BRPI0715374A2 - conjunto de cabeÇa de poÇo - Google Patents
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Abstract
CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO. A presente invenção refere-se a um conjunto para uso em uma cabeça de poço (6, 204), o conjunto (2, 202, 302) compreendendo um corpo de árvore (10, 106) tendo um furo interno (18, 126) disposto em uso para ser alinhado com o furo de um alojamento de cabeça de poço; o corpo de árvore compreendendo um furo lateral (20, 128) se estendendo através do corpo de árvore a partir do furo interno; o corpo de árvore ainda compreendendo meios (104, 208) para conectar a um conector (12, 38, 108) de modo a alinhar o furo interno do corpo de árvore com um furo interno no conector, em uso o corpo de árvore e o conector juntos, formando uma árvore horizontal. O corpo de árvore pode compreender um ou mais furos e válvulas integralmente formados para fornecer trajetórias de fluxo de fluido para as funções de coroa anular e/ou de passagem. Uma conjunto de cabeça de poço compreendendo a conjunto de árvore é também fornecida.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTODE CABEÇA DE POÇO".
A presente invenção refere-se a uma conjunto de cabeça de po-ço, por exemplo, um conjunto de completação de cabeça de poço, e a umaárvore horizontal (também referida como um Carretei Tree®) para uso em talconjunto. A invenção refere-se particularmente aos conjuntos para uso eminstalações de cabeça de poço submarinas.
É bem conhecido na técnica de exploração e produção de óleo egás que poços sejam encerrados e suspensos a partir de um alojamento decabeça de poço. Uma vez que o poço foi concluído e a produção está paracomeçar, é prática convencional instalar uma assim chamada árvore de na-tal no alojamento de cabeça de poço, a árvore de natal tendo um furo atra-vés da mesma em comunicação com o poço e através do qual os fluidos dopoço são produzidos. Convencionalmente, a árvore de natal é fornecida comum ou mais furos verticais. O acesso ao poço enquanto a árvore de natalestá no lugar é proporcionado por um ou mais furos verticais. No entanto, oacesso para ferramentas de fundo de poço entrar no poço é limitado pelodiâmetro do furo ou furos verticais na árvore de natal. No passado, isto ser-viu como uma restrição principal para as operações de fundo de poço quepodem ser realizadas com a árvore de natal no lugar no alojamento de ca-beça de poço.
Estes e outros problemas de conjuntos de árvores de natal ecabeça de poço convencionalmente desenhadas foram superados pela in-trodução de uma árvore horizontal ou assim chamada Carretei Tree. Na ár-vore horizontal, os fluidos de produção deixam o furo central da árvore atra-vés de um orifício que se estende lateralmente através da parede da árvore.O acesso ao poço deve ser exigido durante a produção, as ferramentas po-dem ser passadas através do furo central, por exemplo, através de um pre-ventor contra explosões (BOP) localizado no topo da árvore horizontal. Devi-do ao diâmetro relativamente maior do furo da árvore horizontal, o acesso aopoço através da árvore é significantemente aperfeiçoado, comparado ao de-senho da árvore vertical convencional. Isto torna óbvia a necessidade deremover a árvore quando as operações de fundo de poço são exigidas, umatarefa perigosa, em particular quando se lida com instalações de cabeça depoço submarinas, que podem estar a uma distância considerável abaixo dasuperfície do mar e, portanto, da armação de navio ou plataforma que prestaserviço a elas.
Exemplos de conjuntos de árvore e cabeça de poço são descri-tos em US 2005/0121198, US 6.581.691, US 6.547.008 e US 5.544.707.
US 2005/0121198 descreve um sistema de produção submarinotendo uma árvore de natal. A árvore compreende um furo vertical com umcubo em sua extremidade superior. As válvulas de produção e de coroa anu-lar são conectadas à árvore por meio de blocos de válvula separados.
US 6.581.691 descreve um adaptador de aterrissagem para a-terrissar suavemente um suspensor de tubulação no furo de uma árvore deprodução ou alojamento de cabeça de poço. Novamente, US 6.581.691 des-creve uma árvore de cabeça de poço tendo um cubo de conexão integral.Uma pluralidade de válvulas é fornecida, algumas das quais são internas àárvore e outras das quais são externas e conectadas à árvore por meio deum ou mais blocos de válvula.
Uma árvore de cabeça de poço com um furo vertical e cubo co-nector integral é descrita em US 6.547.008. A árvore é fornecida com válvu-las de produção e de coroa anular que são externas à árvore e aparafusadasna parede externa da árvore. Uma disposição similar é mostrada em US5.544.707.
