BRPI0702620B1 - DYNAMIC COATING TO ENSURE OIL WELLS INTEGRITY AND ITS INSTALLATION METHOD - Google Patents

Abstract

revestimento dinâmico para assegurar a integridade de poços de petróleo e seu método de instalação. a presente invenção se refere a uma disposição particular de uma estrutura de revestimento de poços de petróleo envolvida por fluido amortecedor confinado, e seus acessórios, associada a equipamentos de monitoração e controle, que operados conforme método especifico possibilita a distribuição uniforme das tensões oriundas da subsidência do reservatório ou da fluência de rochas salinas, ao longo do revestimento instalado no poço.dynamic coating to ensure the integrity of oil wells and their installation method. The present invention relates to a particular arrangement of an oil well casing structure surrounded by confined damping fluid, and accessories therefor, associated with monitoring and control equipment, which operated according to a specific method enables the uniform distribution of subsidence voltages. reservoir or creep of saline rocks along the casing installed in the well.

Description

REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE PEDYNAMIC COATING TO ENSURE PE INTEGRITY

POÇOS DE PETRÓLEO E SEU MÉTODO DE INSTALAÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere a uma disposição particular das estruturas de revestimento de poços de petróleo e seus acessórios, associada a equipamentos de monitoração e controle, que operados conforme método específico possibilita a distribuição uniforme das tensões oriundas da subsídência do reservatório ou da fluência de rochas salinas, ao longo do revestimento instalado no poço.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a particular arrangement of oil well casing structures and their accessories, associated with monitoring and control equipment, which operated according to specific method enables uniform distribution of oil wells. tensions from reservoir subsidence or saline rock creep along the well-installed casing.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Em campos de produção de petróleo a indústria petrolífera visa maximizar a produtividade, para isso, tanto nos campos localizados em terra quanto nos de águas profundas, são perfurados vários poços produtivos de modo a garantir uma produtividade mínima do fluido petrolífero. O fluido extraído de um poço na verdade constitui-se por diversos compostos naturais, entre eles destacam-se os hidrocarbonetos. Esta mistura será tratada genericamente por petróleo.In oil production fields, the oil industry aims to maximize productivity. For this, in both onshore and deepwater fields, several productive wells are drilled to ensure minimal oil fluid productivity. The fluid extracted from a well actually consists of several natural compounds, among them the hydrocarbons. This mixture will be treated generically by oil.

Cada poço perfurado atravessa diversas camadas de diferentes tipos de rochas até alcançar o reservatório onde se encontra o petróleo a ser extraído. Essas sucessões de camadas litológicas foram formadas ao longo dos milhares de anos. E cada camada foi sedimentada sob uma condição ambiental diferente, o que lhes dão características mineralógicas, propriedades e tensões efetivas particulares.Each well drills through several layers of different rock types to reach the reservoir where the oil to be extracted is located. These successions of lithological layers have been formed over thousands of years. And each layer has been sedimented under a different environmental condition, which gives them particular mineralogical characteristics, properties and effective stresses.

Apesar de sucessivamente ordenadas umas sobre as outras, cada camada litológica apresenta seu grau de elasticidade, plasticidade ou fluência, com tensões em orientações específicas, ou mesmo resistência mecânica próprias. Conseqüentemente interagem constantemente umas com as outras e se encontram em uma dinâmica de permanente deformação.Although successively ordered on each other, each lithological layer has its degree of elasticity, plasticity or creep, with tensions in specific orientations or even mechanical strength. Consequently they constantly interact with each other and find themselves in a dynamic of permanent deformation.

Ao se perfurar um poço através de milhares de metros dessas camadas litológicas até que se alcance um reservatório de petróleo, diversas etapas de perfuração são necessárias.When drilling a well through thousands of meters of these lithological layers until an oil reservoir is reached, several drilling steps are required.

Repetidas perfurações em forma de colunas circulares e concêntricas através das sucessivas camadas litológicas são realizadas, geralmente com três ou mais diâmetros diferentes, sempre diminuindo o diâmetro ao longo da profundidade. À medida que se realiza a instalação dos revestimentos no poço, a coluna assume uma aparência telescópica. Essa necessidade de reduções no diâmetro da coluna está diretamente vinculada à capacidade da sonda e ao custo operacional.Repeated perforations in the form of circular and concentric columns through successive lithological layers are made, usually with three or more different diameters, always decreasing the diameter along the depth. As the casings are installed in the well, the column assumes a telescopic appearance. This need for column diameter reductions is directly linked to probe capacity and operating cost.

Durante a vida útil de um poço, por um determinado período de tempo, essas sucessivas colunas continuam circulares e concêntricas. Porém, como cada camada litológica por onde passou a coluna de poço apresenta propriedade mecânica e tensão atuante próprias, a seção de coluna contida em cada camada pode sofrer deformações nas suas paredes, perdendo seu formato circular original, ou ainda pode ocorrer deslocamento do seu eixo em relação aos eixos das colunas das seções imediatamente superior e inferior.During the life of a well for a certain period of time, these successive columns remain circular and concentric. However, as each lithological layer through which the well column has passed has its own mechanical property and acting tension, the column section contained in each layer may suffer deformations in its walls, losing its original circular shape, or may even shift its axis. relative to the column axes of the immediately upper and lower sections.

Uma das causas desses problemas pode ter origem depois que o poço entra em produção e a pressão do reservatório de petróleo diminui. O equilíbrio é rompido, as diferentes camadas litológicas têm suas tensões originais alteradas, induzidas pelas novas condições de pressão, resultando reduções na porosidade e na permeabilidade das rochas, assim como alterações na compactação do reservatório, ocasionadas pela redução do seu volume inicial.One cause of these problems may originate after the well goes into production and the oil reservoir pressure decreases. The equilibrium is broken, the different lithological layers have their original tensions altered, induced by the new pressure conditions, resulting in reductions in porosity and permeability of rocks, as well as changes in the reservoir compaction, caused by the reduction of its initial volume.

Essas alterações volumétricas provocam a subsidência da superfície onde se encontra a cabeça do poço, com conseqüentes impactos ambientais, além de causar problemas nos equipamentos de superfície dos poços, tais como cabeças de produção e árvores de natal.These volumetric changes cause subsidence of the wellhead surface, with consequent environmental impacts, as well as problems in well surface equipment such as production heads and Christmas trees.

Em relação aos poços de petróleo, a subsidência não causa problemas só nos equipamentos de superfície, mas principalmente nos componentes e dispositivos instalados no subsolo, como equipamentos de produção instalados dentro dos revestimentos ao longo do poço. A compactação do reservatório gera regiões de altas tensões ou mesmo altera as tensões de regiões que se encontravam equilibradas, e assim, por um efeito em cadeia, podem ativar a formação de planos de falhas, que interagem diretamente nas seções das colunas e seus revestimentos, ao longo das sucessivas camadas litológicas. Tais fenômenos foram discutidos por HAN H. e colaboradores - “Simulation of Tectonic Deformation and Large-Area Casing Shear Mechanisms”-Part B: Geomechanics, paper 06-1004, 41 st U.S. Symposíum on Rock Mechanics, Golden, CO, June 17-21, 2006; LI X. e colaboradores -“Subsidence, and Associated Casing Damage and Well Failure Assessment for the Gulfof México Sheif Matagorda island 623 Fieid”, paper SPE 84553, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, held in Denver, CO, October 5-8, 2003 e BRUNO, M. S. - "Geomechanical Analysis and Decision Analysis for Mitigating Compaction Related Casing Damage”, paper SPE 71695, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, held in New Orleans, LO, 30 September - 3 October, 2001.With respect to oil wells, subsidence causes problems not only in surface equipment, but mainly in subsurface components and devices, such as production equipment installed within the linings along the well. Reservoir compaction generates high stress regions or even alters the stresses of balanced regions, and thus, by a chain effect, can activate the formation of fault plans, which interact directly in the column sections and their cladding, throughout successive lithological layers. Such phenomena were discussed by HAN H. and colleagues - “Simulation of Tectonic Deformation and Large-Area Casing Shear Mechanisms” - Part B: Geomechanics, paper 06-1004, 41 st US Symposium on Rock Mechanics, Golden, CO, June 17- 21, 2006; LI X. and collaborators - “Subsidence, and Associated Casing Damage and Well Failure Assessment for the Gulfof Mexico Sheif Matagorda island 623 Fieid”, paper SPE 84553, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, held in Denver, CO, October 5-8, 2003 and BRUNO, MS - "Geomechanical Analysis and Decision Analysis for Mitigating Compaction Related Casing Damage", paper SPE 71695, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, held in New Orleans, LO, 30 September - 3 October, 2001.

