BR102012010025B1 - Aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, válvula de fechamento de fundo e método para recuperação de petróleo e a obtenção e registro de informação de fundo do reservatório - Google Patents
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Abstract
aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, válvula de fechamento de fundo e método para recuperação de petróleo e a obtenção e registro de informação de fundo do reservatório. a invenção refere-se a um aparelho inteligente de bombeamento hidráulico para produção de petróleo, registro de pressões de temperatura, fechamento temporal, restauração de pressões, e igualação de pressões em uma operação única e simples. o aparelho inteligente de bombeamento hidráulico da presente invenção compreende uma montagem de bomba de jato, acoplada a uma válvula de fechamento de fundo, e está acoplada a um porta-sensores, formando um conjunto integral monobloco. a incorporação de uma válvula de fechamento de fundo à bomba de jato da presente invenção é um avanço tecnológico não conhecido na indústria de petróleo, tanto por seu desenho como por seu funcionamento, já que o fechamento é gerado por um sistema de pistão e duas esferas. a recuperação do aparelho inteligente é gerada pela abertura de uma passagem ao injetar um fluido motriz em sentido inverso a uma pressão baixa (100 a 500 psi (0,69 a 3,45,mpa)).
Description
[0001] A presente invenção refere-se em geral à exploração de poços de petróleo e gás. Especificamente a um aparelho e método para a recuperação artificial de petróleo por meio do sistema de bombeamento hidráulico, e à obtenção de informação do fundo do reservatório.
[0002] Na prática tradicional da produção de petróleo, os diferentes tipos de recuperação artificial são baseados somente na recuperação do fluido de produção mediante diferenciais de pressão. Para esse efeito são utilizadas bombas mecânicas, elétricas, de rosca e hidráulicas que são instaladas no fundo do poço. Para definir qual dos métodos de recuperação artificial será aplicado em um determinado poço, se requere o conhecimento da informação do reservatório (pressões, temperaturas, características dos fluidos do poço e caudal que produzem o mesmo), parte dessa informação (características dos fluidos e caudais), pode-se obter em superfície, realizando a produção do poço enquanto as pressões do reservatório e da temperatura devem ser registradas no fundo do poço.
[0003] No estado da técnica, é conhecida uma grande variedade de bombas de jato para o desenvolvimento, teste e operação de poços de petróleo e gás, entre os quais se pode citar as patentes US n22: 1.355.606; 1.758.376; 2.041.803; 2.080.623; 2.285.638; 2.287.076; 2.826.994; 3.215.087; 3.234.890; 3.887.008; 4.135.861; 4.183.722; 4.293.283; 4.310.288; 4.390.061; 4.441.861; 4.504.195; 4.603.735; 4.605.069; 4.658.693; 4.664.603; 4.726.420; 4.744.730; 4.790.376; 5.055.002; 5.083609; 5.372.190; 5.472.054; 5.651.664; 5.667.364; 6.354.371.
[0004] No estado da técnica, é conhecida também a patente de modelo de utilidade (Equador: EC-SMU-01-4158) Bomba de jato CLAW Hidráulica, do mesmo inventor, para a recuperação de fluidos em poços petrolíferos, que se incorpora à presente invenção como referência, mas devido à necessidade da indústria petrolífera de dispor de um aparelho compacto que incorpora benefícios como o fechamento do poço no fundo, na profundidade da bomba de maneira instantânea, para reduzir o “efeito de enchimento” e obter registros muito precisos para o cálculo dos limites do reservatório ou do poço, com a finalidade de implantação da presente invenção. Desse modo, a bomba de jato que forma parte importante dessa invenção tem um projeto que mantém os fundamentos da técnica anterior, mas dispõe adicionalmente um reprojeto que permite sua montagem, adaptação e funcionamento de acordo com as necessidades de operação do aparelho. Entre as características que diferenciam está o conector disposto na parte inferior da bomba que permite montar à válvula de fechamento do fundo e também mantém fechados os dutos do desvio da válvula de fechamento do fundo, e, pela parte superior, a extensão adaptadora à qual são fixados os pinos que se mantêm fixos à bomba mediante o funcionamento.
[0005] Dentre as técnicas tradicionais mais conhecidas para obter a informação de pressões e temperaturas do fundo do poço pode-se citar: 1. Um porta-sensores (gauge carrier) enroscado à tubulação de produção (tubing), para o qual se requer uma torre de recondicionamento (equipamento grande) para abaixar a tubulação em um tempo aproximado de 10 horas e para retirar a tubulação em um tempo similar de 10 horas. Este procedimento é somente aplicado a poços exploratórios e não a poços produtores, é alcançado o registro as pressões do reservatório de maneira pontual no instante em que são produzidos os disparos e começa a fluir o reservatório. 2. Outra técnica conhecida se refere à utilização de uma válvula de fechamento de fundo, que utiliza nitrogênio para realizar o fechamento e que mede aproximadamente 6 metros de largura e 100 mm (4 polegadas) de diâmetro. Em sua operação é gerada incerteza pelo fato de que não se pode determinar seu estado de fechamento ou abertura, criando confusão nas decisões operacionais. Ademais, para sua instalação, é requerida a ajuda de um elevador, sendo a operação muito arriscada. 3. Outra técnica conhecida se refere a uma válvula convencional que é assentada no fundo do poço (standing valve), a qual é posicionada com linha de fio em um bico de assento (no-go) previamente enroscado à tubulação de produção à profundidade desejada. A recuperação da válvula é feita com linha de fio, que é um processo que demanda um tempo médio de 6 horas para abaixar e tempo igual para subir, esse é removido sozinho. Em caso contrário, se recuperará retirando a tubulação de produção, cujo procedimento não é seguro e funciona quando a pressão do reservatório está baixa, apesar de a pressão do reservatório ser superior à pressão hidrostática encontrada sobre a válvula, é obrigatória a abertura até acima ampliando o denominado “efeito de enchimento”, o que gera perdas de tempo de inclusive alguns dias. Isso, evidentemente, não é desejável pelo fato de que se produz uma perda de produção considerável.