Adicionalmente, EP 0 719 905 e EP 0 989 283 descrevem umaconjunto de árvore horizontal e cabeça de poço particularmente vantajoso. Acabeça de poço descrita compreende um alojamento de cabeça de poço, noqual uma árvore carretei é conectada por meio de um conjunto de conectorconvencional. A árvore carretei é de uma disposição em geral vertical, tendoum furo longitudinal central através da mesma de diâmetro relativamentegrande. Um orifício de produção se estende lateralmente a partir do furo cen-tral através da parede da árvore carretei. Um bloco de válvula de produção,tipicamente incluindo uma válvula de asa, à aparafusado ao lado do corpoda árvore carretei de modo a se comunicar com o orifício de produção. Aextremidade superior do corpo da árvore carretei termina em um cubo deintervenção vertical, no qual pode ser conectado um BOP usando um conec-tor de perfuração convencional. Um conjunto de válvulas de coroa anular étambém conectado no exterior do corpo de árvore carretei, de modo a secomunicar e alinhar com uma séria de orifícios de coroa anular se estenden-do através do corpo da árvore carretei e se comunicando com o furo centralda árvore.
Desenvolvimentos mais recentes para o conceito da árvore hori-zontal descrito em EP 0 719 905 e EP 0 989 283 são descritos em US6.050.339. A árvore horizontal descrita em US 6.050.339 compreende umfuro central longitudinal verticalmente orientado. A árvore é conectada emsua extremidade inferior a um alojamento de cabeça de poço. A extremidadesuperior do corpo de árvore é formada como um conector ou cubo, para co-nexão com um BOP e um tubo ascendente de perfuração ou similar. Umorifício de produção se estende lateralmente através do corpo da árvore apartir do furo central. Uma válvula de produção é incorporada no corpo deárvore para controlar o fluxo de fluidos de produção do poço. Similarmente,os orifícios de coroa anular se estendem através do corpo de árvore para secomunicar entre o furo central e o exterior. As válvulas incorporadas no cor-po de árvore controlam o fluxo de fluido através dos orifícios da coroa anular.
US 6.470.968 descreve uma árvore submarina e sistema desuspensor de tubulação. A árvore submarina é de disposição horizontal, ten-do um furo central verticalmente orientado, a partir do qual se estende umorifício de produção lateral através do corpo da árvore para uma válvula deprodução aparafusada no exterior do corpo de árvore.
Mais recentemente, US 2004/0112604 descreve uma árvore car-retei horizontal com orifícios aperfeiçoados. Novamente, a árvore compreen-de um furo central verticalmente orientado. O corpo de árvore é conectadoem sua extremidade inferior em um alojamento de cabeça de poço, enquan-to sua extremidade superior forma um conector ou cubo para conexão com otubo ascendente, pilha de BOP ou similares. Um orifício de produção lateralse estende do furo central através do corpo de árvore. Uma válvula de fluxode produção é incluída no corpo de árvore para controlar o fluxo de fluidosde produção. No entanto, uma segunda válvula de produção para controlar ofluxo de fluido de produção, é alojada em um bloco aparafusado no exteriordo corpo de árvore. Similarmente, orifícios de coroa anular são fornecidosatravés do corpo de árvore, com uma válvula de fluxo integral. No entanto, asegunda válvula de fluxo de coroa anular está localizada em um bloco apa-rafusado no exterior do corpo de árvore.
Desde seu começo nos anos 90, um número significante de ár-vores horizontais foi construído e instalado, em particular em instalações decabeça de poço submarinas, como resultado das vantagens que oferecemsobre o desenho de árvore vertical convencional. No entanto, vários proble-mas permanecem com as árvores horizontais.
Como indicado acima, as árvores horizontais são formadas comum corpo de árvore disposto verticalmente, central, através do qual se es-tende o furo central. Um orifício de produção horizontal e vários orifícios decoroa anular são fornecidos no corpo de árvore. A extremidade inferior docorpo de árvore pode ser formada como um conector integral para prenderem um alojamento de cabeça de poço. A extremidade superior do corpo deárvore é invariavelmente formada como um conector ou cubo de intervençãovertical, para permitir a conexão em uma pilha de BOP, tubo ascendente ousimilares. Em vista do grande alcance de conjuntos de aparelhamento e pla-taforma usadas para prestar assistência a cabeças de poço submarino, ocorpo de árvore precisa ser formado com um conector superior ou cubo decomprimento considerável, a fim de acomodar a variedade de desenhos deconexão que podem ser empregados. Como resultado, o corpo de uma árvo-re horizontal é um componente volumoso, o tamanho do qual limita a habili-dade de trabalhar e formar outros aspectos ou componentes. Consequente-mente, surge a necessidade de prover as válvulas de produção, de coroaanular e de passagem como componentes aparafusados. O tamanho volu-moso do corpo de árvore também limita a extensão na qual outros aspectospodem ser incorporados dentro do corpo de árvore, tais como certas alçasde fluxo ou linhas de passagem.
