BRPI0817958B1

BRPI0817958B1 - Equipamento de controle de fluxo em poço, equipamento para regular um fluxo de fluido e conjunto de completação

Info

Publication number: BRPI0817958B1
Application number: BRPI0817958-1A
Authority: BR
Inventors: Mohammad Athar Ali
Original assignee: Prad Research And Development Limited
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2018-01-30
Also published as: US7870906B2; AU2008305337A1; NO345122B1; AU2008305337B2; WO2009042391A1; US20090078428A1; BRPI0817958A2; NO20100530L

Description

(54) Título: EQUIPAMENTO DE CONTROLE DE FLUXO EM POÇO, EQUIPAMENTO PARA REGULAR UM FLUXO DE FLUIDO E CONJUNTO DE COMPLETAÇÃO (51) lnt.CI.: E21B 34/08 (30) Prioridade Unionista: 25/09/2007 US 60/975.031 (73) Titular(es): PRAD RESEARCH AND DEVELOPMENT LIMITED (72) Inventor(es): MOHAMMAD ATHAR ALI

EQUIPAMENTO DE CONTROLE DE FLUXO EM POÇO, EQUIPAMENTO PARA

REGULAR UM FLUXO DE FLUIDO, E CONJUNTO DE COMPLETAÇÃO

Fundamentos da Invenção

A tecnologia de poço horizontal está sendo usada atualmente em uma base mundial para melhorar a recuperação de hidrocarbonetos. Essa tecnologia pode incluir métodos e equipamentos que aumentam a área de drenagem do reservatório, que retardam a obstrução por água e gás e que aumentam a taxa de produção. Um problema que pode existir em poços horizontais de maior comprimento, com alta quantidade de desvios é o perfil não uniforme de fluxo ao longo da extensão do da secção horizontal. Esse problema pode surgir devido a uma extração não uniforme aplicada ao reservatório ao longo da extensão do comprimento da secção horizontal e devido a variações na pressão do reservatório, permeabilidade, e de mobilidade dos fluidos. Esse perfil não uniforme de fluxo pode provocar numerosos problemas, por exemplo, fuga prematura de água ou gás e entupimento da tela e erosão (no controle de areia nos poços) , e podem reduzir de forma importante a vida útil e a rentabilidade do poço.

Em poços de injeção horizontal, o mesmo fenômeno aplicado em sentido inverso pode resultar na distribuição desigual dos fluidos de injeção, deixando partes do reservatório não varridas e resultando em perda de hidrocarbonetos recuperáveis.

As variações da pressão no reservatório e a queda de pressão dentro do poço podem induzir que os fluidos sejam produzidos (em poços produtores) ou injetados (poços injetores) em taxas não uniformes. Isso pode ser especialmente problemático em poços horizontais onde a queda de pressão ao longo da extensão da secção horizontal do poço pode provocar máxima queda de pressão no calcanhar base do poço induzindo a base a produzir ou aceitar fluido de injeção numa taxa maior que a do assoalho do poço. Isso pode induzir uma varrição desigual em poços injetores e indesejável fuga precoce de água em poços produtores.

Variações de pressão ao longo do reservatório tornam ainda mais difícil conseguir um perfil uniforme de produção/injeção ao longo da extensão de toda a zona de interesse.

Diversos métodos estão disponíveis, que são direcionados para uma produção/injeção uniforme ao longo da extensão de todo o comprimento do poço. Estes métodos variam desde técnicas simples, do tipo perfuração seletiva até completações sofisticadas e inteligentes que usam válvulas de controle de fluxo no interior do poço e medições de pressão/temperatura que permitem o controle da extração e da vazão provenientes das diversas secções do poço.

Um outro método disponível é colocar bocais fixos pré-ajustados ou algum outro meio de fornecer uma queda de pressão entre um reservatório e a tubagem de produção. Um tal bocal pode compreender um estrangulamento ou válvula de restrição que restringe a vazão através do sistema. A queda de pressão provocada por esses bocais varia em diferantes partes do poço dependendo das características do reservatório para se conseguir uma vazão uniforme ao longo da extensão do composição do poço.

