CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a mandris de bolsa lateral utilizados para alojar válvulas de controle de vazão de gás em sistemas de elevação de petróleo por injeção de gás, conhecido por gas lift.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Muitos processos de produção de hidrocarbonetos (principalmente petróleo) fazem uso de sistemas de elevação artificial para auxiliar a elevação da produção, desde o reservatório até instalações de processamento.

[0003] Um dos processos mais utilizados é a elevação pneumática, mais conhecida conhecido por gas lift, termo em inglês largamente utilizado pelos versados na área.

[0004] Em uma configuração muito comum para este método, gás natural sob alta pressão é injetado em um espaço anular 5 entre a tubulação de revestimento e a tubulação de produção. Adicionalmente, em pontos específicos da tubulação de produção são posicionados dispositivos de controle de fluxo conhecidos como válvulas de elevação pneumática (ou válvulas de bombeio pneumático), também conhecidas por válvulas de gas lift.

[0005] Tais válvulas tem a finalidade de controlar o fluxo de gás pressurizado que escoa do espaço anular para o interior da tubulação de produção, de modo a manter a velocidade do escoamento da produção desejada no interior do tubulação de produção.

[0006] Nesse método, após a injeção do gás pressurizado no interior da tubulação de produção, o mesmo se expande, reduzindo a densidade aparente da mistura escoada pela tubulação de produção, o que facilita seu escoamento.

[0007] Esse método pode ser aplicado de modo contínuo (elevação pneumática contínua) ou de modo intermitente (elevação pneumática intermitente).

[0008] No modo continuo, gás é injetado continuamente ao longo da tubulação de produção, nos pontos em que são posicionadas as válvulas de bombeio pneumático. Comumente, o controle da injeção de gás é realizado com o uso de uma válvula de estrangulamento localizada na superfície e uma segunda válvula (válvula de bloqueio pneumático) localizada no ponto de injeção.

[0009] No modo intermitente, o gás é injetado em posições ao longo da tubulação de produção em que são alocadas válvulas de bombeio pneumático por um determinado intervalo de tempo. Nesse modo, o ciclo é divido em dois períodos, um período de repouso e alimentação, e um período final de produção.

[0010] No período de repouso e alimentação, o fluido proveniente do reservatório enche a tubulação de produção, então, o gás é injetado através das válvulas de bloqueio pneumático.

[001 1] No período final de produção, o fluido produzido chega ao ponto de coleta e o sistema de coleta é despressurizado. Nesse ponto, um novo período de repouso e alimentação é iniciado.

[0012] Em ambos os casos, as válvulas que controlam a injeção de gás são alojadas em mandris de bombeio pneumático ( gas lift mandrels). Um tipo muito comum desses mandris é conhecido como mandril de bolsa lateral ( side pocket mandril), em que a válvula fica alojada em uma bolsa lateral de modo a não reduzir a área da seção transversal da tubulação de produção nesse ponto.

[0013] No entanto, um inconveniente encontrado na maioria dos sistemas de elevação pneumática do estado da técnica é que a injeção de gás acaba sendo realizada em contracorrente em relação ao escoamento principal vindo do reservatório, com o objetivo de prover uma melhor mistura do gás com o líquido sendo produzido. No entanto, isso ocasiona uma perda de pressão local desnecessária, o que se reflete numa perda de vazão de líquido de produção.

[0014] O documento EP1686235 (B1 ) ilustra um sistema de gas lift para uso em poços de petróleo que compreende um mandril de bolsa lateral com uma bolsa lateral e uma válvula de sentido único na bolsa lateral que previne que fluido no interior do mandril flua para fora do mandril.

[0015] O documento EP745176 (A1 ) revela um sistema para a inserção de fluido de injeção em uma corrente de fluido de hidrocarboneto que inclui gás de elevação ( gas lift) para fazer com que o fluxo de hidrocarboneto flua em um poço. Em tal documento, gás é injetado em contracorrente, como ilustrado nas figuras.

[0016] O documento WO2014039740 (A1 ) revela uma válvula de gas lift para controlar o fluxo de gás durante uma operação de gas lift intermitente em um poço submarino, em que a válvula compreende um elemento para permitir o fluxo em apenas um sentido através da mesma. O documento tem foco especificamente na válvula e claramente direciona o gás injetado no sentido de contracorrente do fluxo de produção.

[0017] O documento CN101979823 (A) revela, dentre outros elementos, um sistema de gás lift integrado a uma coluna de produção utilizado para auxiliar a elevação de liquido proveniente de um poço. O sistema de gas lift de tal documento é posicionado em uma bolsa lateral e compreende a injeção de gás na coluna de produção por um duto horizontal.

[0018] Portanto, nenhum documento do estado da técnica faz qualquer referência ao uso de um sistema de elevação por injeção de gás que possibilite que o gás não seja injetado no contra fluxo do escoamento no interior da coluna de produção.

[0019] Uma alternativa para resolver esse problema é revelada pelo documento PI 0300958-0, em que é proposta uma modificação na geometria do mandril para que o gás seja inserido em um ângulo que não seja contra o fluxo do escoamento da produção.