[0006] Nenhum dos métodos do estado da técnica anteriormente mencionados permite realizar a recuperação de fluidos e o registro de informação do poço em condições ideais, com um fechamento de fundo adequado do poço com somente um aparelho, já que de maneira tradicional são realizados com equipamentos independentes que posicionam os sensores no fundo do poço com linha de fio ou tubulação, e que requerem um sistema de recuperação adicional (uma bomba), os quais são convertidos em processos mais complexos, lentos, de maior risco e custo.
[0007] Isso desperta, então, a necessidade de dispor de somente um aparelho e procedimento que permitem realizar uma função integral; que compreende a recuperação de fluidos e o registro de informação do fundo do poço mediante um fechamento temporal do mesmo.
[0008] Também surge a necessidade de que o fechamento no fundo do poço seja realizado de maneira instantânea, para reduzir o “efeito de enchimento” e realizar ou registrar de maneira mais rápida e precisa dos parâmetros para o cálculo dos limites do reservatório ou do poço.
[0009] Portanto, o objetivo da presente invenção consiste em resolver os problemas do estado da técnica, mediante um aparelho inteligente que permite a recuperação artificial de petróleo e também um fechamento temporal do poço em somente um aparelho.
[0010] A experiência do inventor no campo petrolífero, de mais de 25 anos, permite desenvolver um aparelho inteligente de bombeamento hidráulico para recuperação artificial de petróleo, a obtenção e registro de informação de fundo do reservatório, incorporando às técnicas conhecidas de recuperação artificial com bomba de jato, uma válvula de fechamento de fundo para registrar de maneira eficiente a pressão de restauração do reservatório e a temperatura mediante o fechamento temporal do poço de forma mais ágil.
[0011] A presente invenção se refere a um aparelho inteligente de bombeamento hidráulico para recuperação artificial de petróleo e obtenção e registro de informação de fundo do reservatório, (pressões e temperatura), mediante testes de produção, fechamento temporal, restauração e igualação de pressões, em uma operação simples e única. Os dados obtidos são registrados nos sensores instalados no aparelho inteligente que, posteriormente, permitirão determinar o caudal máximo de produção e outros parâmetros necessários para a exploração ideal.
[0012] A presente invenção pode ser aplicada em poços exploratórios, de avanço e de desenvolvimento. O aparelho inteligente de bombeamento hidráulico da presente invenção compreende una bomba de jato, acoplada a uma válvula de fechamento de fundo por um conector inteligente, e esta é, por sua vez, acoplada a um porta-sensores por meio de uma tampa inferior, formando um conjunto integral monobloco. O aparelho inteligente é colocado no fundo do poço, descendo-o de forma livre pela tubulação de produção (tubing), que é parte do complemento mecânico do mesmo, mediante a injeção a partir da superfície de um fluido motriz com uma bomba de superfície hidráulica recíproca, centrífuga ou outra, a velocidades e pressões baixas até seu alojamento na camisa de circulação.
[0013] O aparelho inteligente começa sua operação ao injetar o fluido motriz (petróleo ou água) a partir da superfície até a bomba de jato, através da tubulação de produção a uma pressão crescente até 24,13 MPa (3.500 psi). Como esta não é uma pressão padrão, dependerá da quantidade do caudal máximo do poço e de quanto se requer produzir, após isso começa a produção da recuperação dos fluidos até a superfície pelo efeito de jato (princípio Venturi) e inicia o teste do poço para determinar em superfície qual o caudal máximo do poço, que é contabilizado em tanques calibrados, enquanto os sensores alojados no porta-sensores registram a pressão fluente e a temperatura.
[0014] Quando a produção é estabilizada, a critério dos técnicos, se procede para encerrar o teste de produção suspendendo o bombeamento a partir da superfície, momento no qual a válvula de fechamento cumpre sua função de fechar o poço no fundo e os sensores registram a pressão do reservatório, ou seja, a pressão existente nesse intervalo a partir do reservatório até a válvula de fechamento de fundo.
[0015] Durante o período de fluxo e o fechamento do poço, os sensores acoplados à válvula de fechamento além de registrar a pressão fluente e a pressão de reservatório, também registram a variação da temperatura em cada um desses eventos.
[0016] Uma particularidade da presente invenção é que o fechamento no fundo do poço é realizado de maneira instantânea, reduzindo ao mínimo o denominado “efeito de enchimento”. O momento em que se suspende o bombeamento, a pressão hidrostática exerce pressão sobre a esfera superior da válvula de fechamento de fundo, ocasionando o descenso do pistão até assentar-se sobre a esfera inferior, gerando o fechamento completo da válvula de fechamento de fundo, para dar início à restauração de pressão do reservatório. Durante o fechamento temporal do poço, permite-se recuperar a pressão do reservatório, a mesma que aumenta com o passar do tempo até alcançar seu ponto máximo, posto que é muito útil para o estudo do reservatório.
[0017] Ao voltar a aplicar a pressão de injeção a partir da superfície, a bomba de jato reinicia sua operação e o vácuo gerado pelo efeito Venturi na bomba de jato levanta a esfera superior que se encontra dentro do pistão, a elasticidade desloca até acima esse pistão e deixa automaticamente em posição aberta à válvula de fechamento de fundo para que os fluidos do poço passem e se reinicie a produção.