Embora os métodos inteligentes de completação possam resultar em um controle aceitável de extração e de fluxo, tais métodos requerem linhas de controle hidráulico e/ou elétrico que limitam a aplicação de tais métodos e que aumentam o custo total da completação. Por outro 'lado, técnicas de queda pré-ajustada da pressão (isto é, bocais fixos pré-ajustados) são completamente passivas, possuem um controle limitado sobre a taxa de fluxo real, através deles, e não têm capacidade de ajustar o tamanho do estrangulamento, após a completação estar no lugar. Pelo projeto, estas técnicas de dispositivos de queda de pressão na área de fluxo exigem uma vazão irregular através deles para variar a queda de pressão entre eles.

Além disso, foi observado durante a perfilagem da produção de poços completados com tais dispositivos passivos que, sob determinadas condições de fluxo, os fluidos podem fluir de modo a atravessar de uma seção para outra, pelo fato desses dispositivos não fornecerem meios para impedir o fluxo de fluidos desde as regiões de alta pressão para regiões de baixa pressão no reservatório.

Sumário

Equipamentos de controle de fluxo divulgados aqui incluem um estrangulamento ou válvula de estrangulamento variável que é sensível aos parâmetros de fluxo e propriamente se ajusta automaticamente para fornecer uma vazão predeterminada através do dispositivo. Dispositivos de controle de fluxo podem ser utilizados no trajeto do fluxo desde o reservatório até o poço ao longo do comprimento do poço e ajudam a criar uma predeterminada produção ou perfil de injeção mediante automaticamente ajustar a área d fluxo e a queda de pressão através dos estabilizadores de fluxo.

Em algumas modalidades, o equipamento de controle de fluxo mantém um fluxo constante através do estrangulamento ou válvula de estrangulamento mediante ajustar automaticamente a área do fluxo, em resposta às mudanças na queda de pressão (Δρ) ao longo do equipamento provocada ou pela pressão a montante e/ou a jusante.

Assim, em resposta a um aumento da pressão a montante, um equipamento de controle de fluxo, de acordo com algumas modalidades divulgadas aqui funciona para reduzir a sua área de fluxo, mediante movimentar o tubo de fluxo para uma posição fechada, reduzindo assim o fluxo. Da mesma forma, em resposta a um aumento da pressão a jusante, um equipamento de controle de fluxo, de acordo com algumas modalidades aqui divulgadas funciona para aumentar sua área de fluxo, movimentando o tubo de fluxo para uma posição aberta, aumentando assim o fluxo.

Em algumas modalidades, diversas configurações do equipamento podem permitir variações da sensibilidade relativamente às pressões a montante e a jusante.

A fim de evitar o fluxo reverso através do equipamento, ele também pode ser configurado para funcionar como uma válvula de retenção, por exemplo, para garantir que nenhum fluxo cruzado ocorra entre diferentes partes do poço.

Breve Descrição dos Desenhos

Nos desenhos que acompanham:

A Figura 1 é uma vista lateral esquemática parcial em secção transversal de um equipamento de controle de fluxo, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 2 é uma vista lateral esquemática parcial em secção transversal de um equipamento de controle de fluxo, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 3 é uma vista lateral esquemática parcial em secção transversal de um equipamento de controle de fluxo, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Descrição Detalhada

Será apreciado que a presente invenção pode assumir muitas formas e modalidades. Na descrição a seguir, algumas modalidades da invenção são descritas e inúmeros detalhes são estabelecidos para fornecer uma compreensão da presente invenção. Aqueles usualmente versados na técnica irão apreciar, no entanto, que a presente invenção pode ser praticada sem esses detalhes e que inúmeras variações e modificações das modalidades descritas podem ser possíveis.

A descrição que se segue é, portanto, destinada a ilustrar e não a limitar a presente invenção.

Referindo-se primeiramente à Figura 1, o equipamento de controle de fluxo 40 é mostrado possuindo uma passagem de fluxo móvel 50, um estrangulamento variável estacionário 30, mola 60, elementos de impedimento de curso situados a montante 10, elementos de impedimento de curso situados a jusante 15, e elementos de vedação 20.