A inabilidade em incluir os aspectos acima mencionados no cor-po de árvore horizontal pode depreciar a integridade da árvore. Este é parti-cularmente o caso se a trajetória de fluxo de produção dos desenhos de ár-vore horizontal for considerada. Como notado acima, foi o caso que as vál-vulas necessárias para controlar o fluxo de fluido de produção não podemnecessariamente ser acomodadas dentro do corpo de válvula. Assim, asválvulas de fluxo de produção foram incorporadas usando conjuntos de vál-vula aparafusadas. Isto resulta em uma trajetória de vazamento de fluidopotencial em cada junta das conjuntos aparafusadas. O potencial para umvazamento de fluido é particularmente alto nas pressões de fluido muito altasencontradas na trajetória de fluxo de produção, em que o fluido está fluindoem pressão de poço completa antes de atingir o estrangulamento de produ-ção. De fato, uma análise dos desenhos de árvore horizontal conhecidosmostra que a integridade maior do corpo de árvore horizontal se estende aolongo do furo longitudinal (vertical) central e não ao longo da trajetória defluxo de produção. Enquanto isto é vantajoso durante as operações de fundode poço onde a entrada no poço é exigida através do furo central, tais ope-rações ocupam somente uma parte menor da vida útil da conjunto de cabeçade poço, com a maior parte do tempo sendo gasto com o poço em modo deprodução. Consequentemente, a maior parte das operações conduzidas a-través de uma conjunto de cabeça de poço com uma árvore horizontal en-volverá usar uma trajetória de fluxo de fluido através do conjunto que com-preende uma ou mais trajetórias de vazamento de fluido potencial.
Existe uma necessidade de um desenho de conjunto de cabeçade poço e árvore horizontal que incorpore uma integridade aperfeiçoada nastrajetórias de fluxo de fluido através da árvore.
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é for-necido um conjunto para uso em uma cabeça de poço, o conjunto compre-endendo um corpo de árvore tendo um furo interno disposto em uso para seralinhado com o furo de um alojamento de cabeça de poço; o corpo de árvorecompreendendo um furo lateral se estendendo através do corpo de árvore apartir do furo interno; o corpo de árvore ainda compreendendo meios paraconectar a um conector de modo a alinhar o furo interno do corpo de árvorecom um furo interno no conector, em uso o corpo de árvore e o conector jun-tos, formando uma árvore horizontal.
Em uso, o corpo de árvore do conjunto e o conector são compo-nentes separados, que quando combinados, formam uma árvore horizontalque pode ser usada da mesma maneira que as árvores horizontais conheci-das descritas antes aqui. No entanto, um número de vantagens significantessurge do uso de um corpo de árvore e conector separado, tal como uma co-nexão de re-entrada de árvore.
Primeiro, o conector está disposto para conectar no equipamen-to submarino a ser usado em operações de fundo de poço a serem conduzi-das. Em particular, o conector pode ser um cubo, especialmente um cubo dere-entrada da árvore para conexão com uma pilha de BOP. A presente in-venção permite que o conector, em particular o cubo de re-entrada da árvoreser ajustado às exigências do aparelhamento ou plataforma a ser usada, aforma do conjunto de BOP, e se adequar a outros aspectos da conjunto decabeça de poço, por exemplo, o funil-guia de BOP. Um dado corpo de árvorepode assim ser encaixado com um de uma variedade de conectores diferen-tes, para satisfazer as exigências precisas da instalação e do operador.
Segundo, o corpo de árvore pode ser fabricado para as exigên-cias e especificações do usuário final independentemente do conector e sema forma do conector precisar ser especificado. Isto aumenta enormemente aeficiência da construção e fabricação do conjunto total.
Adicionalmente, o conector não será submetido a fluidos, taiscomo hidrocarbonetos produzidos no poço. Ao invés disto, durante tais ope-rações como instalação e recondicionamento do poço, o conector está ex-posto a lodo de perfuração e fluidos de completação. Em adição, o conectorserá exposto a tais fluidos por curtas durações e, em muitos casos em pres-sões abaixo da pressão de produção total do poço. Consequentemente, épossível reduzir a especificação do conector. Em comparação com as árvo-res horizontais da técnica anterior, onde a parte de conector do corpo deárvore é fabricada para a especificação completa do corpo de árvore comoum todo, isto pode reduzir significantemente o tamanho, peso e custos defabricação do conector.