Outro aspecto importante pode ser encontrado durante a perfuração de poços quando se encontram camadas litológicas de sal, conforme mostrado por BARKER, J.W. e colaboradores - “Drilling Long Salt Sections Along the U.S. Guif Coasf', paper SPE 24605, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, held in Washington, DC, October 4-7,1992; FOSSUM, A. e colaboradores - "Salt Mechanics primer for near-sait and sub-salt deepwater Gulf of México Fieid Developments” - SAND2002-2063 Unlimited Release,Printed July 2002; WILLSON S. M., e colaboradores - "Assessment of Salt Loading on Well Casings” -paper SPE 74562, SPE Annual Drilling Conference, held in Dallas, Texas, February 26-28, 2002; CHEN, F., e colaboradores - “Investigation on creep behavior of salt rock and creep pressure on oil casing in deep stratum" - ISRM International Symposium 3rd ARMS, Kyoto, Japan, November 30-December 2, 2004; WILLSON S. M., e colaboradores -“Geomechanics - Considerations for Through- and Near-Salt WeU Design”, paper SPE 95621, - SPE Annual Technical Conference and Exhibition , Dallas, Texas, United States, 9-12 October 2005; FREDRICH J. T. e colaboradores - “Mineralogy of Deepwater Gulf of México Salt Formations and Implications for Constitutive Behavior” - Journal of Petroleum Science & Engineering, 2006. O sal não possui porosidade e por isso não sofre variações de densidade sob efeito de compactação. Porém dentre as propriedades físicas do sal, a sua mobilidade é a mais relevante.Another important aspect can be found while drilling wells when lithological salt layers are found, as shown by BARKER, JW and colleagues - 'Drilling Long Salt Sections Along the US Guif Coasf', paper SPE 24605, SPE Annual Technical Conference and Exhibition , held in Washington, DC, October 4-7,1992; FOSSUM, A. and Contributors - "Salt Mechanics Primer for Near-Sait and Deep-Salt Deepwater Gulf of Mexico Fieid Developments" - SAND2002-2063 Unlimited Release, Printed July 2002; WILLSON SM, and Contributors - "Assessment of Salt Loading on Well Casings ”-paper SPE 74562, SPE Annual Drilling Conference, held in Dallas, Texas, February 26-28, 2002; CHEN, F., et al. - "Investigation on creep behavior of salt rock and creep pressure on oil casing in deep stratum" - ISRM International Symposium 3rd ARMS, Kyoto, Japan, November 30-December 2, 2004; WILLSON SM, and collaborators - “Geomechanics - Considerations for Through- and Near-Salt WeU Design”, paper SPE 95621, - SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, Texas, United States, 9-12 October 2005; FREDRICH JT and colleagues - “Mineralogy of Deepwater Gulf of Mexico Salt Formations and Implications for Constitutive Behavior ”- Journal of Petroleum Science & Engineering, 2006. Salt has no porosity and therefore does not undergo density variations under the effect of compaction, but among the physical properties of salt, its mobility is the most relevant.

As camadas litológicas que são depositadas ao longo do tempo sobre rochas salinas provocam a fluência da camada sal, em um curto intervalo de tempo, tal qual um fluido denso. Isto ocorre pelo efeito gravitacional da sobrecarga sedimentar sobre a camada de sal. Esta fluência rápida e característica das rochas salinas também ocasionam grandes influências nos trabalhos de perfuração de poços.Lithological layers that are deposited over time on saline rocks cause the salt layer to creep over a short period of time, just like a dense fluid. This is due to the gravitational effect of sedimentary overload on the salt layer. This rapid and characteristic saline fluency also has a major influence on well drilling work.

Quando uma sonda abre uma coluna através de uma formação salina, o espaço deixado tende a ser re-ocupado por um movimento de fluência da rocha em uma taxa que pode ultrapassar 188 mm/dia (CHEN e colaboradores, 2004).When a probe opens a column through a salt formation, the space left tends to be reoccupied by a creep movement of the rock at a rate that can exceed 188 mm / day (Chen et al., 2004).

Todos esses efeitos geológicos interferem diretamente nos revestimentos conhecidos até a atualidade, que equipam os poços das empresas petrolíferas. Algumas dessas ações ou reações geológicas no entorno dos campos petrolíferos não podem ser contidas pelos atuais revestimentos de poços durante o período suficiente para a exploração do poço. Certas cargas geológicas extrapolam a capacidade de resistência dos revestimentos, sendo necessárias sucessivas intervenções técnicas para permitir a continuidade da exploração do poço até seu esgotamento. Mesmo com o subsídio de técnicas de reparo resolutivas, o percentual de perda de poços é muito alto. Estas cargas são tão incidentes ou temporalmente repetitivas, que a quantidade de intervenções técnicas para permitir a continuidade da exploração extrapola o valor comercial do petróleo extraído, obrigando o abandono do poço.All of these geological effects directly interfere with the coatings known to date that equip the wells of oil companies. Some of these geological actions or reactions around oilfields cannot be contained by current well casings for a sufficient period for well exploration. Certain geological loads extrapolate the resilience of the coatings, requiring successive technical interventions to allow the exploration of the well to continue until its depletion. Even with the support of resolute repair techniques, the percentage of well loss is very high. These loads are so incident or temporally repetitive that the amount of technical interventions to allow the continuity of the exploration goes beyond the commercial value of the extracted oil, forcing the well abandonment.

Um poço típico atualmente perfurado é equipado com pelo menos um revestimento principal, doravante denominado “camisa metálica”, de formato tubular com diâmetro um pouco menor do que o diâmetro nominal da coluna de perfuração do poço e uma espessura de parede para suportar as cargas de compressão, tração e cisalhamento. Existem camisas metálicas de baixa ou de alta capacidade de resistência ao colapso, ou seja, capacidade baixa ou alta de resistirem a esforços assimétricos circunferenciais sem que ocorra ovalização do seu perfil.A typical currently drilled well is equipped with at least one main casing, hereinafter referred to as a “metal jacket”, of tubular shape with a diameter slightly smaller than the nominal diameter of the well drilling column and a wall thickness to withstand the loading loads. compression, tensile and shear. There are low or high collapse resistance metal linings, ie low or high ability to withstand circumferential asymmetrical stresses without ovality of their profile.

Em seguida à instalação da camisa metálica, utilizando-se técnicas já padronizadas, é injetada uma pasta de cimentaçâo primária no espaço anelar entre a parede do poço e a face externa da referida camisa metálica, de modo a preencher completamente este espaço com o cimento, desde o topo do poço até a sua base, ou somente alguns trechos.Following installation of the metal liner using standard techniques, a primary cementitious slurry is injected into the annular space between the well wall and the outer face of the metal liner to completely fill this space with the cement, from the top of the well to its base, or just a few stretches.

Este conjunto, camisa metálica e cimento, forma um elemento estrutural único conhecido usualmente como “revestimento do poço". Conforme estudos prévios da região geológica onde será perfurado o poço é possível prever os esforços clássicos a que o revestimento do poço estará sujeito. Cálculos específicos são efetuados para dimensionar o tipo e a espessura do aço a ser utilizado na camisa metálica, bem como a composição do cimento e sua espessura de preenchimento.This set, metal casing and cement, forms a unique structural element commonly known as “well casing.” According to previous studies of the geological region where the well will be drilled it is possible to predict the classic stresses to which the casing will be subjected. Specific calculations They are made to dimension the type and thickness of the steel to be used in the metal jacket, as well as the composition of the cement and its thickness of filling.

Deve-se salientar que estes dois elementos só conseguem formar uma estrutura única e com resistência às tensões geológicas esperadas, quando se consegue uma cimentaçâo homogênea sem a formação de espaços vazios e com cimento não contaminado.It should be noted that these two elements can only form a single structure and with resistance to the expected geological stresses, when homogeneous cementation is achieved without the formation of voids and with uncontaminated cement.

Portanto, o objetivo básico da cimentaçâo é suprir uma composição de cimento distribuída homogeneamente no espaço anelar entre a parede do poço perfurado e a camisa metálica, de modo a constituir uma terceira estrutura única que garanta uma eficiência estrutural mínima. No entanto vários problemas podem ocorrer durante o processo de cimentação, tais como, alto retardamento da cura da pasta devido a aditivos inadequados, ou mesmo ineficiência no deslocamento da pasta, fatos que acarretam seções estruturais variadas ou até mesmo espaços vazios.Therefore, the basic purpose of cementation is to provide a homogeneously distributed cement composition in the annular space between the perforated well wall and the metal casing to form a third unique structure that ensures minimal structural efficiency. However, a number of problems can occur during the cementation process, such as high retardation of paste curing due to improper additives, or even inefficient slurry displacement, facts that lead to varying structural sections or even voids.

Como não se pode prever exatamente a direção, o sentido, o tipo e intensidade dos esforços a que estará sujeito o revestimento do poço provido da coluna perfurada ao longo das centenas ou milhares de metros através das diversas camadas litológicas, qualquer falha na cimentação do poço pode comprometer a integridade estrutural deste revestimento, podendo haver durante a vida útil do poço o colapso e subsequente perda do mesmo.As the direction, direction, type and intensity of the stresses to which the well covering provided by the perforated column over hundreds or thousands of meters through the various lithological layers cannot be accurately predicted, any failure in cementing the well It may compromise the structural integrity of this coating, and collapse and subsequent loss of the coating may occur during the life of the well.