Em operação, o equipamento de controle de fluxo 40 usa a diferença entre as pressões a montante e a jusante através do dispositivo para ajustar automaticamente a área de fluxo e, portanto, a contrapressão e vazão, através do dispositivo. Por exemplo, o dispositivo de controle de fluxo 40 pode ser instalado em um poço de produção ou um poço de injeção para controlar o fluxo vindo ou indo para uma zona específica do poço. Em um poço de produção, o fluido de produção (por exemplo, petróleo) flui através da passagem de fluxo 50, bem como exerce pressão sobre a superfície a montante 80 da passagem de fluxo 50. A pressão através da superfície a montante 80 se traduz numa força que move a passagem de fluxo 50 em direção a montante. O movimento na direção a montante engaja a mola 60, que então exerce uma força na direção a jusante. Além disso, a pressão a jusante exerce uma força sobre as superfícies a jusante 90A e 90B que também se opõem à força sobre a superfície a montante 80. Para qualquer determinada vazão, a força sobre a superfície a montante 80 e a soma das forças sobre as superfícies a jusante 90A e 90B e a força da mola irão atingir um equilíbrio mediante mover ’a passagem de fluxo 50 no sentido ao estrangulamento variável

30, que restringe a passagem do fluxo, restringindo assim o fluxo através da passagem de fluxo. Elementos de impedimento de curso a montante e a jusante, 10 e 15 restringem a quantidade que essa passagem de fluxo 50 pode movimentar no sentido e em afastamento do estrangulamento variável estacionário 30. A vedação 20 (por exemplo, um anel-O) veda o anular entre a passagem de fluxo 50 e a carcaça em que ele se assenta para impedir a comunicação de fluido entre os lados a montante e a jusante do equipamento

40.

Se a pressão a montante for relativamente baixa, a posição de equilíbrio será na qual a passagem de fluxo 50 ficará mais afastada da estrangulamento variável estacionário 30 que irá permitir maior fluxo passante pela passagem de fluxo 50. Em contrapartida, se a pressão a montante for relativamente alta, a posição de equilíbrio será aquela na qual a passagem de fluxo 50 estará mais próxima do estrangulamento variável estacionário 30, a qual irá restringir o fluxo passante pela passagem de fluxo 50.

Em operação, muitas variáveis podem ser ajustadas para controlar as condições de equilíbrio do equipamento 40. Por exemplo, a tensão da mola 60 pode ser ajustada. Uma mola com tensão relativamente maior irá tender a ter uma vazão de equilíbrio relativamente maior que uma mola com tensão relativamente mais baixa. Adicionalmente, outras variáveis podem ser ajustadas, tais como, apenas a título de exemplo, a área de superfície disponível para receber as pressões a montante e a jusante, a forma do estrangulamento variável estacionário, e a posição dos elementos de impedimento de curso.

Será entendido por aqueles usualmente versados na técnica que a mola 60 pode tomar a forma de qualquer dispositivo que forneça uma resistência contra o movimento, apenas a título de exemplo não limitante, de uma montagem pistão dentro de uma câmara de gás. O equipamento de controle de fluxo 40 pode compreender uma mola mecânica e/ou por gás (por exemplo, N₂) que atua contra a força aplicada devido à pressão diferencial através da passagem de fluxo 50 e movimenta a passagem de fluxo 50 o estrangulamento variável estacionário 30. a forma do estrangulamento 30 e o perfil interno da passagem de fluxo são projetados para variar a área de fluxo à medida que a passagem de fluxo 50 desliza sobre ou em afastamento do estrangulamento 30. A forma do estrangulamento 30 pode ser de qualquer número de configurações, incluindo, a titulo apenas de exemplo, cônica, tronco de cone, ou semiesférica.

O estrangulamento 30 pode ser projetado de tal forma que quando o estrangulamento 30 ficar completamente assentado na correspondente extremidade da passagem de fluxo 50 ele fecha completamente a passagem de fluxo.

Alternativamente, ele pode ser projetado tal que quando ele ficar assentado ele não feche completamente o fluxo passante na passagem de fluxo 50. O dispositivo pode estar também configurado tal que elementos de impedimento de curso 15 sejam posicionados tal que a passagem de fluxo 50 fique incapacitada de se assentar completamente no estrangulamento 30.