Como o conector não será parte da trajetória de fluxo de produ-ção da instalação de cabeça de poço, o fluido de produção que sai do aloja-mento de cabeça de poço, passando através do furo interno do corpo deárvore no furo de produção lateral, a junta entre o conector e o corpo de ár-vore não será submetido ao fluido de produção sob condições de produção enão apresenta uma trajetória de vazamento potencial para o fluido da insta-lação de cabeça de poço. Isto, por sua vez, permite que o conector seja for-mado de materiais diferentes ao corpo de árvore, suficiente para satisfazer aespecificação reduzida. Isto é, em contraste aos desenhos de árvore hori-zontal, em que a árvore inteira deve ser forjada a partir de um bloco único deum material único.
Ainda adicionalmente, a separação do conector do corpo de ár-vore reduz significantemente o tamanho e o peso do corpo de árvore, permi-tindo que seja forjado e fabricado com muitos mais componentes integraiscom o corpo de árvore, em contraste à exigência de desenhos convencio-nais que exigem que tais componentes sejam fornecidos por meio de sub-montagens adicionais ou aparafusadas. Desta maneira, a integridade totaldas trajetórias de fluxo principais para fluido através do corpo de árvore ésignificantemente aumentada.
O corpo de árvore pode compreender alguns ou todos os orifí-cios e válvulas exigidas para a operação completa da instalação de cabeçade poço. Assim, em uma modalidade, o corpo de árvore compreende pelomenos uma válvula para controlar o fluxo de fluido de produção através dofuro de produção lateral. É uma exigência das instalações de cabeça de po-ço que a trajetória de fluxo de produção tenha pelo menos dois meios inde-pendentes para isolar a trajetória de produção do poço. De fato, é uma exi-gência que a instalação de cabeça de poço deve compreender pelo menosdois meios independentes para isolar qualquer fluxo de hidrocarboneto doambiente, algumas vezes referidos como "isolamento de barreira dupla". Depreferência, o corpo de árvore compreende uma válvula de produção primá-ria, também conhecida como uma válvula mestra de produção (PMV), e umaválvula de produção secundária, também conhecida como uma válvula deasa de produção (PWV) ou válvula mestra externa (OMV)1 cada uma dasquais controle independentemente o fluxo de fluido ao longo da trajetória defluxo de produção.
Em uma modalidade adicional, o corpo de árvore compreendeum furo se estendendo lateralmente através do corpo de árvore para forne-cer uma trajetória de fluxo de passagem. Em desenhos de árvore horizontalconvencional, a trajetória de fluxo de passagem é fornecida por um conjuntode passagem separada montada no lado do corpo de árvore. Tendo o furode passagem formado através do corpo de árvore, a integridade da trajetóriade fluxo de passagem é aumentada, resultando em potencial reduzido paravazamentos de fluido. De preferência, o corpo de árvore é formado paracompreender uma válvula de dois sentidos (XOV) dentro do corpo de árvorepara controlar o fluxo de fluido ao longo da trajetória de fluxo de passagem.
É de conhecimento formar árvores horizontais com passagensou furos de coroa anular. Tais furos são descritos, por exemplo, em US5.544.707 e são usados para fornecer uma trajetória para fluido do furo in-terno da árvore acima de um suspensor de tubulação para uma coroa anularabaixo do suspensor de tubulação. Válvulas para controlar o fluxo de fluidoatravés das passagens de coroa anular podem ser montadas fora do corpode árvore, como mostrado em US 5.544.707, ou integral com o corpo de ár-vore, como descrito em US 6.050.339. Em uma modalidade preferida dapresente invenção, o corpo de árvore é fornecido com uma ou mais passa-gens de fluxo de coroa anular como conhecido na técnica. De preferência, ocorpo de árvore incorpora pelo menos uma válvula para controlar o fluxo defluido através das passagens de fluxo de coroa anular. É preferido fornecer ocorpo de árvore com uma válvula de coroa anular primária, também conhe-cida como uma válvula mestra de coroa anular (AMV), e uma válvula de co-roa anular secundária, também conhecida como uma válvula de acesso decoroa anular (AAV) (anteriormente conhecida como a válvula de recondicio-namento), como componentes integrais. Novamente, isto fornece a trajetóriade fluxo de coroa anular com uma integridade aumentada e reduz o potenci-al para vazamentos de fluido desta trajetória.