[0018] Uma modalidade complementar da invenção se refere à recuperação do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico na superfície, igualando as pressões hidrostática e de reservatório às pressões a que a bomba está submetida.
[0019] As vantagens técnicas da presente invenção incluem o estabelecimento de um método para solicitar a informação dos parâmetros de fundo do poço mediante o fechamento da válvula de fundo. Em particular, podem ser recuperadas as pressões e a temperatura, e com esta informação determinar os parâmetros do reservatório, calcular os limites do reservatório, realizar simulações das diferentes pressões dinâmicas e caudais, que são de suma utilidade para o cálculo do IP (índice de produtividade do reservatório), definir um plano de exploração do reservatório, obter o melhor fator de recuperação do petróleo; e, definitivamente, tomar as decisões que asseguram uma inversão rentável.
[0020] A incorporação de uma válvula de fechamento de fundo à bomba de jato, das características da presente invenção, é um avanço tecnológico não conhecido na indústria de petróleo, tanto por seu projeto, como por seu funcionamento, já que o fechamento gerado por um sistema de pistão e das esferas de um material altamente resistente torna essa válvula de fechamento de fundo mais eficiente. Ademais, a válvula de fechamento de fundo incorpora um desvio especial, que facilita a recuperação da bomba à superfície.
[0021] Outra vantagem técnica da presente invenção é que inclui o registro da pressão dinâmica ou fluente, e a temperatura na profundidade onde se encontra o aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, no mesmo instante que se produz a abertura automática da válvula de fechamento de fundo, quando a pressão de injeção é aplicada sobre o bocal da bomba de jato e dá início à recuperação do fluido do reservatório pelo efeito Venturi. Este registro é produzido e se mantém durante o tempo de operação fluente que pode ser de dias, meses ou anos.
[0022] É também uma vantagem técnica da presente invenção a inclusão do fechamento automático da válvula de fechamento de fundo quando o aparelho inteligente detecta a queda de pressão de injeção e inicia a restauração de pressão do reservatório a partir da formação até onde está instalado o aparelho inteligente. Nesse instante, são registrados os valores de pressão do reservatório e a temperatura em condições estáticas. O tempo de fechamento do poço é determinado pelo profissional responsável pelo reservatório.
[0023] Também é outra vantagem técnica da presente invenção a inclusão da redução ao mínimo do denominado “efeito de enchimento”, mediante a realização do fechamento no fundo do poço de forma instantânea. Em particular, a redução do “efeito de enchimento” é traduzida em diminuição de custos tanto em tempo de paralisação de equipamento, como em produção do poço. Essa aplicação não pode ser feita com nenhum tipo de recuperação artificial conhecido.
[0024] Outra vantagem técnica da presente invenção inclui a recuperação da bomba a partir do fundo do poço, uma vez terminadas as operações de produção, fechamento e registro de parâmetros. O aparelho inteligente da presente invenção dispõe de um desvio para igualar as pressões hidrostática e de reservatório às quais está submetido, sem esse dispositivo seria impossível a recuperação desse na superfície. Essa característica da invenção se diferencia das técnicas tradicionais que requerem outras operações amplas e dispendiosas com equipamentos especiais.
[0025] Uma vantagem adicional da presente invenção é o registro da informação da pressão dinâmica ou fluente do poço, pressão do reservatório durante o período de fechamento, e da temperatura nos dois períodos em uma única operação. Os dados recuperados são armazenados nos sensores eletrônicos montados na válvula de fechamento de fundo.
[0026] A Figura 1 representa uma vista esquemática da realização de um poço petrolífero com o aparelho inteligente para recuperação artificial de petróleo e a obtenção e o registro de informação de fundo do reservatório.
[0027] A Figura 2 é uma vista em corte transversal do aparelho inteligente.
[0028] A Figura 3 é uma vista em seção transversal da bomba de jato e seus componentes
[0029] A Figura 3A representa um detalhe do corpo de descarga.
[0030] A Figura 3B representa um detalhe do conjunto bocal - tubo de mistura.
[0031] A Figura 4 representa uma vista em seção transversal da válvula de fechamento de fundo e seus componentes, e uma vista da disposição do pistão (24) na abertura e fechamento da válvula de fundo.
[0032] A Figura 4A representa um detalhe de acoplamento de conector inteligente e alojamento de válvula.
[0033] A Figura 4B representa um detalhe da disposição do desvio no alojamento da válvula inteligente.
[0034] A Figura 5 é uma vista em seção transversal do alojamento da bomba de jato e seus componentes.
[0035] A Figura 6 é uma vista em seção transversal do porta-sensores e sensores eletrônicos.
[0036] Na Figura 1 é mostrado um diagrama das principais partes da realização de um poço de petróleo para a operação com o aparelho inteligente motriz da presente invenção.
[0037] Para instalar o aparelho inteligente no fundo do poço, deve-se desacoplar a tampa (A) da cabeça (P) e introduzir o aparelho inteligente (H) no interior da linha de injeção (B) em sentido axial, fazendo-o descer através de um fluido motriz (água ou petróleo), injetado desde a superfície, com uma bomba hidráulica recíproca, centrífuga ou outra, a uma pressão baixa 0,69 MPa a 1,38 MPa (100 a 200 psi), passando pela linha de saída de produção (C), seguindo sua descida pela tubulação de produção (E) até alojar-se na camisa de circulação (F) a partir do aparelho inteligente, ao ser injetado o fluido de injeção a partir da superfície de alta pressão, produz uma sucção do fluido de formação (N) que sai a partir do reservatório produtor (L) e passa pelos orifícios de drenagem (M) e é conduzido em sentido ascendente pelo bico de assento (K) e o tubo curto (J), continuando sua subida até o aparelho inteligente (H), onde os fluidos se misturam para serem descarregados pelos orifícios de descarga (G). A vedação (I) faz uma vedação hermética entre o tubo de revestimento (D) e a tubulação de produção (E) para evitar a descida da mistura dos fluidos para a formação.