Referindo-se agora a FIG. 2, em outra modalidade de um dispositivo de controle de fluxo 40, um dispositivo de controle de fluxo 40 é mostrado o qual é mais sensível à pressão a montante que à pressão a jusante mediante isolar grande parte da área sobre o qual a pressão a jusante está atuando. A modalidade mostrada na Figura 2 opera de forma similar à modalidade mostrada na Figura 1. Todavia, a modalidade da Figura 2 restringe a área sobre a qual a pressão a jusante irá atuar. Particularmente, na Figura 2, a pressão a jusante irá atuar sobre o lábio 110. O elemento de isolamento de pressão 100 isola as outras superfícies a jusante (por exemplo, superfície a jusante isolada 120) da pressão a jusante. Uma vedação 70 (por exemplo, um anel-0) impede a pressão a jusante de atuar sobre a superfície a jusante isolada 120. Desse modo, devido a área por sobre a qual a pressão a jusante pode atuar ser limitada, a força que a pressão a jusante transmite sobre a passagem de fluxo é reduzida. Por conseguinte, o dispositivo será mais sensível às mudanças de pressão a montante que um dispositivo no qual mais da área de superfície a jusante esteja exposta à pressão a jusante.

A força da mola 60 e do movimento permitido de passagem de fluxo 50 (por exemplo, entre os elementos de impedimento de curso 10 e 15) pode ser ajustado para qualquer dada aplicação para fornecer uma área de fluxo mínima e máxima disponível e portanto uma queda de pressão variável ao longo do dispositivo. O dispositivo também pode ser configurado de modo que numa definida/projetada pressão mínima de fluxo a montante ele se feche totalmente e atue como um dispositivo de segurança no caso de fluxo descontrolado do poço.

Referindo agora a Figura 3, o dispositivo de controle de fluxo 40 pode ser configurado de modo que a passagem de fluxo 50 também atue como uma válvula de retenção para positivamente eliminar o fluxo reverso através do dispositivo. O funcionamento da válvula de retenção pode ser conseguido sem substancialmente influenciar a função de estabilização da queda de pressão/taxa de fluxo do dispositivo mediante incorporar um plugue 130, que fecha a passagem de fluxo 50. Qualquer fluxo passante pelo dispositivo de controle de fluxo 40 rta direção reversa (isto é, de a jusante para a montante) irá exigir que a pressão a jusante seja maior que a pressão a montante. Isso irá induzir a passagem de fluxo 50 a se movimentar e parar contra o plugue 130 e interromper qualquer fluxo na direção reversa através do dispositivo.

Quando uma série de dispositivos de controle de fluxo 4 0 são colocados em diferentes partes de um poço produtor isolado com dispositivos de isolamento de zonas (por exemplo, obturadores), cada dispositivo de controle de fluxo 40 irá atualmente ajustar sua área de fluxo para lidar quanto às variações na pressão na pressão na tubagem (a jusante) e/ou pressão no reservatório (a montante) mediante movimentar a passagem de fluxo 50 sobre o tronco

130 para estabilizar e fornecer fluxo uniforme proveniente das diferentes seções do poço/reservatório. Como mostrado na Figura 4, um ou mais dos dispositivos de controle de fluxo 200 podem ser configurados em torno da tubagem adjacente uma distribuição múltipla 210 com ou sem um meio filtrante 220 tal que a totalidade do fluxo proveniente do reservatório seja direcionada para dentro da tubagem através dos dispositivos de controle da entrada de fluxo.

De modo similar em um poço injetor os ICDs estão instalados tal que a totalidade dos fluidos de injeção sejam direcionados a partir da tubagem para o reservatório através dos ICDs para fornecer distribuição uniforme do fluido ao longo da extensão do comprimento do poço.

Do mesmo modo o dispositivo de controle de fluxo 40 pode ser usado no sentido inverso para poços de injeção, para estabilizar e fornecer injeção uniforme para dentro de diferentes seções do poço/reservatório.