Este é um dos primeiros problemas observados na técnica atual de perfuração e revestimento de poços de petróleo. O processo de cimentação só apresenta qualidade e garantia de preenchimento homogêneo em intervalos bem menores dos que os alcançados pela perfuração. A superfície externa de um revestimento de poço pode sofrer variadas situações capazes de produzir tensões (carregamentos), não havendo atualmente qualquer método ou equipamento que forneça uma previsão exata do local e como ocorrerá um possível carregamento sobre o revestimento de poço.This is one of the first problems observed in the current technique of drilling and lining oil wells. The cementation process only provides quality and assurance of homogeneous filling at much smaller intervals than those achieved by drilling. The outer surface of a well casing can be subjected to various stresses (loading), and there is currently no method or equipment that provides an accurate prediction of the site and how a possible loading on the well casing will occur.

Pode-se estimar, baseado em estudos comparativos ou simulações, o valor aproximado e tipo de tensão a que o revestimento estará sujeito, mas nunca se pode determinar com certeza o que poderá vir a ocorrer em matéria de esforços sobre o revestimento de um poço, durante toda a sua vida útil, devido às diversas condições operacionais de exploração do reservatório.One can estimate, based on comparative studies or simulations, the approximate value and type of stress to which the casing will be subjected, but it can never be determined with certainty what may occur in the stresses of casing a well, throughout its useful life due to the various operating conditions of the reservoir.

Devido à exploração de um reservatório as compactações provavelmente resultarão em tensões que acabarão por ativar ou gerar planos de falhas nas camadas litológicas. Estes planos de falhas gerarão redistribuições de tensões que interferirão no revestimento de poço de maneira pontual e assimétrica, ocasionando esforços e comprometendo a sua integridade estrutural.Due to the exploitation of a reservoir, compactions are likely to result in stresses that will eventually activate or generate fault plans in the lithological layers. These failure plans will generate stress redistributions that will interfere with the well lining in a timely and asymmetric manner, causing efforts and compromising its structural integrity.

Em outra situação possível, o poço pode atravessar camadas de rochas salinas que têm uma fluência muito crítica, como já foi mencionado acima. Esta fluência submete o revestimento a altas cargas não uniformes, imprimindo ao revestimento do poço possíveis deformações, tais como, flambagens, ovalizações ou mesmo estrangulamentos críticos e rupturas (WILSON e colaboradores, 2005).In another possible situation, the well may pass through layers of saline rocks that have a very critical creep, as already mentioned above. This creep submits the coating to uneven high loads, giving the well coating possible deformations such as buckling, ovalizing or even critical bottlenecks and ruptures (Wilson et al., 2005).

Portanto, pode-se concluir que atualmente os revestimentos de poços devem ser projetados para resistirem aos mais variados esforços e não somente esforços uniformes ao longo de toda sua extensão, havendo também a necessidade de uma excelente cimentação em torno da camisa metálica, para que a resistência do revestimento de poço não seja ultrapassada.Therefore, it can be concluded that nowadays well coatings must be designed to withstand the most varied stresses and not only uniform stresses along its entire length, and there is also a need for excellent cementation around the metal jacket, so that the wellbore resistance is not exceeded.

Entretanto, as especificações contidas na norma API 2002 (American Petroleum Institute) não consideram esta possibilidade natural de atuação assimétrica das tensões, e os revestimentos apesar de serem dimensionados para resistirem a um alto grau de colapso ao longo de toda a estrutura, consideram as tensões atuando em condições ideais de simetria. A prática demonstrou que mesmo dimensionados com alto grau de colapso os revestimentos podem ser danificados se as tensões impostas pela subsidência da superfície e/ou pelo fechamento das rochas salinas não forem radialmente uniformes. Apesar de diferentes níveis de prevenções tomados para evitar a deformação dos revestimentos pela subsidência e/ou pela fluência da rocha salina, alguns casos extremos de carregamentos não-uniformes não podem ser contidos.However, the specifications contained in API 2002 (American Petroleum Institute) do not consider this natural possibility of asymmetric tensile actuation, and coatings, despite being sized to withstand a high degree of collapse throughout the structure, consider stresses. acting under ideal symmetry conditions. Practice has shown that even sized with a high degree of collapse, coatings can be damaged if stresses imposed by surface subsidence and / or salt rock closure are not radially uniform. Despite different levels of precautions taken to prevent deformation of the coatings by subsidence and / or salt rock creep, some extreme cases of non-uniform loading cannot be contained.

TÉCNICA RELACIONADARELATED TECHNIQUE

Os estudos de viabilidade técnica e econômica atuais não fornecem condições para se projetar revestimentos resistentes a esses casos extremos de carregamento (magnitude, direção e localização dos esforços), uma vez que eles são capazes de reduzir a resistência ao colapso da estrutura de revestimento em mais de uma ordem de magnitude.Current technical and economic feasibility studies do not provide the conditions to design coatings that are resistant to these extreme loading cases (magnitude, direction and stress location) as they are able to reduce the collapse resistance of the shell structure by more of an order of magnitude.

Assim, a configuração estrutural do revestimento de um poço atualmente empregada é projetada para que suporte ao longo de toda sua extensão cargas radialmente distribuídas, pois não se pode prever o que poderá vir a ocorrer em relação à magnitude e localização dos esforços sobre o revestimento de um poço durante toda a sua vida útil. Desta forma as técnicas atuais não se aproximam do paradigma ideal, qual seja, apresentar a resistência necessária no momento e localização adequados.Thus, the structural configuration of the well casing currently employed is designed to support radially distributed loads over its entire length, as it cannot be predicted what may occur in relation to the magnitude and location of stresses on the casing. a well throughout its lifetime. Thus the current techniques do not approach the ideal paradigm, ie, present the necessary resistance at the right time and location.

Diante desta impossibilidade técnica, atualmente apenas procedimentos de reparo de poços têm sido utilizados, para consertar os danos causados no revestimento e equipamentos, devido a subsidências no reservatório, ou seja, somente a consequência é combatida, não a causa, e o percentual de perdas de poços ainda é grande.Given this technical impossibility, currently only well repair procedures have been used to repair damage caused to the casing and equipment due to reservoir subsidies, ie only the consequence is countered, not the cause, and the percentage of losses. of wells is still large.

No entanto, o método descrito no documento WO 2006/063988-A114 oferece uma solução específica para poços perfurados em rochas salinas, a qual consiste em introduzir uma camada de elastômero na parte externa do revestimento a ser instalado ao longo de extensas camadas de rochas salinas. Segundo este documento, o elastômero utilizado deve inchar na presença do fluido de perfuração e preencher todo o espaço anelar entre uma camisa metálica e a coluna de perfuração, e assim distribuir uniformemente no revestimento as tensões assimétricas geradas pela compressão geológica durante a fluência da rocha salina.However, the method described in WO 2006/063988-A114 offers a specific solution for saline drilled wells, which consists of introducing an elastomeric layer on the outside of the coating to be installed along extensive saline rock layers. . According to this document, the elastomer used should swell in the presence of the drilling fluid and fill the entire annular space between a metal liner and the drill string, and thus evenly distribute in the coating the asymmetric stresses generated by geological compression during saline rock creep. .

Entretanto, durante a descida do revestimento no poço, a camada de elastômero pode ser rasgada ou ficar presa no preventor de refluxo, equipamento conhecido entre os especiaiistas como BOP (Blow Out Preventer), instalado no piso marinho, ocasionando assim intervenção no poço, e acarretando tempo de sonda parada para retirada e substituição do material que ficou retido no BOP, o que representa um tempo não produtivo (NPT - Non Produtive Time). A parada da operação é necessária, pois caso um trecho de revestimento seja instalado com o elastômero danificado ou até mesmo sem ele, será um trecho crítico e comprometedor da intenção de distribuir uniformemente a atuação de cargas não-uniformes por todo o revestimento. O mesmo problema também pode vir a ocorrer se o elastômero utilizado não inchar conforme o programado.However, during the descent of the casing into the well, the elastomeric layer may be torn or become trapped in the backflow preventer, equipment known to specialists as BOP (Blow Out Preventer) installed on the sea floor, thus causing intervention in the well, and causing downtime for removal and replacement of material that was retained in the BOP, which represents a non-productive time (NPT). Stopping the operation is necessary because if a liner stretch is installed with or without the damaged elastomer, it will be a critical and compromising stretch of intention to evenly distribute non-uniform loads throughout the liner. The same problem may also occur if the elastomer used does not swell as programmed.

Por outro lado, também pode ocorrer inchamento excessivo do elastômero durante a descida do revestimento no poço em caso de paradas operacionais ocasionadas por motivos variados. Por exemplo, o elastômero pode ficar exposto por tempo excessivo ao fluido de perfuração utilizado, ocasionando assim aprisionamento do revestimento e até intervenção no poço.On the other hand, excessive swelling of the elastomer may also occur during descent of the casing in the case of operational shutdowns caused by various reasons. For example, the elastomer may be exposed for too long to the drilling fluid used, thus causing the shell to trap and even intervene in the well.