[0020] No entanto, essa solução não provê que o gás seja inserido de modo homogéneo, o que se revela um segundo inconveniente do estado da técnica.

[0021] Portanto, fica claro que o estado da técnica carece de um sistema de bombeio pneumático que possibilite que a injeção de gás seja feita de forma não contrária ao fluxo de produção e que, ainda assim, possibilite uma boa homogeneização do fluxo de produção com o gás injetado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0022] A presente invenção tem por objetivo principal prover um sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos, em que o gás de elevação não seja injetado no contra fluxo do escoamento fluido no interior da tubulação de produção, mas que, ao mesmo tempo, a mistura do gás com o hidrocarboneto produzido seja feita de forma homogénea.

[0023] Assim, de forma a alcançar tal objetivo, a presente invenção provê um sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos, compreendendo pelo menos um mandril e pelo menos uma válvula de controle de vazão de gás, em que o pelo menos um mandril é conectado a uma coluna de produção, em que a coluna de produção é posicionada dentro de um revestimento de poço, em que o sistema compreende um straddle apoiado na coluna de produção e envelopando o mandril, em que na região de saída de gás da válvula de controle de vazão de gás é formada uma câmara, em que o straddle compreende um meio de comunicação fluídica adaptado para alimentar gás no interior do straddle.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0024] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência, representando as modalidades da presente invenção.

[0025] A figura 1 ilustra uma vista em corte lateral de uma poço de petróleo que compreende um sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos como o descrito pela presente invenção.

[0026] A figura 2 ilustra uma vista em corte lateral do detalhe do mandril do sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0027] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção, aplicada a um sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[0028] A figura 1 ilustra uma vista esquemática de um sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos de um poço de petróleo. O sistema ilustrado compreende um revestimento de poço 2 com uma coluna de produção 3 em seu interior.

[0029] Opcionalmente, um packer ^ A é instalado entre a coluna de produção 3 e o revestimento de poço 2, em um ponto próximo ao reservatório de petróleo 4, criando uma espaço anular 5 entre o revestimento de poço 2 e a coluna de produção 3, em que tal câmara é vedada inferiormente por um packer 14, e superiormente por uma cabeça de poço 6, conhecida largamente no estado da técnica pelo termo em inglês wellhead.

[0030] Durante a produção do poço, os fluidos do reservatório 4 entram em uma porção inferior do poço 21 por aberturas 7 formadas no poço e são escoados pela coluna de produção 3 até a cabeça do poço 6, de onde são redirecionados para instalações de processamento 8. Esse sistema, como um todo é largamente conhecido no atual estado da técnica, portanto, para fins de concisão descritiva, não será indicados detalhes desse sistema, o que certamente não será prejudicial para o entendimento de nenhum técnico na área.

[0031] Durante o processo de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos uma fonte externa de gás de alta pressão 9 injeta gás sob alta pressão no espaço anular 5 entre o revestimento 2 e a coluna de produção 3. Esse gás é então injetado no interior da coluna de produção 3 por uma válvula de controle de vazão de gás 1 1 posicionada em um mandril de bombeio pneumático 1 .

[0032] Então o gás injetado é misturado ao fluido proveniente do reservatório 4, reduzindo sua densidade aparente e fazendo com que o fluido seja escoado mais facilmente em direção à cabeça de poço 6.

[0033] Como já discorrido as seção FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO, o processo de elevação pneumática pode ser contínuo ou intermitente. No entanto, o processo básico em ambos os casos é o mesmo descrito no parágrafo anterior.

[0034] Ressalta-se que, embora a figura 1 seja representada com apenas um mandril 1 de para instalação de válvula de bombeio pneumático 1 1 , o número de válvulas adotado pode variar substancialmente desde uma válvula até uma pluralidade de válvulas, em que as válvulas podem atuar de modo diferente entre si.

[0035] Os poços em que o sistema descrito é aplicado podem ser do tipo onshore ou offshore. Nos casos offshore, os poços podem ser providos de equipamentos de cabeça de poço 6, e completação seca ou molhada.

[0036] O mandril 1 preferencialmente adotado é um mandril de bolsa lateral. Esse mandril 1 , um dos mais utilizados no estado da técnica, compreende um espaço lateral (bolsa) no qual a válvula de controle de fluxo de gás 1 1 é posicionada. Deste modo, a área da seção da coluna de produção 3 onde a válvula 1 1 é posicionada não sofre redução, o que pode ser uma desvantagem encontrada em mandris convencionais (sem bolsa lateral).

[0037] No entanto, a invenção que será descrita a seguir pode ser aplicada tanto a mandris 1 de bolsa lateral 104 quanto a mandris convencionais, como será evidente para qualquer técnico no assunto.

[0038] A figura 2 ilustra uma vista em corte lateral do detalhe do mandril 1 do sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos da presente invenção. Nesse detalhe é possível observar que o sistema compreende um straddle 10 apoiado na coluna de produção 3 e envelopando o mandril 1 , em que na região de saída de gás 1 10 da válvula 1 1 de controle de vazão de gás é formada uma câmara 105, em que o straddle 10 compreende pelo menos um meio de comunicação fluídica 102 adaptado para alimentar gás no interior do straddle 10.