[0038] O aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, segundo a Figura 2, possui os seguintes grupos: Grupo I: Bomba de jato Grupo II: Válvula de fechamento de fundo. Grupo III: Alojamento de bomba de jato. Grupo IV: Porta-sensores e sensores eletrônicos.
[0039] A montagem do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico segue a seguinte sequência:
[0040] A válvula de fechamento de fundo completa (II) é enroscada em sua parte inferior à Tampa Inferior Inteligente (28). O extremo superior da válvula é enroscado ao tubo exterior 14 (Outer Tube) e a bomba de jato (I) sem o colar de recuperação é introduzida no interior do tubo exterior (14) e acoplada à válvula de fechamento de fundo por meio do conector inteligente (12). Posteriormente, é montado o vedador superior (20) no tubo exterior (14) com seus respectivos elementos vedantes (17, 18 e 19), que formam o alojamento da bomba de jato (III).
[0041] Os elementos vedantes que são alojados no vedador superior (20) e os que são alojados na tampa inferior (28) são iguais e servem para realizar uma vedação hermética nas superfícies vedantes superior e inferior da camisa de circulação (F). Seguidamente, são instalados pinos de bronze no vedador superior (20) para manter fixa a bomba (I) em seu alojamento e é enroscado e ajustado o colar de recuperação. No extremo inferior da tampa (28) é instalado no porta-sensores e sensores eletrônicos (IV) e, finalmente, deve-se ajustar integralmente todo o conjunto, deixando-o pronto para seu deslocamento no poço.
[0042] Este aparelho inteligente é projetado em diferentes medidas; para poços com tubulações de produção de diâmetros de 114, 89 e 73 mm (4 1À”, 3 >2” e 2 7/8” polegadas). Todos os materiais de aço a carbono empregados nesse aparelho inteligente são tratados superficialmente com processos de nitretação com gases ou sais.
[0043] Seguindo o detalhe estrutural mostrado na Figura 2, é descrita uma continuação em forma independente de cada um dos grupos da invenção anteriormente mencionados.
[0044] Na Figura 3 é ilustrada uma vista sem seção transversal da bomba de jato (I) e seus componentes.
[0045] O colar de recuperação (1) é um elemento que serve para recuperar o aparelho inteligente (H) mediante a presença de carbonatos ou outros sólidos acumulados sobre o entorno disso, sem permitir sua recuperação mediante pressão hidráulica. Nesse caso, deve-se utilizar uma linha de aço para esta operação chamada pesca; a extensão adaptadora (6) atua como uma extensão para montar o colar de recuperação (1) e o vedador superior (2), e permite fixar a bomba de jato em seu alojamento pela pressão que exercem os pinos de bronze (34) sobre a superfície exterior dessa extensão (6), mediante a operação e mediante o fechamento do poço. Essa extensão adaptadora (6) também corta os pinos de bronze (34) para abrir os dutos do desvio (23) da válvula de fechamento de fundo.
[0046] O vedador superior (2) é alojado em sua parte interior ao bocal (8) e na parte exterior aos pacotes de vedações (3 ,4 e 5) que contém 2 gaxetas em “V” (4); as mesmas são centralizadas pelo adaptador central (3) que é um anel metálico em forma de “V”, e ajustadas pelo adaptador final (5), que também é um anel metálico. O conjunto formado pelos elementos (3), (4) e (5) criam uma vedação hermética que assegura o direcionamento do fluido motriz (3B1) até o bocal (8). Na parte inferior do vedador (2), onde se aloja o bocal (8), se encontra instalado um anel em O (7) (Oring) que realiza a vedação hermética.
[0047] O bocal (8) tem uma superfície cônica em seu interior e seu diâmetro menor pode variar em 18 medidas diferentes, dependendo das características de produção do poço. Essa troca de seção de um diâmetro maior para um menor que experimenta o fluido (3B1) em sua passagem pelo bocal (8),dá lugar a uma transformação da energia potencial de pressão para a energia cinética de velocidade do fluido injetado (3B1), conhecido pelo nome de efeito Venturi, que produz um vácuo (diferencial de pressão) facilitando o ingresso dos fluidos do reservatório (3B2) através do retentor de bocal (9) no tubo de mistura (10). O retentor de bocal (9) serve adicionalmente para manter uma separação entre o bocal (8) e o tubo de mistura (10) como é mostrado na Figura 3. Nesse tubo de mistura, são unidos o fluido motriz de injeção (3B1) e o fluido de produção do poço (3B2), formando a mistura de fluidos (3B3).
[0048] O tubo de mistura (10) assim como o bocal (8), são as duas partes elementares da bomba. O projeto de suas áreas depende da eficiência da bomba de jato na recuperação da produção do poço. Estas peças são de carbureto de tungsténio.