É um aspecto particular do corpo de árvore da presente inven-ção que a formação e usinagem dos vários furos, orifícios e passagens seestendendo através do corpo de árvore e significantemente mais fácil quecom os desenhos conhecidos da árvore horizontal. Em geral, a parte de co-nector superior das árvores horizontais conhecidas restringe o acesso aofuro interno da árvore, por sua vez tornando difícil furar e usinar os váriosorifícios e passagens. No conjunto da presente invenção, o fabricante docorpo de árvore tem acesso significantemente aperfeiçoado ao comprimentointeiro do furo interno, permitindo que todos os furos e passagens necessá-rios através do corpo de árvore, sejam formados com facilidade maior e pre-cisão aumentada.
No caso de árvores horizontais, é uma exigência para a opera-ção que dois meios de isolamento independentes sejam fornecidos dentroda árvore para vedar e isolar o furo de poço. É feita referência neste aspec-to, por exemplo, a Norsok Standard Common Requirements for Subsea C-hristmas Tree Systems, U-CR-003, 1 de dezembro de 1994. Tais meios deisolamento incluem tampas de árvore internas com bujões, em particular bu-jões suspensos por cabo. Desenhos de árvore horizontal convencionais in-corporam um dos dois meios de isolamento independentes dentro do furointerno se estendendo através da parte de conector da árvore. Na presenteinvenção, e uma vantagem que dois meios de isolamento independentespossam estar incluídos no corpo de árvore, assim satisfazendo as exigên-cias de operação. Isto por sua vez deixa o conector livre de meios de isola-mento internos. Os meios de isolamento adequados para inclusão no corpode árvore são tampas de árvore interna e bujões suspensos por cabo.
Em uso, o corpo de árvore é orientado com o furo interno emgeral vertical, com os meios para conexão com o conector mais superior. Aextremidade inferior do furo interno é conectada por meios adequados naextremidade exposta do alojamento de cabeça de poço. Meios de conexãoadequados para montar no alojamento de cabeça de poço são conhecidos.Estes podem ser formados integralmente com o corpo de árvore durante oprocedimento de forja e fabricação. Alternativamente, para facilidade de fa-bricação, transporte e conjunto, os meios para conectar no alojamento decabeça de poço são de preferência separados do corpo de árvore.
Em um aspecto adicional, a presente invenção fornece uma con-junto de cabeça de poço compreendendo um conjunto como descrito anteri-ormente aqui.
Como notado acima, a presente invenção permite que uma árvo-re horizontal seja preparada tendo uma trajetória de fluxo de produção inte-gral com significantemente menor potencial para vazamentos de fluido dofluxo de fluido de produção. Consequentemente, em um aspecto adicional, apresente invenção fornece um conjunto para uso em uma cabeça de poço, oconjunto compreendendo um corpo de árvore tendo um furo interno dispostoem uso para ser alinhado com o furo de um alojamento de cabeça de poço;o corpo de árvore compreendendo um furo lateral se estendendo através docorpo de árvore a partir do furo interno; o corpo de árvore ainda compreen-dendo meios para alojar uma válvula mestra de produção e uma válvula deasa de produção dentro do corpo de árvore para controlar o fluxo de fluidoao longo do furo lateral.
A fim de permitir que o corpo de árvore seja forjado e fabricadocom a trajetória de fluxo de produção do furo interno através do furo lateralcompletamente integral com o corpo de árvore (isto é, não confiante emcomponentes fixados externamente), é preferido que o conector da árvorehorizontal seja um componente separado, o corpo de árvore tendo meiospara conectar ao conector. O conector pode ser qualquer forma exigida deconector, em particular um cubo, tal como um cubo de re-entrada, para co-nexão em uma pilha de BOP em maneira convencional.
A fim de fornecer uma trajetória de fluido de produção integral, ocorpo de árvore compreende as válvulas necessárias para controlar o fluxode fluido de produção através do furo de produção lateral, as válvulas sendoformadas integralmente com o corpo de árvore. De preferência, o corpo deárvore compreende uma válvula mestra de produção (PMV) e uma válvulade asa de produção (PWV)1 ambas as quais controlam o fluxo de fluido aolongo da trajetória de fluxo de produção.
O corpo de árvore pode ser formado com algum ou todos os ou-tros orifícios e válvulas exigidos para a operação completa da instalação decabeça de poço. Assim, em uma modalidade, o corpo de árvore compreendeum furo se estendendo lateralmente através do corpo de árvore para forne-cer uma trajetória de fluxo de passagem. Em desenhos de árvore horizontalconvencionais, a trajetória de fluxo de passagem é fornecida por um conjun-to de passagem separada montada no lado da árvore de corpo. Tendo o furode passagem formado através do corpo de árvore, a integridade da trajetóriade fluxo de passagem é aumentada, resultando em potencial reduzido paravazamentos de fluido ou dano para alças de fluxo projetadas de outro modoou similares. De preferência, o corpo de árvore é formado para compreenderuma válvula de passagem (XOV) para controlar o fluxo de fluido ao longo datrajetória de fluxo de passagem.