Além dos problemas operacionais, a solução proposta no documento citado não resolve nem mitiga os efeitos dos carregamentos gerados no revestimento do poço pela subsidência da superfície que geram planos de falhas geológicas. Estes planos de falhas geológicas submetem o revestimento do poço a cargas pontuais de grande magnitude, de efeitos mais danosos do que as cargas assimétricas circunferências geradas pela fluência.In addition to the operational problems, the solution proposed in the document cited does not solve or mitigate the effects of surface subsidence loadings that generate geological fault plans. These geological fault plans subject the well casing to large point loads of more damaging effects than the asymmetric circumferential loads generated by creep.

Assim, não há um meio de controlar efetivamente a ação das forças geradas principalmente pelos planos de falhas geológicas. Nenhuma técnica até hoje conhecida é capaz de proteger os poços de petróleo que podem, a qualquer momento, ser submetidos a estas influências geológicas durante o seu tempo de vida. A atual invenção visa superar estes problemas, propondo uma solução inovadora, técnica e economicamente viável.Thus, there is no way to effectively control the action of the forces generated mainly by the geological fault plans. No technique known to date can protect oil wells that can be subjected to these geological influences at any time during their lifetime. The present invention aims to overcome these problems by proposing an innovative, technically and economically viable solution.

Como resultado de intensas pesquisas, foi inventado um tipo de revestimento denominado dinâmico, para assegurar a integridade de poços de petróleo, assim como um método para sua instalação. A preocupação no desenvolvimento desta nova técnica visa alcançar um controle não só das tensões atuantes sobre o revestimento de um poço, mas principalmente, um controle dinâmico que interage diretamente com a estrutura geológica atuante. A invenção descrita a seguir decorre da contínua pesquisa neste seguimento, cujo enfoque tem como objetivo estender o máximo possível o período de exploração de um poço e diminuir ao máximo o custo de manutenção das condições de operabilidade do poço e seu período não produtivo, de modo a assegurar uma estrutura mais estável e de menor dependência às condições geológicas.As a result of intensive research, a so-called dynamic coating type was invented to ensure the integrity of oil wells as well as a method for their installation. The concern in the development of this new technique aims to achieve a control not only of the stresses acting on the well lining, but mainly, a dynamic control that interacts directly with the acting geological structure. The invention described below is the result of ongoing research in this sequence, the focus of which is to extend as well as possible the exploration period of a well and to minimize the cost of maintaining well operating conditions and its non-productive period so as to to ensure a more stable structure and less dependence on geological conditions.

Outros objetivos que o método para assegurar a integridade do revestimento de poços de petróleo, objeto da presente invenção, se propõe alcançar são a seguir elencados: a. Baratear custos; b. Garantir a não formação ou ativação de planos de falhas geológicas próximo ao revestimento, evitando os efeitos da subsidência no revestimento; c. Garantir a integridade estrutural do revestimento tanto sob ação de pianos de falhas, quanto sob a ação da fluência de rochas salinas; d. Possibilitar a redução de probabilidade de intervenção no poço por motivos de colapso do revestimento, não somente durante a fase de perfuração, mas também durante a vida útil do poço; e. Redução no tempo de operação sonda (NTP) e no consumo de pastas de cimentaçâo devido ao curto intervalo cimentado; f. Possibilidade de especificar camisas metálicas mais baratas e de menor resistência ao colapso; g. Garantir a distribuição uniforme de tensões no perímetro externo do revestimento de poço; h. Permitir um monitoramento constante das tensões atuantes sobre o revestimento de poço; i. Permitir intervir instantaneamente a variações de cargas sobre o revestimento de poço.Other objectives which the method for ensuring the integrity of the oil well casing, object of the present invention, are intended to achieve are listed below: a. Lower costs; B. Ensure no formation or activation of geological fault plans near the coating, avoiding subsidence effects on the coating; ç. Ensure the structural integrity of the coating under the action of fault pianos and under the influence of creep salt; d. Enable the reduction of the probability of well intervention due to coating collapse, not only during the drilling phase, but also during the life of the well; and. Reduction of probe operation time (NTP) and cement paste consumption due to short cemented interval; f. Possibility to specify cheaper and less collapse resistant metal liners; g. Ensure uniform distribution of stresses on the outer perimeter of the well casing; H. Allow constant monitoring of stresses acting on the well casing; i. Allow instantaneous intervention of load variations on the well casing.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Refere-se a presente invenção a um método para assegurar a integridade do revestimento de poços de petróleo e dispositivo para distribuir uniformemente as tensões oriundas da dinâmica de formações rochosas, e que atuam sobre o revestimento de poços de petróleo. A invenção compreende um revestimento dinâmico capaz de assegurar a integridade de poços de petróleo, o qual compreende a associação ordenada de componentes e equipamentos comuns à técnica petrolífera. Esses componentes são montados de forma que entre si obedeçam basicamente o arranjo descrito a seguir.The present invention relates to a method for ensuring the integrity of the oil well casing and device for uniformly distributing the stresses arising from the dynamics of rock formations acting on the oil well casing. The invention comprises a dynamic coating capable of ensuring the integrity of oil wells, which comprises the orderly association of components and equipment common to the petroleum technique. These components are assembled so that they basically obey the arrangement described below.

Dois tubos de assentamentos concêntricos são providos a uma típica coluna de poço petrolífero; um tubo condutor e um revestimento de superfície de maior diâmetro do que o tubo condutor. Entre os dois tubos é realizada uma cimentaçâo e a este conjunto é fixada uma cabeça de poço. A cabeça de poço, por sua vez, é provida com um sistema de monitoramento de pressão e um sistema de controle de distribuição das tensões. Os demais trechos de revestimento são assentados conforme a técnica convencional. Todavia, nas camadas de solo sujeitas a fenômenos de subsidência, a técnica de assentamento é modificada para aplicação do método e dispositivo da invenção. O espaço anelar limitado pela parede rochosa da coluna de poço e pela face externa da camisa metálica terá um pequeno trecho de sua extremidade inferior preenchido por uma composição de cimento adequada. Desta forma, o espaço anelar limitado entre a parede rochosa da coluna, a face externa da camisa metálica, a cimentação e a cabeça de poço, forma uma câmara de amortecimento que será preenchida por um fluido amortecedor confinado, que terá sua pressão monitorada e controlada para garantir que a distribuição de tensões no revestimento seja uniforme.Two concentric settlement pipes are provided with a typical oil well column; a conductive tube and a surface coating of larger diameter than the conductive tube. Between the two pipes a cementation is performed and to this assembly is fixed a wellhead. The wellhead, in turn, is provided with a pressure monitoring system and a voltage distribution control system. The other sections of coating are laid according to the conventional technique. However, in soil layers subject to subsidence phenomena, the laying technique is modified to apply the method and device of the invention. The annular space limited by the rock wall of the well column and the outer face of the metal jacket will have a small portion of its lower end filled with a suitable cementitious composition. Thus, the limited annular space between the rock column wall, the outer face of the metal jacket, the cementation and the wellhead forms a damping chamber that will be filled with a confined damping fluid, which will have its pressure monitored and controlled. to ensure that the stress distribution in the coating is uniform.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A invenção será mais detalhadamente descrita a seguir, em conjunto com os desenhos abaixo relacionados, os quais, meramente a título de ilustração, acompanham o presente relatório do qual é parte integrante, e nos quais: A Figura 1 retrata uma vista esquemática de um reservatório com etapas de uma compactação, gerando área de alta tensão.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail hereinafter, in conjunction with the drawings below, which, by way of illustration, accompany the present report of which it is an integral part, and in which: Figure 1 depicts a view schematic of a reservoir with steps of a compaction, generating area of high tension.

As Figuras 2A e 2B retratam uma vista esquemática dos efeitos da subsidência sobre colunas de produção e seus revestimentos. A Figura 3 retrata uma vista simplificada e em corte de um poço equipado com um revestimento conforme o objeto da invenção. A Figura 4 retrata uma vista esquemática dos efeitos dos planos de falhas geológicas quando se aplica o método da invenção. A Figura 5 retrata uma vista esquemática dos efeitos da fluência de rochas evaporíticas quando se aplica o método da invenção.Figures 2A and 2B depict a schematic view of the effects of subsidence on production columns and their cladding. Figure 3 depicts a simplified sectional view of a well equipped with a casing according to the object of the invention. Figure 4 depicts a schematic view of the effects of geological fault planes when applying the method of the invention. Figure 5 depicts a schematic view of the effects of evaporative rock creep when applying the method of the invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O revestimento dinâmico para assegurar a integridade de poços de petróleo e seu método de instalação, objeto da presente invenção, foi desenvolvido a partir de pesquisas que visavam minimizar ou mesmo neutralizar os efeitos das ações de tensões pontuais gerados por planos de falhas sobre a estrutura de revestimento de um poço de petróleo, diminuindo assim, o custo das operações de extração de petróleo ao longo da sua vida útil. Em conseqüência à sua capacidade em distribuir uniformemente as tensões a que é submetido, o novo revestimento dinâmico também se aplica aos efeitos gerados pela fluência das rochas salinas. A invenção proposta também elimina a necessidade de despesas inerentes às periódicas intervenções que mantêm a integridade do poço.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The dynamic coating to ensure the integrity of oil wells and their installation method, object of the present invention, was developed from researches aimed at minimizing or even neutralizing the effects of point stresses generated by fault plans. over the casing structure of an oil well, thereby lowering the cost of oil extraction operations over their useful life. Due to its ability to evenly distribute the stresses to which it is subjected, the new dynamic coating also applies to the effects generated by the creep of saline rocks. The proposed invention also eliminates the need for expenses inherent in periodic interventions that maintain well integrity.