[0049] O tubo de mistura (10) em seu interior tem duas seções, uma constante por onde passa a mistura (3B3) e outra em forma de cone formada por dois ângulos de 2o e 15° que são projetados para transformar a energia cinética em potencial, e cujas áreas são projetadas de tal forma que reduzam as perdas de pressão por atrito e aumentam a eficiência da bomba de jato. No início desse cone é transformada a energia cinética da mistura em energia potencial, o que é realizado pela elevação da pressão e diminuição da velocidade até chegar ao difusor (13) que é a continuação do cone do elemento (10); por sua vez, o difusor (13) se acopla no extremo superior ao tubo de mistura (10) e aqui é aumentada a energia em seu ponto máximo para gerar a recuperação da mistura até a superfície, vencendo o peso da coluna hidrostática e as perdas de pressão por atrito; no extremo inferior o difusor (13) é acoplado ao corpo de descarga (16), que é constituído por aberturas longitudinais (16A) e do duto de descarga transversal (16B), (ver figura 3A) em cada junta é disposto um anel em O (11) que evita as fugas nos dois extremos acoplados. Seguidamente, a mistura flui através do corpo de descarga (16) e descarrega até o espaço anular que se encontra a tubulação de produção (E) e a tubulação de revestimento (D); a potência gerada com a bomba de jato será suficiente para que esses fluidos subam por esse espaço anular até chegar à cabeça P, saiam pela superfície pela linha (C) e empatar com a linha de produção que vai à estação de controle da produção.
[0050] Na parte inferior do corpo de descarga (16) está enroscado o conector inteligente (12); esse elemento permite a passagem dos fluidos do reservatório a partir da válvula de fechamento de fundo até a bomba de jato. Ademais, abre e fecha o desvio (23) para que se igualem as pressões quando se requer recuperar o aparelho inteligente à superfície.
[0051] O tubo exterior (15) serve de união roscada entre o vedador superior (2) e o corpo de descarga (16), criando um espaço anular formado entre a parte interna do tubo exterior (15), as paredes externas do tubo de mistura (10) e o difusor (13) por onde circula o fluido do reservatório para ingressar logo no tubo de mistura (10) e continuar sua passagem até o difusor (13).
[0052] Para a montagem da bomba de jato é disposto o difusor (13) que leva em seus extremos 2 anéis em O (O-rings) (11), e a pressão é montada com o tubo de mistura (10), em cuja parte superior se encontra o retentor de bocal (9), sobre o qual é colocado o bocal (8). No interior do vedador superior (2), é inserido um anel em O (anel em O) (7) e o bocal (8). Na parte exterior do vedador superior (2) são colocados os elementos vedantes na seguinte ordem: adaptador central (3), gaxeta em “v” (4) e adaptador final (5); na parte superior é enroscada a extensão adaptadora (6) e se espera a montagem total do aparelho inteligente para colocar o colar de recuperação (1). Para completar a armação da bomba, são únicos o corpo de descarga (16) e o vedador superior (2) por meio do tubo exterior (15). Finalmente, por meio do conector inteligente (12), são unidas a bomba de jato e a válvula de fechamento de fundo.
[0053] Na Figura 4 é ilustrada a válvula de fechamento de fundo (II) e seus componentes, em sua parte superior, o alojamento da válvula inteligente (35) se acopla à bomba de jato (I) por meio do conector inteligente (12) e por sua parte exterior se acoplarem ao tubo exterior (14), os anéis em O (21) fazem vedação hermética entre o conector inteligente 12 e o alojamento (35), para fechar seus dutos pela passagem (23). A montagem da bomba de jato - válvula de fechamento de fundo é uma das partes fundamentais nessa invenção. O alojamento de válvula (35) é o mesmo corpo da válvula onde são alojadas todas suas partes, segundo mostrado na Figura 4.
[0054] A montagem do pistão (24) é formada por duas partes metálicas enroscadas entre si (24A e 24B) e aloja em seu interior a esfera superior (25 A), que é assentada na superfície retificada, a parte inferior do pistão também realiza a vedação com a esfera inferior (25 B) quando o pistão (24) percorre até abaixo. Na parede exterior do pistão estão os elementos do anel em O (22) que geram uma vedação hermética com a superfície interior do corpo da válvula.
[0055] O anel em O metálico (27) é assentado na tampa Inferior (28) e é um retentor da esfera (25 B) mantendo-a fixa. Na parte superior do anel metálico (27) é assentada a mola (26) de aço inoxidável que aciona o pistão (24) até acima, enquanto a válvula de fechamento de fundo está aberta e a bomba de jato está operando.
[0056] Quando a válvula de fechamento de fundo está fechada, o pistão (24) desce comprimindo a mola (26) até assentar-se na esfera (25B).
[0057] As esferas (25 A e B) são de carbureto de tungsténio, um material com grande dureza e resistência ao desgaste e corrosão, estas realizam a vedação metal a metal com as superfícies retificadas do pistão (24).
[0058] A tampa inferior (28) é acoplada à válvula de fechamento de fundo; pela parte inferior são alojados os sistemas de vedação (17, 18 e 19) que contêm 3 gaxetas em “V” (18), as mesmas são centralizadas pelo adaptador central (19), que é um anel metálico em forma de “V”, e ajustadas pelo adaptador final (17) que também é um anel metálico. O conjunto formado pelos elementos (17, 18 e 19) cria uma vedação hermética com a superfície vedante inferior da camisa (F) da Figura 1.
[0059] Para armar a válvula de fechamento de fundo, são posicionados a esfera (25B), o anel em O metálico (27) na tampa inferior (28), logo após a montagem do pistão (24) com a esfera (25A) em seu interior, e são posicionados os anéis em O (22) no desvio (23), como é indicado na figura (4B). Posteriormente, o pistão (24) é introduzido no alojamento de válvula (35), é posicionada a mola (26) e enroscada à tampa inferior (28) no corpo da válvula de fechamento (35).
[0060] A Figura 5 é uma vista em seção transversal do alojamento da bomba de jato e seus componentes.
[0061] O tubo exterior (14) aloja a bomba de jato em seu interior e se enrosca à válvula de fechamento de fundo pelo seu extremo inferior, e pelo seu extremo superior se enrosca com o vedador superior (20). Ademais, dispõe de uma série de perfurações laterais para a descarga dos fluidos da bomba até o espaço anular existente entre a tubulação de revestimento (D) e a tubulação de produção (E).