Em uma modalidade preferida da presente invenção, o corpo deárvore é fornecido com uma ou mais passagens de fluxo de coroa anularcomo conhecido na técnica. De preferência, o corpo de árvore incorpora pelomenos uma válvula para controlar o fluxo de fluido através das passagensde fluxo de coroa anular. É preferido fornecer o corpo de árvore com umaválvula mestra de coroa anular (AMV) e uma válvula de acesso de coroaanular (AAV) como componentes integrais. Novamente, isto fornece a traje-tória de fluxo de coroa anular com uma integridade aumentada e reduz opotencial de vazamentos de fluido desta trajetória.
De preferência, dois meios de isolamento independentes paraisolar o furo de poço são incluídos no corpo de árvore. Isto, por sua vez, po-de deixar o conector livre de meios de isolamento internos. Meios de isola-mento adequados para inclusão no corpo de árvore são tampas de árvoreinternas e bujões suspensos por cabo. Meios de isolamento adicionais, talcomo uma tampa de árvore interna e bujão suspenso por cabo, podem serincluídos no conector, se desejado, para fornecer isolamento de emergênciaou contingência do poço.
Em uso, o corpo de árvore é orientado com o furo interno emgeral vertical, com os meios para conexão no conector mais superior. A ex-tremidade inferior do furo interno é conectada por meios adequados na ex-tremidade exposta do alojamento de cabeça de poço. Meios de conexão a-dequados para montar no alojamento de cabeça de poço são conhecidos.Estes podem ser formados integralmente com o corpo de árvore durante oprocedimento de forja e fabricação. Alternativamente, para facilidade de fa-bricação, transporte e montagem, os meios para conexão no alojamento decabeça de poço são de preferência separados do corpo de árvore.
Em um aspecto adicional, a presente invenção fornece uma con-junto de cabeça de poço compreendendo um conjunto que compreende umcorpo de árvore tendo um furo interno disposto em uso para ser alinhadocom o furo de um alojamento da cabeça de poço; o corpo de árvore compre-endendo um furo lateral se estendendo através do corpo de árvore a partirdo furo interno; o corpo de árvore ainda compreendendo uma válvula deprodução primária e uma válvula de produção secundária dentro do corpo deárvore para controlar o fluxo de fluido ao longo do furo lateral.
Em geral, instalações de cabeça de poço submarinas compre-endem uma conjunto de válvula na linha de produção, a função da qual éreduzir a pressão do fluido de produção para abaixar a pressão do poço aum nível que pode ser manipulado pela instalação de produção a jusante. Éprática convencional incluir tal conjunto de válvula na conjunto de cabeça depoço. Tipicamente, a conjunto de válvula é montada diretamente a jusanteda válvula de asa de produção. Em conjuntos de árvore horizontal conheci-dos, a válvula de asa de produção e a conjunto de válvula são componentesmontados externamente à árvore, por meio de conexões de alta pressãoadequadas. É uma vantagem da presente invenção fornecer um corpo deárvore horizontal, que quando instalado em uma conjunto de cabeça de po-ço, fornece uma trajetória de fluido de produção integral com o controle defluxo até a entrada para a conjunto de válvula.
Consequentemente, um aspecto adicional da presente invençãofornece uma conjunto de cabeça de poço, em particular uma conjunto decabeça de poço submarina, compreendendo um alojamento de cabeça depoço tendo um furo interno através do mesmo; uma conjunto de árvore hori-zontal, a conjunto de árvore horizontal compreendendo um corpo de árvoretendo um furo interno alinhado com o furo interno do alojamento de cabeçade poço, o corpo de árvore compreendendo um furo lateral se estendendodo furo interno através do corpo de árvore para fornecer trajetória de fluxo defluido de produção tendo uma entrada em comunicação com o furo internodo alojamento de cabeça de poço e uma saída; o corpo de árvore compre-endendo meio de controle de fluxo integral para controlar o fluxo de fluido deprodução através da trajetória de fluxo de produção entre a entrada e a saí-da; e uma conjunto de válvula tendo uma entrada em comunicação diretacom a saída da trajetória de fluido de produção; a disposição fornecendo emuso uma trajetória de fluxo para fluido de produção a partir do furo interno doalojamento de cabeça de poço para a entrada da conjunto de válvula.