Claims

- REIVINDICAÇÕES 1. EQUIPAMENTO DE CONTROLE DE FLUXO EM POÇO, caracterizado por compreender:

uma passagem de fluxo movediça dentro do poço, sendo que a passagem de fluxo movediça compreender uma extremidade a montante possuindo uma primeira área de superfície e uma extremidade a jusante possuindo uma segunda área de superfície, em que a pressão a montante atua sobre a primeira área para criar uma força a montante e a pressão a jusante atua sobre a segunda superfície para criar uma força a jusante;

um dispositivo de estrangulamento variável estacionário para ajustar a vazão de fluxo através da passagem de fluxo movediça em que a posição da passagem de

fluxo relativamente ao estrangulamento é automaticamente ajustada pelo diferencial de pressão através da passagem de fluxo;

dispositivo que resiste à força a montante; e um impedidor de fluxo reverso em que quando a força a jusante for maior que a força a montante, a passagem de fluxo se fecha.
2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o impedidor do fluxo reverso ser uma válvula de uma via.
3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o impedidor do fluxo reverso ser um plugue posicionado a montante da passagem de fluxo.
4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o estrangulamento variável estacionário ser de uma configuração escolhida a partir do grupo que compreende cônica, tronco de cone, e semiesférica.
5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado o dispositivo para fornecer resistência é uma mola adaptada para engatar a passagem de fluxo movediça.
6. EQUIPAMENTO PARA REGULAR UM FLUXO DE FLUIDO, caracterizado por compreender:

uma carcaça tendo uma passagem de fluxo movediça disposta na mesma, sendo que a passagem de fluxo mpvediça tem uma primeira superfície oposta às segundo e terceira superfícies ;

um elemento de vedação anular disposto sobre a passagem do fluxo movediça entre a primeira superfície e segunda superfície oposta e engatando em vedação uma superfície interna da carcaça;

uma mola disposta dentro da carcaça e tensionando a segunda superfície da passagem de fluxo de móveis em uma primeira direção;

um membro cônico afixado à carcaça e posicionado pelo menos parcialmente dentro da passagem de fluxo movediça; e um impedidor de fluxo reverso disposto adjacente à primeira superfície da primeira passagem de fluxo movediça e configurado para prevenir um fluxo reverso de fluido através da passagem de fluxo movediça quando as forças nas segundo e terceira superfícies são maiores do que as forças sobre a primeira superfície.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o membro cônico está configurado para autonomamente sufocar o fluxo de fluido através da passagem de fluxo de móveis em resposta a um diferencial de pressão criada entre a superfície e as superfícies primeiro segundo e terceiro.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o membro cônico restringir o fluxo de fluido através da passagem de fluxo movediça quando a passagem do fluxo movediça se move em uma segunda direção.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender ainda um elemento de pressão e isolamento definido pela carcaça e engatando deforma vedante uma superfície de fora da passagem de fluxo movediça entre as segunda e terceira superfícies
10. CONJUNTO DE COMPLETAÇÃO, para regular uma taxa de fluxo de um poço horizontal, caracterizado por compreender:

uma tubagem de produção disposto no furo de poço horizontala djacente à formação contendo hidrocarbonetos;

um meio filtrante disposto acerca da tubagem de produção;

um aparelho de controle de fluxo disposto na tubagem de produção e em comunicação fluida com o meio filtrante, o aparelho de controle de fluxo compreendendo:

uma passagem de fluxo de movediça disposto dentro de uma carcaça e possuindo uma superfície à montante e primeira e segunda superfícies à jusante;

uma mola configurada para engatar a primeira superfície à jusante e tensionar a passagem de fluxo movediça em uma primeira direção, desse modo permitindo um fluxo de fluido através da passagem de fluxo movediça;

um membro cônico afixado à carcaça e posicionado pelo menos parcialmente dentro da passagem de fluxo movediça e configurado para autonomamente estrangular o fluxo de fluido através da passagem de fluxo movediça em resposta a um diferencial de pressão criado entre a superfície à montante e as primeira e segunda superfícies à jusante; e um plugue disposto adjacente à superfície a montante e configurados para impedir um fluxo reverso de fluido através da passagem de fluxo movediça.
11. CONJUNTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o membro cônico restringir o fluxo de fluido através da passagem de fluxo movediça quando a passagem do fluxo movediça se move em uma segunda direção.
12. CONJUNTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a passagem de fluxo movediça engatar o plugue quando o diferencial de pressão criado entre a superfície a montante e a primeira e segunda superfícies à

5 jusante forçam a passagem de fluxo movediça na primeira direção.
13. CONJUNTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por dois ou mais aparelhos de controle de fluxo serem dispostos na tubagem de produção, cada aparelho

10 de controle de fluxo adaptado para regular o fluxo através de zonas diferentes do poço.

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