[0062] O vedador superior (20) aloja em seu interior a bomba de jato (I) com as vedações (3, 4 e 5); em sua parte externa apresenta um ressalto que ancora a bomba quando chega à camisa (F). A parte inferior externa aloja um kit de vedações (17, 18 e 19) que são montados mediante o enroscamento ao extremo superior do tubo exterior (14). O kit de vedações serve para realizar um fechamento hermético entre a bomba de jato e a camisa (F). Na parte superior estão situadas lateralmente duas perfurações enroscadas onde são alojados os pinos (34).
[0063] Na Figura 6 é ilustrada uma vista da seção transversal do porta- sensores (29), que é uma cápsula de proteção dos sensores eletrônicos (36) contra impactos ou vibrações. O porta-sensores (29) é enroscado à tampa inferior inteligente (28) em sua parte interior aloja as molas (30), um alojamento de teflon (31) e uma porca retentora (33). O alojamento de teflon (31) é construído por um material suave, mas resistente à temperatura, isola e protege completamente os sensores eletrônicos evitando contatos de metal com metal. Os dutos de ingresso de fluido a pressão ao sensor (32) se comunicam com os fluidos do poço e fazem contato com os sensores eletrônicos (36). Cabe ressaltar que o porta-sensores corresponde a um projeto especial que se ajusta às características dimensionais dos sensores eletrônicos.
[0064] O porta-sensores (29) também é um retentor do kit de gaxetas (17, 18 e 19) quando é enroscado na tampa inferior (28). Este kit de vedação veda na parte inferior da bomba de jato com a camisa de circulação (F), na parte superior desse alojamento estão localizados os dutos de ingresso dos fluidos do poço (N) até à bomba de jato (I).
[0065] Para montar o porta-sensores (29) são introduzidos os sensores eletrônicos (36) no alojamento de teflon (31), as molas (30) são posicionadas em cada extremo, são ingressadas no alojamento (29) e são ajustadas com a porca retentora (33).
[0066] Os sensores eletrônicos (36) registram e armazenam a informação da pressão fluente e da temperatura mediante a operação da bomba, igualmente à restauração da pressão do reservatório e da temperatura no período de fechamento.
[0067] Depois que o aparelho inteligente de bombeamento hidráulico (H) é assentado na camisa de circulação (F), o fluido motriz (3B1) que desce pela tubulação (E) aumenta gradualmente sua pressão até alcançar a recomendada para o teste de produção (mais de 6,89 MPa a 24,13 MPa (1.000 psi até 3.500 psi)) e ingressa na bomba de jato pelo colar de recuperação (1) até chegar ao bocal (8) em que é produzida uma transformação da energia potencial de pressão em energia cinética de velocidade pelo efeito Venturi criando um vácuo, momento no qual automaticamente a válvula de fechamento de fundo se mantém aberta pelo impulso ascendente gerado pela mola (26) sobre o pistão (24). Por sua vez, o pistão separa a esfera (25 B) de seu assento, permitindo a passagem dos fluidos do reservatório (3B2) a partir da tampa inferior (28) até o interior da válvula de fechamento, atravessando pelo interior do pistão e levantando a esfera (25 A), logo que o fluido (3B2) passa pelo conector inteligente (12), dirigindo-se para as perfurações do corpo de descarga (16) e assim chega ao espaço anular existente entre a superfície interna do tubo exterior (15) e a superfície externa do difusor (13), terminando seu percurso no ponto de sucção da bomba que é o retentor do bocal (9). Nesse momento, é arrastado e obrigado a ingressar no tubo de mistura (10) para se misturar com o fluido de injeção e esta mistura de fluidos (3B3) seguir através do difusor (13) e continuar sua trajetória até o corpo de descarga (16), saindo pelo duto de descarga (16B) espaço anular existente entre a tubulação de revestimento (D) e a tubulação de produção (E), para finalmente se elevar até a superfície e sair pela linha de produção (C).
[0068] Durante a operação do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, são realizados em superfície testes de produção, contabilizando a produção em barris por hora que são produzidos pelo poço para ter um dado projetado de produção diária, esta projeção permitirá realizar os cálculos requeridos pelo usuário; enquanto isso ocorre, os sensores alojados no fundo do poço vão registrando a pressão fluente e a temperatura dos fluidos do reservatório.
[0069] O fechamento temporal de poço, gerado pelo fechamento da válvula de fundo, se refere especificamente ao isolamento da pressão do reservatório em relação à pressão hidrostática da coluna de fluido que se encontra sobre o aparelho inteligente e a pressão do reservatório.
[0070] O fechamento temporal do poço é iniciado depois de serem completadas as horas de fluxo do poço programadas pelo usuário, para o qual se suspende a injeção do fluido a partir da superfície até a bomba de jato e são fechadas as válvulas da cabeça do poço; nesse momento, através do impulso hidráulico da pressão hidrostática que se encontra sobre a válvula de fechamento, a esfera superior (25A) juntamente com o pistão (24) desce, vencendo a resistência da mola (26) até assentarem-se na esfera inferior (25B), fechando assim a válvula de fechamento de fundo e suspendendo automaticamente a passagem do fluido a partir do reservatório para a bomba de jato.
[0071] O projeto do pistão com sistema de vedação duplo, mediante as esferas superior e inferior (25 A e 25 B) é uma inovação da presente invenção não conhecida no estado da técnica, que garante um fechamento mais seguro e eficiente, particularmente, em poços de grande pressão de reservatório, posto que a esfera inferior (25 B) impedirá que a pressão do reservatório suba para a esfera superior (25 A) e seja aberta a válvula de fundo.