[0039] Com o uso do straddle 10, o fluxo de hidrocarboneto não entra em contato com a válvula de controle de vazão de gás 1 1 , uma vez que todo o fluxo que escoa pela coluna de produção 3 passa pelo interior do straddle 10 em toda a extensão do mandril 1 , até voltar a coluna de produção 3 após o mandril 1 . Deste modo, o gás não é injetado em contra corrente com relação ao fluxo de hidrocarboneto, e sim na câmara 105 formada na região de saída de gás 1 10.

[0040] Assim, de acordo com apresente invenção, o gás pressurizado, localizado no espaço anular 5 entre o revestimento de poço 2 e a coluna de produção 3, alimenta a válvula de controle de vazão de gás 1 1 , que é posicionada com o auxílio de gaxetas 1 1 1 , que fazem com que todo o gás seja direcionado para a válvula de controle de vazão de gás 1 1 , a qual redireciona o gás para a região de saída de gás 1 10 da válvula 1 1. Pelo menos nessa região (região de saída de gás 1 10 da válvula de controle de vazão de gás 1 1 ), o straddle 10 compreende um meio de comunicação fluídica 102 adaptado para alimentar gás no interior do straddle 10. Opcionalmente, o meio de comunicação fluídica 102 é uma pluralidade de orifícios que comunicam fluidicamente a câmara 105 formada com o interior do straddle 10.

[0041] Desse modo, o gás direcionado para a câmara 105 é injetado no interior do straddle 10 através do meio de comunicação fluídica 102 (pluralidade de orifícios), de modo a prover uma melhor mistura do gás com o fluido de hidrocarbonetos.

[0042] Assim, o sistema da presente invenção soluciona os dois problemas do estado da técnica citados. O gás não é injetado no contra fluxo do fluido de hidrocarboneto, uma vez que é injetado na câmara 105. Adicionalmente, o meio de comunicação fluídica 102 assegura que o gás seja inserido de modo a prover uma eficiente mistura do gás no fluido de hidrocarboneto.

[0043] Opcionalmente, como ilustrado, o mandril 1 é um mandril 1 de bolsa lateral. No entanto, apesar de a figura 2 ilustrar apenas essa configuração, ficará óbvio para um técnico no assunto que o mandril 1 utilizado em implementações específicas da invenção pode ser um mandril 1 convencional ou um mandril 1 de bolsa lateral.

[0044] Opcionalmente, na região de saída 1 10 de gás da válvula 1 1 de controle de vazão de gás é formada uma câmara 105 anelar delimitada pelo straddle 10 e pelo mandril 1 de bolsa lateral. Nesse caso, pode ser adotada uma configuração em que, na região de saída de gás 1 10 da válvula 1 1 de controle de vazão de gás, pelo menos uma porção do straddle 10 compreende uma área de seção transversal reduzida 101 com relação às suas extremidades. Esse estreitamento 101 do straddle 10 formaria uma câmara 105 de formato anelar nessa região, de modo a aumentar a área do straddle 10 em que o meio de comunicação fluídica 102 é aplicado, aumentando também a homogeneização do gás com o fluxo de hidrocarboneto.

[0045] Também opcionalmente, o sistema pode compreender elementos de vedação 13 posicionados entre o straddle 10 e a coluna de produção 3, em que pelo menos um elemento de vedação 13 é posicionado próximo à extremidade superior 106 do straddle e pelo menos um elemento de vedação 13 é posicionado próximo à extremidade inferior do 103 straddle, de modo a prevenir o escape de gás ou vazamento de hidrocarboneto, reforçando a estanqueidade da câmara 105 formada.

[0046] O sistema da presente invenção também tem a vantagem de que pode ser aplicado a sistemas de elevação pneumática já instalados. Nesses casos, o straddle 10 poderia ser assentado tal como normalmente esses componentes são assentados ou a coluna poderia ser provida de nipple{ s) de assentamento imediatamente acima ou abaixo do mandril 1. [0047] O projeto do mandril 1 também poderia ser adaptado para prever o assentamento desses dispositivos na região da bolsa lateral 104.

[0048] O straddle 10 poderia ser instalado em poços de gas lift já existentes por meio de operação com arame ou ser descido diretamente assentado na coluna em instalações novas.

[0049] Portanto, resumidamente, a presente invenção provê um sistema de elevação pneumática de produção de hidrocarbonetos, compreendendo pelo menos um mandril 1 e pelo menos uma válvula 1 1 de controle de vazão de gás, em que o pelo menos um mandril 1 é conectado a uma coluna de produção 3, em que a coluna de produção 3 é posicionada dentro de um revestimento de poço 2, em que o sistema compreende um straddle 10 apoiado na coluna de produção 3 e envelopando o mandril 1 , em que na região de saída de gás 1 10 da válvula 1 1 de controle de vazão de gás é formada uma câmara 105, em que o straddle 10 compreende um meio de comunicação fluídica 102 adaptado para alimentar gás no interior do straddle 10.