Para melhor entendimento da descrição que será feita da invenção, a Figura 1 retrata uma vista esquemática explicativa do efeito da compactação sobre um campo petrolífero e seus equipamentos.For a better understanding of the description to be made of the invention, Figure 1 depicts a schematic view explaining the effect of compaction on an oilfield and its equipment.

As linhas contínuas (A) e (B) mostram o perfil original de um campo petrolífero no início das operações de extração de petróleo. As linhas descontínuas (A’) e (B’) mostram o quanto as camadas litológicas podem se deslocar proporcionalmente devido ao efeito da compactação do reservatório (C). Este deslocamento das camadas litológicas gera região de alta tensão (D), que por sua vez provocam a formação de planos de falhas (E) das camadas litológicas. E é exatamente através desta área de alta tensão (D), propícia a ativação de planos de falhas (E), que a coluna (F) de um poço petrolífero está situada.Continuous lines (A) and (B) show the original profile of an oilfield at the start of oil extraction operations. The discontinuous lines (A ') and (B') show how much the lithological layers can shift proportionally due to the effect of reservoir compaction (C). This displacement of the lithological layers generates high voltage region (D), which in turn causes the formation of fault planes (E) of the lithological layers. And it is exactly through this area of high voltage (D), which enables the activation of fault plans (E), that the column (F) of an oil well is situated.

As Figuras 2A e 2B apresentam um esquema auto-explicativo simplificado, demonstrando o que pode ocorrer a uma coluna de produção quando submetida aos principais efeitos da subsidência. Na Figura 2A os planos de falhas provocam a ruptura por cisalhamento, enquanto na Figura 2B a fluência provoca flambagem da coluna de revestimentos (R) e perda de restrição lateral. O dispositivo proposto, aqui referido como revestimento dinâmico, consiste na substituição de grande parte do trecho que tradicionalmente era cimentado (espaço anelar entre poço e revestimento), por um fluido sintético ou não, a depender do tipo de formação em que se encontra o revestimento, sendo que a pressão neste fluido pode ser acompanhada -aumentada, reduzida ou mantida constante - por meio de equipamentos de monitoração e controle instalados na cabeça do poço. A pressão do fluido depende das condições de subsidência do reservatório. Por exemplo, no caso de revestimentos instalados através de rochas salinas, a pressão no fluido tende a aumentar ao longo do tempo devido à fluência das rochas salinas; nesta situação, a pressão pode ser reduzida para evitar o fraturamento da rocha, ou mantida constante em função das condições de subsidência. Como se toma evidente aos especialistas na matéria, esta inovação se aplica a qualquer tipo de formação, tanto em terra (on-shore) quanto fora da costa {off-shore). A Figura 3 retrata a título de ilustração, uma vista simplificada em corte de um poço perfurado no mar. Entretanto, o conceito da invenção não está restrito a poços localizados fora da costa, podendo, perfeitamente, ser aplicado a poços em terra. 0 poço ilustrado na Figura apresenta-se equipado com o dispositivo objeto da invenção. Um típico poço petrolífero (100) é perfurado através de rochas (101) constituídas por uma sucessão de formações geológicas dispostas em camadas.Figures 2A and 2B present a simplified self-explanatory scheme demonstrating what may occur to a production column when subjected to the main effects of subsidence. In Figure 2A the failure planes cause shear breakage, while in Figure 2B the creep causes buckling of the casing column (R) and loss of lateral restraint. The proposed device, here referred to as dynamic coating, consists in replacing much of the traditionally cemented stretch (annular space between well and coating) with a synthetic fluid or not, depending on the type of formation in which the coating is found. The pressure in this fluid can be monitored - increased, reduced or kept constant - through monitoring and control equipment installed at the wellhead. Fluid pressure depends on reservoir subsidence conditions. For example, in the case of coatings installed through saline rocks, the pressure in the fluid tends to increase over time due to the creep of saline rocks; In this situation, the pressure may be reduced to avoid fracturing the rock, or kept constant depending on the subsidence conditions. As is apparent to those skilled in the art, this innovation applies to any type of training, both onshore and offshore. Figure 3 depicts by way of illustration a simplified cross-sectional view of a well drilled in the sea. However, the concept of the invention is not restricted to offshore wells but can perfectly be applied to onshore wells. The well illustrated in the Figure is provided with the device object of the invention. A typical oil well (100) is drilled through rocks (101) consisting of a succession of layered geological formations.

Pode-se verificar que o dispositivo da invenção compreende basicamente a associação ordenada de elementos que serão agora detalhados.It can be seen that the device of the invention basically comprises the ordered association of elements which will now be detailed.

Junto ao piso marinho (102), após os necessários trabalhos iniciais de perfuração, são providos os dois primeiros tubos de assentamentos concêntricos: o tubo condutor (20) e o revestimento de superfície (21). O tubo condutor (20), típico em uma instalação petrolífera, é provido junto à parede do furo do poço, formando uma coluna (10) até uma profundidade adequada, em que as formações rochosas tenham competência para suportar as reações de pressões que o fluido petrolífero exercerá sobre os equipamentos do poço. O revestimento de superfície (21) - de maior diâmetro do que o tubo condutor (20) - é disposto concentricamente a este, e alcança uma profundidade um pouco menor.Next to the marine floor (102), after the necessary initial drilling work, the first two concentric laying pipes are provided: the conductive pipe (20) and the surface covering (21). The conductive pipe (20), typical in an oil installation, is provided near the wellbore wall, forming a column (10) to an appropriate depth where the rock formations are able to withstand the pressure reactions that the fluid has. will exercise on the well equipment. The surface liner 21 - larger in diameter than the conduit tube 20 - is concentrically disposed therein and reaches a little less depth.

Entre o tubo condutor (20) e o revestimento de superfície (21) é realizada uma cimentação de ancoragem (40). A este conjunto será afixada uma cabeça de poço (50), que suportará as reações de pressões do fluido petrolífero.Between the conductive tube (20) and the surface liner (21) is anchored cementation (40). To this assembly will be affixed a wellhead (50), which will withstand the reactions of oil fluid pressures.

Nesta faixa de profundidade alcançada pelo tubo condutor (20) pode-se garantir uma cimentação de ancoragem (40) sem a formação de espaços vazios, o que é importante, pois também garantirá a fixação da cabeça de poço (50), que na técnica agora proposta, será submetida a pressões de grande magnitude. A cabeça de poço (50) é provida de três sistemas imprescindíveis para o perfeito funcionamento da invenção: Um sistema de monitoramento de pressão (51), constituído por um conjunto de sensores distribuídos no interior de uma câmara de amortecimento (60), preferencialmente na cabeça de poço (50). Um sistema controle (52), que a partir das informações geradas pelo sistema de monitoramento de pressão (51), aciona um terceiro sistema, o sistema atuador (53). O sistema controle (52), por sua vez, consiste em uma unidade de processamento numérica (não representada na Figura), podendo estar localizada tanto em uma unidade de apoio flutuante quanto na própria cabeça de poço (50), mas preferencialmente nesta última. O dito sistema controle poderá gerar sinais automaticamente ou gerar informações para aguardar uma intervenção manual. O sistema atuador (53) é composto por um conjunto atuadores apropriados, tais como bombas e válvulas, a fim de aliviar ou acrescentar pressão à câmara de amortecimento (60).In this depth range reached by the conduit tube (20), anchoring cementation (40) can be guaranteed without the formation of voids, which is important as it will also ensure the fixing of the wellhead (50), which in the art now proposed, will be subjected to pressures of great magnitude. The wellhead (50) is provided with three systems essential for the perfect functioning of the invention: A pressure monitoring system (51), consisting of a set of sensors distributed inside a damping chamber (60), preferably in the wellhead (50). A control system (52), which from the information generated by the pressure monitoring system (51), drives a third system, the actuator system (53). The control system (52), in turn, consists of a numerical processing unit (not shown in the Figure), and may be located either in a floating support unit or in the wellhead (50) itself, but preferably in the latter. Said control system may generate signals automatically or generate information to await manual intervention. Actuator system (53) comprises a set of suitable actuators such as pumps and valves to relieve or add pressure to the damping chamber (60).