[0072] Durante o fechamento temporal do poço se reduz ao mínimo o “efeito de enchimento”, permitindo que o reservatório recupere sua pressão natural, a mesma aumenta conforme o tempo até alcançar seu ponto máximo, informação que é muito útil para os profissionais de reservatório para o cálculo de reservas e do potencial do poço. O tempo de fechamento do poço é determinado pelo profissional de reservatório.
[0073] Uma vez terminadas as operações de produção, fechamento e registro de parâmetros, o aparelho inteligente deve se recuperar na superfície para retirar os sensores de seu alojamento e descarregar a informação a um computador.
[0074] Para a recuperação do aparelho inteligente, é necessário igualar as pressões existentes acima e abaixo da válvula de fechamento de fundo por meio de um desvio, sem esse dispositivo seria impossível a recuperação do aparelho inteligente à superfície.
[0075] A abertura do desvio (23) é realizada hidráulica ou mecanicamente: para o primeiro caso é realizada injetando fluido motriz em reversa a uma pressão baixa (0,69 MPa a 3,45 MPa (100 a 500 psi)) pelo espaço anular que se encontra entre a tubulação de produção (E) e a tubulação de revestimento (D) para que a bomba de jato se desloque para cima; e, no segundo caso, se realiza com a linha de fio tensionando o aparelho a partir de seu colar de recuperação.
[0076] Com qualquer um dos dois procedimentos deve-se deslocar a bomba de jato para cima em uma longitude de 38,1 mm (1,5 polegadas) cortando os pinos (34). Esse deslocamento fará com que o conector inteligente (12) saia do alojamento de válvula (35), nesse instante, o desvio (23) se mantém aberto dando lugar à igualação de pressão e o aparelho inteligente pode ser liberado da camisa (F) e recuperado hidraulicamente na superfície.
Claims (13)
1. Aparelho inteligente de bombeamento hidráulico para recuperação de petróleo, obtenção e registro de informação do fundo de um reservatório, caracterizado pelo fato de que compreende: uma bomba de jato tendo uma extensão adaptadora (6) para montar um colar de recuperação (1) com um vedador superior (2) da bomba de jato; uma válvula de fechamento de fundo, compreendendo: uma montagem do pistão tendo duas superfícies retificadas onde as esferas superior e inferior (25A, 25B) são alojadas para vedação hermética da válvula de fechamento de fundo; e uma passagem (23) colocada longitudinalmente em uma parte periférica de um alojamento de válvula (35) de uma válvula de fechamento de fundo e configurado para nivelar a pressão quando a recuperação do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico é necessária; em que a válvula de fechamento de fundo é acoplada à bomba de jato por meio de um conector inteligente (12), que é conectado a uma parte mais baixa de um corpo de descarga (16) da bomba de jato e na extremidade mais baixa de uma válvula de fechamento de fundo para permitir que fluidos do reservatório passem da válvula de fechamento de fundo para a bomba de jato; e e um porta-sensores (29) instalado no fundo do alojamento de válvula (35) da válvula de fechamento de fundo através de uma tampa inferior (28), e configurado para alojar uma pluralidade de sensores eletrônicos (36)
2. Aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tampa inferior (28) tem uma parte superior rosqueada que é conectada à válvula de fechamento de fundo e uma parte rosqueada inferior que é conectada ao porta-sensores (29) e é configurada para fornecer um assento para a esfera inferior (25B) e uma anel metálico em O (27).
3. Aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extensão adaptadora (6) é configurada para fixar a bomba de jato em um alojamento de bomba de jato pela pressão que exercem os pinos de ancoragem de bronze (34) sobre a superfície exterior da extensão adaptadora (6), e é ainda configurada para cisalhar os pinos de ancoragem de bronze (34) quando a bomba de jato se move para cima na operação de recuperação do dispositivo de bombeamento hidráulico inteligente, e quando o conector inteligente (12) é desacoplado da passagem (23) da válvula de fechamento de fundo.
4. Aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bomba de jato compreende também o alojamento de bomba de jato formado por um tubo exterior (14) que é conectado à extremidade inferior de um corpo (35) da válvula de fechamento de fundo e em que a extremidade superior do tubo exterior é conectada ao vedador superior (20) que aloja dois orifícios rosqueados onde os pinos (34) estão aparafusados.
5. Aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula de fechamento de fundo do poço compreende o alojamento de válvula (35), o conjunto de pistão (24), uma mola (26) e as esferas superior e inferior (25A, 25B) feitas de carboneto de tungstênio.
6. Aparelho inteligente de bombeamento hidráulico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o porta-sensores (29) aloja uma pluralidade de sensores eletrônicos de pressão e temperatura (36) e contém dutos de ingresso (32) para o reservatório de fluidos para ingressar nos sensores eletrônicos de pressão e temperatura (36), molas (30) e um alojamento (31) isolando e protegendo os sensores eletrônicos (36) evitando contatos metal-metal e adicionalmente o porta-sensores (29) é configurado para agir como um retentor do kit de gaxetas (17, 18, 19) quando é enroscado à tampa inferior (28).
7. Método para recuperação de petróleo e a obtenção e registro de informação do fundo de um reservatório, caracterizado pelo fato de que compreende usar um aparelho inteligente de bombeamento hidráulico que consta de uma bomba de jato, uma válvula de fechamento de fundo e um porta-sensores (29) que aloja sensores eletrônicos (36), acoplados entre si para formar um conjunto integral monobloco, que utiliza a energia hidráulica de um fluido motriz (3B1) que é injetado no poço a partir da superfície, compreendendo: posicionar o aparelho inteligente de bombeamento hidráulico no poço; gerar o levantamento artificial de fluido para produção, contabilizar um fluxo na superfície, e registrar pressão e temperatura nos sensores eletrônicos (36); facilitar o fechamento do poço, registrar a pressão e a temperatura do reservatório nos sensores eletrônicos (36) e a restauração de pressão do reservatório; e, facilitar o nivelamento de pressões e recuperar o aparelho inteligente de bombeamento hidráulico na direção da superfície.