Como notado acima, desenhos conhecidos de árvore horizontalexigem um conjunto externa conectada ao exterior do corpo de árvore parafornecer a trajetória de passagem exigida. Como também notado, é umavantagem da presente invenção fornecer uma árvore horizontal que tem umatrajetória de fluxo de passagem integral se estendendo através do corpo deárvore. Consequentemente, em um aspecto adicional, a presente invençãofornece um conjunto para uso em uma cabeça de poço, o conjunto compre-endendo um corpo de árvore tendo um furo interno disposto em uso para seralinhado com o furo de um alojamento de cabeça de poço; o corpo de árvorecompreendendo um furo lateral se estendendo através do corpo de árvore apartir do furo interno; o corpo de árvore ainda compreendendo um furo depassagem se estendendo lateralmente através do corpo de árvore.
A função de um furo de passagem é fornecer uma trajetória defluxo para circular fluido através da tubulação de produção e tubulação decoroa anular. Em adição, o furo de passagem permite que a pressão na tra-jetória de fluxo de coroa anular seja equalizada com a pressão na trajetóriade fluxo de produção. Adicionalmente, o furo de passagem é usado paracircular fluido entre um cordão de teste de recondicionamento e a trajetóriade retorno da coroa anular, por exemplo, para enxaguar as linhas acimamencionadas, mudar ou condicionar fluidos, tais como lodo de perfuração,nas linhas do poço.
O fluxo de fluido através do furo de passagem é controlado poruma ou mais válvulas de passagem. Em uma disposição preferida, o corpode árvore ainda compreende provisão para pelo menos uma válvula de pas-sagem a ser montada integralmente dentro do corpo de árvore. Desta ma-neira, a integridade da trajetória de passagem é mantida e o possível vaza-mento de fluido da conjunto de cabeça de poço significantemente reduzida.
Como discutido acima, a fim de permitir que o corpo de árvoreseja forjado e fabricado com a trajetória de fluxo de produção do furo internoatravés do furo lateral completamente integral com o corpo de árvore (isto é,não confiante nos componentes externamente fixados), é preferido que oconector da árvore horizontal seja um componente separado, o corpo deárvore tendo meios para conectar ao conector. O conector pode ser de qual-quer forma exigida de conector, em particular um cubo, tal como um cubo dere-entrada, para conexão em uma pilha de BOP em maneira convencional.
A fim de fornecer uma trajetória de fluido de produção integral, ocorpo de árvore de preferência compreende as válvulas necessárias paracontrolar o fluxo de fluido de produção através do furo de produção lateral.De preferência, o corpo de árvore compreende uma válvula mestra de pro-dução (PMV) e uma válvula de asa de produção (PWV), ambas as quaiscontrolam o fluxo de fluido ao longo da trajetória de fluxo de produção.
Em uma modalidade preferida da presente invenção, o corpo deárvore é fornecido com uma ou mais passagens de fluxo de coroa anularcomo conhecido na técnica. De preferência, o corpo de árvore incorpora pelomenos uma válvula para controlar o fluxo de fluido através das passagensde fluxo de coroa anular. É preferido fornecer o corpo de árvore com umaválvula mestra de coroa anular (AMV) e uma válvula de acesso de coroaanular (AAV) como componentes integrais. Novamente, isto fornece a traje-tória de fluxo de coroa anular com uma integridade aumentada e reduz opotencial de vazamentos de fluido desta trajetória.
De preferência, dois meios de isolamento diferentes para isolar ofuro de poço são incluídos no corpo de árvore. Isto, por sua vez, pode deixaro conector livre de meios de isolamento internos. Meios de isolamento ade-quados para inclusão no corpo de árvore são tampas de árvore internas ebujões suspensos por cabo.
Em uso, o corpo de árvore é orientado com o furo interno emgeral vertical, com os meios para conexão no conector mais superior. A ex-tremidade inferior do furo interno é conectada por meios adequados na ex-tremidade exposta do alojamento de cabeça de poço. Meios de conexão a-dequados para montar no alojamento de cabeça de poço são conhecidos.Estes podem ser formados integralmente com o corpo de árvore durante oprocedimento de forja e fabricação. Alternativamente, para facilidade de fa-bricação, transporte e conjunto, os meios para conexão no alojamento decabeça de poço são de preferência separados do corpo de árvore.