Uma camisa metálica (70) é provida à coluna (10) desde a cabeça de poço (50) até uma profundidade próxima ao reservatório de petróleo. A camisa metálica (70) possui diâmetro menor do que o tubo condutor (20), e é disposta concentricamente a este. Desta forma, no trecho entre a cabeça de poço (50) e a extremidade inferior da camisa metálica (70) há um espaço anular limitado pela parede rochosa da coluna (10) e a face externa da camisa metálica (70).A metal jacket (70) is provided to the column (10) from the wellhead (50) to a depth near the oil reservoir. The metal jacket 70 has a smaller diameter than the conductive tube 20 and is concentrically disposed thereon. Thus, in the section between the wellhead (50) and the lower end of the metal jacket (70) there is an annular space limited by the rocky wall of the column (10) and the outer face of the metal jacket (70).

Deve ficar salientado que o componente “camisa metálica” (70), aqui representado de forma simplificada, pode ser constituído de tantas seções dispostas telescopicamente quanto necessárias para atingir a profundidade desejada próxima ao reservatório de petróleo.It should be noted that the "metal jacket" component 70, shown in simplified form, may consist of as many telescopically arranged sections as necessary to achieve the desired depth near the oil reservoir.

Por meio de vedações próprias, conecta-se ao interior da extremidade inferior da camisa metálica (70) uma projeção linear de produção (80), que pode ser do tipo linear, vulgarmente conhecida entre os técnicos por “liner”. O espaço anular, limitado pela parede rochosa da coluna (10) e a face externa da camisa metálica (70), possui um pequeno trecho de sua extremidade inferior (41) preenchido por uma composição de cimento, a qual tem como função reforçar a estrutura e oferecer vedação na porção inferior da coluna. O restante do trecho acima da cimentação é preenchido por um fluido amortecedor confinado (61) até a cabeça de poço (50), que oferece uma vedação estanque na porção superior da coluna.By means of its own seals, a linear production projection (80), which may be of the linear type, commonly known to the art as "liner", is connected to the interior of the lower end of the metal jacket (70). The annular space, limited by the rocky wall of the column (10) and the outer face of the metal jacket (70), has a small portion of its lower end (41) filled with a cement composition, which has the function of reinforcing the structure. and provide sealing on the lower portion of the column. The remainder of the stretch above the cementation is filled with a confined damping fluid (61) to the wellhead (50), which provides a tight seal on the upper portion of the column.

Desse modo, obtém-se a câmara de amortecimento (60) restrita ao espaço anelar que é limitado pela parede rochosa da coluna (10), a face externa da camisa metálica (70), o pequeno trecho cimentado (41) e a cabeça de poço (50). A câmara de amortecimento (60) delimitada pela parede rochosa da coluna (10), a face externa da camisa metálica (70), o trecho de cimento (41) e a cabeça de poço (50), constitui uma câmara hermética, ligada fluidicamente ao exterior somente por meio dos componentes do sistema de atuação (53).In this way, the damping chamber (60) is restricted to the annular space which is limited by the rocky wall of the column (10), the outer face of the metal jacket (70), the small cemented section (41) and the well (50). The damping chamber (60) bounded by the rocky wall of the column (10), the outer face of the metal jacket (70), the cement portion (41) and the wellhead (50), is a hermetically fluidically bonded chamber outside only by means of the actuation system components (53).

Opcionalmente, uma configuração construtiva alternativa do objeto da invenção poderia ser aplicada em situações em que não seja possível introduzir equipamentos de monitoração e controle da pressão do fluido amortecedor confinado (61). Neste caso, o fluido pode ser introduzido isoladamente no espaço anelar entre dois tampões de cimento, ou seja, o fluido de amortecimento ficaria intercalado com pastas de cimento. Desse modo, pode-se obter a câmara de amortecimento (60) restrita ao espaço anelar que é limitado pela parede da coluna (10), a face externa da camisa metálica (70), e pequenos trechos de cimento acima e abaixo do fluido amortecedor confinado (61). O fluido amortecedor confinado (61), provido neste intervalo de espaço, é constituído por um fluido sintético ou não, especificado conforme o tipo de formação em que se encontra o revestimento.Optionally, an alternative constructive configuration of the object of the invention could be applied in situations where it is not possible to introduce confined damping fluid pressure monitoring and control equipment (61). In this case, the fluid may be introduced separately into the annular space between two cement plugs, ie the damping fluid would be interspersed with cement pastes. In this way, the damping chamber (60) can be obtained restricted to the annular space which is limited by the column wall (10), the outer face of the metal jacket (70), and small sections of cement above and below the damping fluid. confined (61). The confined damping fluid 61 provided in this gap is a synthetic or non-synthetic fluid specified according to the type of formation in which the coating is present.

As diversas vantagens inerentes ao revestimento dinâmico para assegurar a integridade de poços de petróleo serão melhor percebidas a partir da descrição do método de instalação. A instalação do revestimento dinâmico para assegurar a integridade de poços de petróleo tomou-se bastante simples, como se tomará evidente, com a descrição das etapas a seguir: 1a Etapa - Perfurar o solo a uma profundidade que alcance formações rochosas que tenham competência para resistir às altas tensões de tração, que serão exercidas na cabeça de poço (50). Neste ponto instala-se o revestimento de superfície (21) e o tubo condutor (20), realizando-se uma cimentaçáo de ancoragem (40).The many advantages inherent in dynamic coating to ensure the integrity of oil wells will be better realized from the description of the installation method. The installation of dynamic casing to ensure the integrity of oil wells has become quite simple, as will become evident, with the description of the following steps: Step 1 - Drilling the ground to a depth that reaches rock formations that are able to withstand the high tensile stresses that will be exerted on the wellhead (50). At this point the surface covering (21) and the conductive pipe (20) are installed and an anchor cementation (40) is made.

Esta primeira etapa, resumidamente apresentada, é comum ao estado da técnica, e na verdade abrange uma diversidade de técnicas operacionais dominadas por qualquer especialista na matéria.This first step, briefly presented, is common to the state of the art, and indeed encompasses a variety of operational techniques mastered by any person skilled in the art.

Geralmente perfura-se até encontrar uma camada de rocha salina, estas profundidades geralmente não ultrapassam 2000 metros. Nesta extensão é tecnicamente garantida uma cimentação de qualidade sem a formação de espaços vazios. 2a Etapa - Após a cura da cimentação de ancoragem (40) da 1a etapa, inicia-se uma segunda fase de perfuração da coluna (10), seguindo o mesmo padrão dimensional. 3a Etaoa - A sonda de perfuração é retirada do poço e inicia-se a descida da camisa metálica (70) de menor diâmetro do que o tubo condutor (20). 4a Etapa - Opcionalmente realiza-se tantas fases de perfuração concêntricas e telescópicas da coluna (10), encaixando as sucessivas seções da camisa metálica (70), até alcançar uma profundidade próxima do reservatório de petróleo (não representado na Figura). A partir desta etapa iniciam-se procedimentos específicos que caracterizam o método para instalação do revestimento dinâmico, objeto da invenção. Estes procedimentos poderão ser aplicados após qualquer das fases de perfuração e descida da camisa metálica (70). Dependerá apenas da definição da quantidade de seções de revestimento telescopicamente dispostos que sejam necessárias para atingir o reservatório, e a partir de que seção se deseja aplicar a proteção. 5a Etapa - Introduz-se por meio do tubo condutor (20) um volume determinado de fluido amortecedor confinado (61), o suficiente para preencher a câmara de amortecimento (60), e em seguida uma pasta de cimentação em volume suficiente para cimentar a extremidade inferior da câmara de amortecimento (60). 6a Etapa - Os dois fluidos são então bombeados nesta ordem até atingirem os respectivos trechos em que devem operar no espaço anelar, o qual é limitado pela parede rochosa da coluna (10) e a face externa da camisa metálica (70).Generally it drills until it finds a layer of saline rock, these depths generally do not exceed 2000 meters. To this extent, quality cementation is technically guaranteed without the formation of voids. Step 2 - After curing the anchor cementation (40) of step 1, a second column drilling phase (10) begins following the same dimensional pattern. Step 3 - The drill rig is withdrawn from the well and begins to lower the metal jacket (70) of smaller diameter than the conductive tube (20). Step 4 - Optionally so many concentric and telescopic drilling phases of the column (10) are carried out, fitting the successive sections of the metal jacket (70), until reaching a depth close to the oil reservoir (not shown in the Figure). From this stage, specific procedures are initiated that characterize the method for installing the dynamic coating, object of the invention. These procedures may be applied after any of the piercing and lowering phases of the metal jacket (70). It will only depend on defining the number of telescopically arranged lining sections that are required to reach the reservoir, and from which section the protection is to be applied. Step 5 - A determined volume of confined damping fluid (61) is introduced through the conductive tube (20), sufficient to fill the damping chamber (60), and then a cementing paste of sufficient volume to cement the lower end of the damping chamber (60). Step 6 - The two fluids are then pumped in this order until they reach the respective sections in which they must operate in the annular space, which is limited by the rocky wall of the column (10) and the outer face of the metal jacket (70).