8. Método para recuperação de petróleo e obtenção e registro de informação do fundo do reservatório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o posicionamento do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico no poço se inicia ao desacoplar a tampa (A) da cabeça (P), introduzir a bomba no interior da cabeça, que está acoplada à tubulação (E), e iniciar o deslocamento do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico através desta tubulação até que a bomba de jato do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico se aloje na camisa de circulação (F) no fundo do poço, esse deslocamento sendo feito por meio de um fluido motriz (3B1) u pela linha de injeção (B) (água ou petróleo) injetado a partir da superfície com uma bomba hidráulica recíproca a uma pressão baixa (100 a 200 psi (0,69 a 3,45 MPa)) até a bomba de jato atingir uma profundidade da camisa de circulação (F) e se assentar.
9. Método para recuperação de petróleo e a obtenção e registro de informação de fundo do reservatório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o levantamento artificial de fluidos é feito depois que a bomba de jato do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico se assenta na camisa de circulação (F) e o fluido motriz (3B1) é injetado a uma pressão crescente (mais de 1000 até 3500 psi (6,89 até 24,13 MPa)) a partir da superfície na direção da bomba de jato pelo colar de recuperação (1) até o fluido motriz (3B1) chegar ao bocal (8) onde se produz a transformação da energia potencial de pressão do fluido injetado em energia cinética de velocidade acontece pelo efeito Venturi, criando um vácuo, quando a válvula de fechamento de fundo se abre automaticamente devido ao impulso para cima gerado pela mola (26) sobre o pistão (24) que, por sua vez, separa a esfera (25 B) de um assento no qual a esfera (25B) está assentada, permitindo a passagem dos fluidos do reservatório da tampa inferior (28) em direção ao interior da válvula de fechamento inferior atravessando o interior do pistão, levanta a esfera (25 A) e atravessa o conector inteligente (12), dirigindo-se até os orifícios de um corpo de descarga (16) da bomba de jato e, desta forma, chegar ao espaço vazio entre uma superfície interna do tubo exterior (15) e a superfície externa de um difusor (13), terminando percurso de fluido em um ponto de sucção da bomba de jato que é o retentor do bocal (9) onde é arrastado e obrigado a ingressar no tubo de mistura (10) para misturar-se ao fluido motriz (3B1) e esta mistura de fluidos é configurada para continuar fluindo através do difusor (13) até a mistura de fluidos chegar ao corpo de descarga (16) movendo-se na direção de um espaço vazio entre uma tubulação de revestimento (D) e uma tubulação de produção (E), e, finalmente, levantando-se em direção à superfície e saindo pela linha de produção (C).
10. Método para recuperação de petróleo e a obtenção e registro de informação do fundo do reservatório, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, quando a válvula de fechamento de fundo é aberta e é gerado o levantamento da mistura dos fluidos até a superfície, a prova do poço é feita para determinar o fluxo máximo da mistura de fluidos na superfície e os sensores eletrônicos (36) alojados no porta-sensores (29) continuam a registrar a pressão e a temperatura do reservatório.
11. Método para recuperação de petróleo e a obtenção e registro de informação do fundo do reservatório, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o fechamento temporário do poço se inicia após completar o período de fluxo programado, suspendendo a injeção do fluido motriz (3B1) a partir da superfície até a bomba de jato e fechando as válvulas de uma cabeça do poço, adicionalmente devido ao impulso hidráulico da pressão hidrostática que está atuando sobre a válvula de fechamento inferior, a esfera superior (25A) em conjunto com o pistão (24) descende, vencendo a resistência da mola (26) até o pistão se assentar na esfera inferior (25B), fechando, assim, a válvula de fechamento de fundo e suspendendo automaticamente a passagem do fluido do reservatório a partir da a bomba de jato, adicionalmente a restauração da pressão do reservatório é iniciada, reduzindo ao mínimo o “efeito de preenchimento”.
12. Método para recuperação de petróleo e a obtenção e registro de informação de fundo do reservatório, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que, no momento em que é fechada a válvula de fechamento de fundo e é gerado o fechamento do poço, os sensores eletrônicos (36) registram a pressão de reservatório e a temperatura, em que, a pressão existente nesse intervalo do reservatório até a válvula de fechamento de fundo, simultaneamente dá início à restauração de pressão do reservatório, que aumenta com a passagem do tempo até o reservatório alcançar a pressão máxima.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a recuperação do aparelho inteligente de bombeamento hidráulico até a superfície é realizada nivelando-se as pressões existentes acima e abaixo da válvula de fechamento de fundo por meio da abertura de uma passagem (23) e injetando-se o fluido motriz (3B1) em sentido inverso a uma pressão baixa (100 a 500 psi (0,69 a 3,45 MPa)) através do espaço anular que se encontra entre uma tubulação de produção (E) e uma tubulação de revestimento (D), para que a bomba de jato se mova para cima em uma longitude de 38,1 mm (1,5 polegada), cisalhando os pinos (34) e o conector inteligente (12), saia do alojamento de válvula (35), enquanto a passagem (23) fica aberta fazendo com que a pressão se nivele e o aparelho inteligente de bombeamento hidráulico possa ser liberado de uma camisa de circulação (F) e recuperado na direção da superfície
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