entra na câmara deágua 64 se desloca através do tubo de fluxo de água desaida 66, então se desloca a partir da unidade de separação21 através da linha de descarte de água 67.

A Figura 6 ilustra uma vista em corte transversalda Figura 5 ao longo da linha 6-6. O fluido flui para dentoda câmara de separação final 65 através do tubo de fluxo63, e passa sobre os furos 55. A água a partir das câmarasde água flui para cima e para fora da unidade de separação21 através da linha de água de saida 66. A mistura de óleoe água restante torna a entrar na tubulação de produção 12,e segue em frente.

Embora essa modalidade de uma unidade deseparação contenha quatro "estágios" de separação, o númerode "estágios" de separação, incluindo as câmaras de águaacompanhantes, dependem da proporção desejada de óleo/águado fluxo saindo da unidade de separação. O comprimento daunidade de separação também é determinado pelo número de"estágios" de separação, desejados.

A Figura 7 ilustra uma unidade de separação demodalidade alternativa 24. Nessa modalidade, o fluxo apartir da linha de produção 12 entra em um tubo de fluxohelicoidal 43, o qual se enrola no sentido para cima e emtorno da tubulação de produção 12. Uma válvula deisolamento total de furo operável (FBIV) 41 está localizadana tubulação de produção 12 dentro da unidade de separação24. A FBIV 41 opera conforme discutido anteriormente, paraseletivamente direcionar o fluxo para passar através daunidade de separação 24. À medida que a mistura de água eóleo entra no tubo helicoidal 43, o fluxo se desloca sobreos furos 44 na parte inferior do tubo 43. À medida que ofluxo passa sobre os furos 44, as forças gravitacionaisexercidas sobre a mistura de fluido fazem com que a águadentro do fluxo caia e se desloque através dos furos 44 epara dentro da câmara de água 45 abaixo. A câmara de água45 é compreendida de um espaço anular entre a linha deprodução 12 e o revestimento de superfície 19. 0 fluxocontinua no sentido para cima através da tubulaçãohelicoidal 43, até que ele se reconecta com a linha deprodução 12. Conforme discutido anteriormente, a águacapturada na câmara de água 45 pode ser removida da unidadede separação 24 por intermédio de alguns métodosdiferentes. O comprimento da tubulação helicoidal 43 e daunidade de separação 24 depende da proporção desejada deóleo/água do fluido saindo da unidade de separação 24.

O sistema de separador gravitacional de águaconforme compreendido pela técnica tem vantagenssignificativas. O sistema de separador gravitacional deágua pode ser integrado dentro da completação do poço,simplificando a instalação de sistema total (isto é,nenhuma estrutura separada é necessária conforme exigidopara um sistema instalado no fundo do mar com custosinerentes de instalação, e custos reduzidos na superfície),e proporcionando capacidade de separação disponível noponto mais antigo na vida útil do poço sem interrupção daprodução.

Embora a técnica tenha sido descrita em apenasuma de suas formas, deve ser evidente para aqueles versadosna técnica que ela não é assim limitada, mas está sujeita avárias alterações sem se afastar do escopo da técnica.

Claims

1. Sistema de separação de água para uso emoperações de poço, o sistema de separação de água sendocaracterizado por compreender:um corpo cilíndrico oco tendo um eixo geométricolongitudinal;um conduto se estendendo coaxialmente através docorpo e tendo uma válvula posicionada no mesmo para abrir efechar uma parte do conduto e uma extremidade superiorroscada para prender o mesmo a uma extremidade inferior deuma coluna de tubulação de produção, a extremidade inferiordo conduto sendo aberta para admitir o fluido de produção;um dispositivo de separação por gravidade montadono corpo em torno do conduto;um orificio inferior no conduto, abaixo daválvula, levando ao dispositivo de separação por gravidadepara admitir o fluido de produção quando a válvula éfechada; eum orificio superior no conduto, acima daválvula, conduzindo a partir do dispositivo de separaçãopor gravidade de volta para dentro do conduto.

2. Sistema.de separação de água, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que odispositivo de separação por gravidade compreendeadicionalmente:uma divisória contendo uma pluralidade deaberturas e a divisória definindo uma passagem de fluidomenos denso acima da divisória e uma passagem de fluidomais denso abaixo da divisória;um orificio de descarga de fluido mais denso seestendendo através do corpo a partir da passagem de fluidomais denso para descarregar o fluido mais denso; e em queo orificio inferior conduz à passagem de fluidomenos denso e o orifício superior avança a partir dapassagem de fluido menos denso.

3. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que odispositivo de separação por gravidade compreendeadicionalmente um tubo helicoidal se estendendo axialmenteao longo do comprimento do eixo geométrico longitudinal detal modo que o tubo helicoidal circunda e se enrola emtorno do conduto, o tubo tendo aberturas localizadas em, ese estendendo através de, uma superfície inferior do mesmo.

4. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a áreaanular entre as periferias internas do dispositivo deseparação por gravidade e as periferias externas do condutodefine uma câmara de fluido mais denso para permitir que agravidade force o fluido mais denso contido no fluido deprodução a se deslocar através das aberturas na tubulação epara dentro da câmara de fluido mais denso posicionadoabaixo.

5. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que odispositivo de separação por gravidade compreendeadicionalmente pelo menos um estágio de separação, cadaestágio de separação compreendido de uma câmara deseparação alinhada axialmente com, e empilhada em cima deuma câmara de água ao longo da extensão do eixo geométrico.

6. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a câmara deseparação é definida como o espaço intersticial entre umaparede superior, uma parede inferior e a parede lateral seestendendo entre as mesmas, e em que a parede inferior temum número de aberturas localizadas em, e se estendendoatravés das mesmas para permitir que a gravidade force ofluido mais denso contido no fluido de produção a sedeslocar a partir da câmara de separação através dasaberturas e para dentro da câmara de água posicionadaabaixo.

7. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 6, caracterizado por compreenderadicionalmente um orifício de descarga de fluido mais densose estendendo através do corpo a partir da câmara de águapara descarregar fluido mais denso.

8. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 6, caracterizado por compreenderadicionalmente:um tubo de fluxo de fluido mais denso seestendendo entre, e conectando cada câmara de água; eum tubo de fluxo de fluido menos denso seestendendo entre, e conectando cada câmara de separação.

9. Sistema de- separação de água para uso emoperações de poço, o sistema de separação de água sendocaracterizado por compreender:um corpo cilíndrico oco tendo um eixo geométricolongitudinal;um conduto se estendendo coaxialmente através docorpo e tendo uma válvula posicionada no mesmo para abrir efechar uma parte do conduto e uma extremidade superiorroscada para prender a mesma em uma extremidade inferior deuma coluna da tubulação de produção, a extremidade inferiordo conduto sendo aberta para admitir fluido de produção;um dispositivo de separação por gravidade montadono corpo em torno do conduto, o dispositivo de separaçãopor gravidade compreendendo uma pluralidade de estágios deseparação, cada estágio de separação compreendendo umacâmara de separação alinhada axialmente com, e empilhada emcima de uma câmara de água ao longo da extensão do eixogeométrico;um tubo de fluxo de fluido mais denso seestendendo entre e conectando cada câmara de água;um tubo de fluxo de fluido menos denso seestendendo entre e conectando cada câmara de separação;um orifício inferior no conduto, abaixo daválvula, conduzindo para o dispositivo de separação porgravidade para admitir fluido de produção quando a válvulaestá fechada; eum orificio superior no conduto, acima daválvula, conduzindo a partir do dispositivo de separaçãopor gravidade de volta para dentro do conduto.

10. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada câmarade separação é definida como o espaço intersticial entreuma parede superior, uma parede inferior, e a paredelateral se estendendo entre as mesmas, e em que a paredeinferior tem um número de aberturas localizadas em, e seestendendo através da mesma para permitir que a gravidadeforce o fluido mais denso contido no fluido de produção ase deslocar a partir da câmara de separação através dasaberturas e para dentro da câmara de água posicionadaabaixo.

11. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 9, caracterizado por compreenderadicionalmente um orificio de descarga de fluido mais densose estendendo através do corpo a partir de pelo menos umadas câmaras de água para descarga do fluido mais denso.

12. Sistema de separação de água para uso emoperações de poço, o sistema de separação de água sendocaracterizado por compreender:um corpo cilíndrico oco tendo um eixo geométricolongitudinal;um conduto se estendendo coaxialmente através docorpo e tendo uma válvula posicionada no mesmo para abrir efechar uma parte do conduto e uma extremidade superiorroscada para prender a mesma em uma extremidade inferior deuma coluna de tubulação de produção, a extremidade inferiordo conduto sendo aberta para admitir fluido de produção;um dispositivo de separação por gravidadecompreendendo um tubo helicoidal se estendendo axialmenteao longo do comprimento do eixo geométrico longitudinal detal modo que o tubo helicoidal circunda e se enrola emtorno do conduto, o tubo tendo aberturas localizadas em, ese estendendo através de uma superfície inferior do mesmo;um orificio inferior no conduto, abaixo daválvula, conduzindo ao dispositivo de separação porgravidade para admitir o fluido de produção quando aválvula está fechada; eum orificio superior no conduto, acima daválvula, conduzindo a partir do dispositivo de separaçãopor gravidade de volta para dentro do conduto.

13. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a áreaanular entre as periferias internas do dispositivo deseparação por gravidade e as periferias externas do condutodefine uma câmara de fluido mais denso para permitir que agravidade force o fluido mais denso contido no fluido deprodução a se deslocar através das aberturas na tubulação epara dentro da câmara de fluido mais denso, posicionadaabaixo.

14. Sistema de separação de água, de acordo com areivindicação 13, caracterizado por compreenderadicionalmente um orificio de descarga de fluido mais densose estendendo através do corpo a partir da câmara de águapara descarregar o fluido mais denso.