Diferentemente do procedimento de cimentação convencional referenciado na 1a etapa, de se injetar primeiro o tampão de cimento e depois um fluido que realizará o deslocamento, já dominado e comum à técnica, esta etapa realiza a injeção inicial de um fluido de características específicas, em seguida uma pasta de cimento, e após esta o fluido com o qual realizará o deslocamento.Unlike the conventional cementation procedure referenced in step 1 of first injecting the cement plug and then a displacement fluid, already mastered and common to the technique, this step performs the initial injection of a fluid of specific characteristics, then a cement paste, and thereafter the fluid with which to perform the displacement.

Deve ficar salientado que a substituição do cimento, que ocupava tradicionalmente o espaço anelar, pelo fluido amortecedor confinado (61), reduz drasticamente o intervalo de revestimento que deve ser cimentado. Quando comparada aos métodos conhecidos de estruturar o revestimento de um poço, esta proposição ainda provê a possibilidade de assentar longas extensões de revestimento com uma curta extensão de cimento. Conseqüentemente pode-se garantir uma cimentação profunda e de qualidade. A especificação do fluido amortecedor confinado (61) é determinada em função das suas propriedades químicas, físicas, reológicas, e, em volume compatível com o projeto do poço. A especificação da camisa metálica (70) pode ser mais precisa, podendo-se operar com limites mais restritos de tensão, conseqüentemente, estruturas mais baratas, de baixa resistência ao colapso. 7a Etapa - Após o termino da 6a etapa, se a extremidade da coluna (10) estiver próxima ao reservatório, será lançado um último segmento de tubulação, a projeção linear de produção (80), podendo ser preferencialmente um revestimento do tipo liner. A projeção linear de produção (80) somente será instalada próximo à extremidade inferior da camisa metálica (70) da etapa anterior, assim reduzindo custo. 8a Etapa - Os equipamentos tradicionais para completação e produção são instalados na cabeça de poço (50). 9a Etapa - Finalmente o sistema de controle (52), o sistema de monitoramento de pressão (51) e o sistema atuador (53) são instalados na cabeça de poço (50). O sistema de controle (52) pode estar provido diretamente à cabeça de poço (50) ou em uma estação, recebendo e enviando sinais remotamente.It should be noted that the replacement of cement, which traditionally occupied the annular space, with the confined damping fluid (61) dramatically reduces the coating range that must be cemented. Compared to known methods of structuring a well casing, this proposition further provides the possibility of laying long casing extensions with a short cement length. Consequently, deep and quality cementation can be guaranteed. The specification of the confined damping fluid (61) is determined by its chemical, physical, rheological properties and in volume compatible with the well design. The specification of the metal jacket (70) may be more precise and may be operated with stricter stress limits, hence cheaper structures with low collapse resistance. 7th Step - After the end of the 6th step, if the end of the column (10) is close to the reservoir, a last pipe segment will be launched, the linear production projection (80), which may preferably be a liner type liner. The linear production projection (80) will only be installed near the lower end of the metal jacket (70) of the previous step, thus reducing cost. Step 8 - Traditional completion and production equipment is installed in the wellhead (50). Step 9 - Finally the control system (52), pressure monitoring system (51) and actuator system (53) are installed in the wellhead (50). The control system (52) may be provided directly to the wellhead (50) or at a station, receiving and sending signals remotely.

Resumidamente, as Figuras 4 e 5 ilustram esquematicamente o princípio de funcionamento do revestimento dinâmico para assegurar a integridade de poços de petróleo após a sua instalação, atuando em formações rochosas diversas. A Figura 4 apresenta uma simulação de planos de falhas e os efeitos da ação das tensões pontuais gerados por esses planos, sendo estas minimizadas ou mesmo neutralizadas, conforme o objetivo principal da invenção. A Figura 5 apresenta uma simulação da fluência de rochas salinas, e os efeitos da ação das tensões assimétricas circunferenciais gerados por essa fluência, sendo igualmente minimizadas ou mesmo neutralizadas com a aplicação do mesmo conceito inventivo.Briefly, Figures 4 and 5 schematically illustrate the principle of operation of the dynamic coating to ensure the integrity of oil wells after installation by acting on various rock formations. Figure 4 presents a simulation of fault plans and the effects of the stresses generated by these planes, which are minimized or even neutralized, according to the main objective of the invention. Figure 5 presents a simulation of the saline rock creep, and the effects of the action of the circumferential asymmetric stresses generated by this creep, being equally minimized or even neutralized with the application of the same inventive concept.

Por meio da Figura 4 pode-se visualizar esquematicamente este conceito, sob a ação de uma tensão (F) concentrada em um pequeno trecho da coluna (10). O cerne do poço (100) está protegido por uma camisa metálica (70), e esta envolvida pelo fluido amortecedor confinado (61). Como o fluido, com sua característica de incompressibilidade, tem seu fluxo totalmente restrito, qualquer esforço de deformação a que a coluna (10) seja submetida, mesmo que localizada em um pequeno trecho, tem suas tensões resultantes distribuídas uniformemente ao elemento seguinte, no caso a camisa metálica (70). Assim, fazendo-se uma leitura constante da pressão do fluido amortecedor confinado (61), é possível aumentar ou diminuir a condição do fluido amortecedor confinado (61), reagir, bombeando mais fluido para o interior desta câmara ou drenando parte do fluido. O mais importante nesta proposta é a velocidade com que estas alterações de pressão podem ser percebidas e replicadas, com a possibilidade de interação e controle da pressão no interior da câmara, a fim de evitar ou minimizar ocorrências dos movimentos das camadas litológicas.Figure 4 shows this concept schematically, under the action of a tension (F) concentrated in a small section of the column (10). The core of the well (100) is protected by a metal jacket (70) and is surrounded by the confined damping fluid (61). Since the fluid, with its incompressibility characteristic, has its flow totally restricted, any deformation effort to which the column (10) is subjected, even if located in a small section, has its resulting stresses distributed evenly to the next element, in this case. the metal shirt (70). Thus, by constantly reading the pressure of the confined damping fluid (61), it is possible to increase or decrease the condition of the confined damping fluid (61), to react, to pump more fluid into this chamber or to drain part of the fluid. Most important in this proposal is the speed with which these pressure changes can be perceived and replicated, with the possibility of interaction and control of pressure inside the chamber, in order to avoid or minimize occurrences of movements of the lithological layers.

Este mesmo conceito também pode ser aplicado em formações rochosas salinas onde há uma tensão assimétrica circunferencial ao longo de um grande trecho da coluna (10), conforme pode ser percebido na Figura 5.This same concept can also be applied in saline rock formations where there is an asymmetric circumferential tension along a large stretch of column (10), as can be seen in Figure 5.

Nos dois casos a pressão do fluido amortecedor confinado (61) pode ser alterada antecipadamente a fim de evitar ou minimizar ocorrências dos movimentos das camadas litológicas. A invenção foi aqui descrita com referência feita a suas concretizações preferidas. Deve, entretanto, ficar claro, que a invenção não está limitada a essas concretizações, e aqueles com habilidades na técnica irão imediatamente perceber que alterações e substituições podem ser feitas dentro deste conceito inventivo aqui descrito.In both cases the pressure of the confined damping fluid (61) may be changed in advance to prevent or minimize occurrences of movement of the lithological layers. The invention has been described herein with reference to its preferred embodiments. It should, however, be clear that the invention is not limited to such embodiments, and those skilled in the art will immediately realize that changes and substitutions may be made within this inventive concept described herein.

REIVINDICAÇÕES

Claims (13)

1- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, o qual compreende a associação ordenada de pelo menos um tubo condutor, revestimento de superfície, sapatas, trechos cimentados, uma cabeça de poço, um sistema de monitoramento de pressão, um sistema de controle, pelo menos uma câmara de amortecimento, fluido amortecedor confinado, pelo menos uma camisa metálica e uma projeção linear de produção caracterizado por apresentar esses componentes montados entre si obedecendo ao seguinte arranjo: a uma coluna (10) de um poço petrolífero (100) são providos os dois primeiros tubos de assentamentos concêntricos - o tubo condutor (20) e o revestimento de superfície (21) de maior diâmetro do que o tubo condutor (20); entre os dois tubos é realizada uma cimentação de ancoragem (40); a este conjunto é afixada a cabeça de poço (50); a cabeça de poço (50) por sua vez é provida de um sistema de monitoramento de pressão (51), um sistema controle (52) e um sistema atuador (53); uma camisa metálica (70), de diâmetro menor do que o tubo condutor (20), é provida concentricamente a este em seções sucessivas ou não, até uma profundidade próxima ao reservatório de petróleo, de modo a formar um espaço anelar limitado pela parede rochosa da coluna (10) e a face externa da dita camisa metálica (70); por meios de vedações próprias uma projeção linear de produção (80) é conectada ao interior da extremidade inferior da camisa metálica (70); o espaço anelar, limitado pela parede rochosa da coluna (10) e a face externa da camisa metálica (70), possui um pequeno trecho de sua extremidade inferior (41) preenchido por uma composição de cimento; o espaço anelar que é limitado pela parede rochosa da coluna (10), a face externa da camisa metálica (70), o trecho de cimento (41) e a cabeça de poço (50), forma uma câmara de amortecimento (60); dita câmara restrita é preenchida por um fluido amortecedor confinado (61).1- DYNAMIC COATING TO ENSURE OIL WELL INTEGRITY, which comprises the orderly association of at least one conductive tube, surface liner, shoes, cemented sections, a wellhead, a pressure monitoring system, a control, at least one damping chamber, confined damping fluid, at least one metal jacket and a linear production projection characterized by having these components assembled together in accordance with the following arrangement: a column (10) of an oil well (100) the first two concentric seating tubes are provided - the conductive tube (20) and the surface casing (21) of larger diameter than the conductive tube (20); between the two pipes an anchor cementation (40) is performed; to this assembly is affixed the wellhead (50); the wellhead (50) is provided with a pressure monitoring system (51), a control system (52) and an actuator system (53); a metal liner (70) smaller in diameter than the conduit tube (20) is provided concentrically therein in successive or non-successive sections to a depth near the oil reservoir to form an annular space limited by the rocky wall. from the column (10) and the outer face of said metal jacket (70); by means of proper seals a linear production projection (80) is connected within the lower end of the metal jacket (70); the annular space, limited by the rocky wall of the column (10) and the outer face of the metal jacket (70), has a small portion of its lower end (41) filled with a cementitious composition; the annular space which is limited by the rocky wall of the column (10), the outer face of the metal jacket (70), the cement stretch (41) and the wellhead (50) forms a damping chamber (60); said restricted chamber is filled by a confined damping fluid (61). 2- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de monitoramento de pressão (51), provido à cabeça de poço (50) ser constituído por um conjunto de sensores especificamente distribuídos no interior de uma câmara de amortecimento (60)2. DYNAMIC COATING TO ENSURE OIL WELL INTEGRITY according to claim 1, characterized in that the pressure monitoring system (51) provided to the wellhead (50) consists of a set of sensors specifically distributed in the interior of a damping chamber (60) 3- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de controle (52), provido à cabeça de poço (50) ou em uma estação remota, a partir das informações geradas pelo sistema de monitoramento de pressão (51), determinar automaticamente a operação do sistema de atuação (53).DYNAMIC COATING TO ENSURE THE INTEGRITY OF OIL WELLS according to claim 1, characterized in that the control system (52) provided to the wellhead (50) or at a remote station from the information generated by the pressure monitoring system (51), automatically determine actuation system operation (53). 4- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de controle (52), provido à cabeça de poço (50) ou em uma estação remota, a partir das informações geradas pelo sistema de monitoramento de pressão (51), apresentar as informações e aguardar intervenção manual para a operação do sistema de atuação (53).DYNAMIC COATING FOR ENSURING OIL WELL INTEGRITY according to claim 1, characterized in that the control system (52) provided to the wellhead (50) or at a remote station from the information generated by the pressure monitoring system (51), present the information and wait for manual intervention for the operation of the actuation system (53). 5- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os atuadores do sistema atuador (53) estarem ligados diretamente à câmara de amortecimento (60).5. DYNAMIC COATING TO ENSURE OIL WELL INTEGRITY according to claim 2, characterized in that the actuators of the actuator system (53) are directly connected to the damping chamber (60). 6- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de monitoramento de pressão (51), o sistema de controle (52) e o sistema atuador (53) estarem interligados.6. DYNAMIC COATING TO ENSURE OIL WELL INTEGRITY according to claim 1, characterized in that the pressure monitoring system (51), the control system (52) and the actuator system (53) are interconnected. 7- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a câmara de amortecimento (60) delimitada pela parede rochosa da coluna (10), a face externa da camisa metálica (70), o trecho de cimento (41) e a cabeça de poço (50), ser uma câmara hermética ligada fluidicamente ao exterior somente por meio dos componentes do sistema de atuação (53).DYNAMIC COATING FOR ENSURING OIL WELL INTEGRITY according to claim 1, characterized in that the damping chamber (60) bounded by the rocky wall of the column (10), the outer face of the metal jacket (70), the cement portion (41) and wellhead (50), to be an airtight chamber fluidly connected to the outside only by means of the actuation system components (53). 8- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por fluido amortecedor confinado (61), provido à câmara de amortecimento (60), ser constituído por um fluido sintético ou não.DYNAMIC COATING FOR ENSURING OIL WELL INTEGRITY according to Claim 1, characterized in that the confined damping fluid (61) provided with the damping chamber (60) is made of a synthetic fluid or not. 9- REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir que a camisa metálica (70) possa ser dimensionada a partir de limites mais restritos de tensão, com estruturas de baixa resistência ao colapso.DYNAMIC COATING TO ENSURE THE INTEGRITY OF OIL WELLS according to claim 1, characterized in that the metal jacket (70) can be sized from stricter stress limits with low collapse resistance structures. 10- MÉTODO DE INSTALAÇÃO DO REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, descrito na reivindicação 1, caracterizado por seguir as seguintes etapas: a. perfurar o solo a uma profundidade que alcance formações rochosas que tenham competência para resistir às altas tensões de tração, que serão exercidas na cabeça de poço (50), neste ponto instalar o revestimento de superfície (21), o tubo condutor (20), realizando-se uma cimentação de ancoragem (40); b. após a cura da cimentação de ancoragem (40) da etapa (a), iniciar uma segunda fase de perfuração da coluna (10), seguindo o mesmo padrão dimensional; c. retirar a sonda de perfuração do poço e iniciar a descida da camisa metálica (70), de menor diâmetro do que o tubo condutor (20); d. introduzir por meio do tubo condutor (20) um volume determinado de fluido amortecedor confinado (61), o suficiente para preencher a câmara de amortecimento (60), e em seguida uma pasta de cimentação em volume suficiente para cimentar a extremidade inferior da câmara de amortecimento (60); e. bombear nesta ordem os dois fluidos até atingirem os respectivos trechos em que devem operar no espaço anelar limitado pela parede rochosa da coluna (10) e a face externa da camisa metálica (70). f. após o termino da etapa (e), se a extremidade da coluna (10) estiver próxima ao reservatório, lançar a projeção linear de produção (80), último segmento de descida; g. instalar os equipamentos tradicionais na cabeça de poço (50); h. instalar finalmente o sistema de monitoramento de pressão (51) e o sistema atuador na cabeça de poço (50).Method for the installation of the DYNAMIC COATING to ensure the integrity of oil wells, as described in claim 1, characterized by the following steps: a. drill the ground to a depth that reaches rock formations that are able to withstand the high tensile stresses that will be exerted on the wellhead (50), at this point install the surface covering (21), the conductive tube (20), performing an anchor cementation (40); B. after curing the anchor cementation (40) of step (a), initiate a second column drilling phase (10) following the same dimensional pattern; ç. remove the drill rig from the well and start lowering the metal jacket (70), smaller in diameter than the conduit tube (20); d. introduce through the conductive tube (20) a determined volume of confined damping fluid (61) sufficient to fill the damping chamber (60), and then a cementing paste of sufficient volume to cement the lower end of the damping chamber. damping (60); and. pump in this order the two fluids until they reach the respective sections in which they must operate in the annular space limited by the rocky wall of the column (10) and the outer face of the metal jacket (70). f. after the end of step (e), if the end of the column (10) is close to the reservoir, launch the linear production projection (80), last descent segment; g. install traditional equipment on the wellhead (50); H. finally install the pressure monitoring system (51) and the wellhead actuator system (50). 11- MÉTODO DE INSTALAÇÃO DO REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por permitir ser aplicado no revestimento de um segmento de coluna (10), ou em tantos revestimentos de coluna telescopicamente dispostos que sejam necessários para atingir o reservatório.Method for the installation of the DYNAMIC COATING TO ENSURE OIL WELL INTEGRITY according to claim 10, characterized in that it can be applied to the lining of a column segment (10), or to as many telescopically arranged column coatings as are available. needed to reach the reservoir. 12- MÉTODO DE INSTALAÇÃO DO REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o sistema controle (52) poder ser instalado a parte da cabeça de poço (50).Method for the installation of the DYNAMIC COATING to ensure the integrity of oil wells according to claim 10, characterized in that the control system (52) can be fitted to the wellhead part (50). 13- MÉTODO DE INSTALAÇÃO DO REVESTIMENTO DINÂMICO PARA ASSEGURAR A INTEGRIDADE DE POÇOS DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por repetir-se opcionalmente a etapa de perfuração concêntrica e telescópica da coluna (10), encaixando sucessivas seções da camisa metálica (70), até alcançar uma profundidade próxima do reservatório de petróleo.13. DYNAMIC COATING INSTALLATION METHOD TO ENSURE OIL WELL INTEGRITY according to claim 9, characterized in that the concentric and telescopic drilling of the column (10) is optionally repeated by fitting successive sections of the metal jacket ( 70) until reaching a depth close to the oil reservoir.