Como notado acima, os conjuntos da presente invenção são par-ticularmente adequadas e oferecem vantagens significantes na fabricação,expedição e instalação de instalações de cabeça de poço em localizaçõesremotas, em particular cabeças de poço submarinas onde a instalação estáa uma distância considerável do aparelhamento ou plataforma que opera opoço. Os conjuntos da presente invenção são particularmente vantajosasquando usadas em localizações de águas profundas, isto é, instalações decabeça de poço a uma profundidade de até 3.000 m (10.000 pés).
As modalidades da presente invenção serão agora descritas, pormeio de exemplo somente, tendo referência aos desenhos anexos, em que:a figura 1 é uma vista em seção transversal de uma conjunto decabeça de poço compreendendo uma conjunto de árvore horizontal de acor-do com uma primeira modalidade da presente invenção;
a figura 2 é uma vista em elevação lateral de uma conjunto decabeça de poço de acordo com uma segunda modalidade da presente in-venção;
a figura 3 é uma vista em seção transversal da conjunto de ca-beça de poço da figura 2;
a figura 4 é uma vista em seção transversal vertical de uma con-junto de cabeça de poço de uma modalidade adicional da presente inven-ção;
a figura 5 é uma vista em seção transversal vertical do corpo deárvore ou da conjunto de cabeça de poço da figura 4; e
a figura 6 é uma vista em seção transversal vertical de uma con-junto de cabeça de poço de uma modalidade adicional da presente inven-ção.
Referindo-se à figura 1, é mostrada uma conjunto de cabeça depoço, em geral indicada como 2, compreendendo uma conjunto de árvorehorizontal, em geral indicada como 4, de acordo com uma primeira modali-dade da presente invenção. É mostrada na figura 1 a extremidade superiorde um poço revestido tendo um alojamento de cabeça de poço 6, em queum suspensor de tubo de revestimento de produção mais superior 8 é mon-tado em maneira convencional.
A conjunto de árvore horizontal 4 compreende um corpo de árvo-re 10, montado na extremidade superior do alojamento de cabeça de poço 6por meio de um conector de produção 12, um anel de conexão 14 e parafu-sos 16.
O corpo de árvore 10 tem um furo interno 18, se estendendo aolongo do eixo longitudinal central do corpo de árvore e alinhado com o furointerno no alojamento de cabeça de poço 6. Um furo lateral 20 se estende dofuro interno 18 através do corpo de árvore 10. Em operação, o furo lateral 20fornece uma trajetória de fluxo para fluido de produção do tubo de revesti-mento de cabeça de poço 6 por meio do furo interno 18 do corpo de árvore10. Uma válvula mestra de produção 22 é montada no exterior do corpo deárvore 10 na abertura do furo lateral 20 e controla o fluido do fluido de pro-dução através do furo lateral e da conjunto de cabeça de poço.
As passagens de fluxo de coroa anular 24 e 26 se estendem a-través do corpo de árvore 10 acima e abaixo do furo lateral 20, respectiva-mente, e ter aberturas exteriores. As válvulas de controle de coroa anular 28e 30 são montadas no exterior do corpo de árvore 10 para controlar o fluxode fluidos para dentro e para fora das passagens de fluxo de coroa anular 24e 26, respectivamente. Uma trajetória de circulação, disposta externa aocorpo de árvore 10 e conectando as passagens de fluxo de coroa anular 24e 26 é indicada por linha pontilhada 32 na figura 1.
Dois bujões suspensos por cabo 34 e 236 são mostrados insta-lados no furo interno 18 do corpo de árvore 10 acima do furo lateral 20. Osbujões suspensos por cabo 34 e 36 fornecem isolamento independente doscomponentes descritos daqui em diante, e finalmente o ambiente, a partir dehidrocarbonetos e outros fluidos na trajetória de fluxo de produção.
A conjunto de árvore horizontal 4 ainda compreende, como umconector, um cubo de re-entrada de poço 38 montado no corpo de árvorepor meio de uma conexão de flange 42 e parafusos (não mostrados). O cubo38 tem um furo interno 40 alinhado com o furo interno 18 do corpo de árvore.Juntos, o corpo de árvore 10 e o cubo 38 formam a conjunto de árvore hori-zontal e funcionam da mesma maneira que as árvores horizontais conheci-das, por exemplo, aquelas descritas em US 5.544.707.
O cubo 38 pode ser fornecido com um meio de isolamento adi-cional, por exemplo, uma tampa de árvore interna com bujões suspensos porcabo, como exigido pelas operações que estão sendo realizadas, a fim desuplementar os dois bujões de isolamento 34 e 36 no corpo de árvore 10.
Um protetor contra explosões (BOP) 44 de desenho convencio-nal é mostrado montado no cubo 38, em maneira convencional. Será apreci-ado que o cubo 38 pode estar disposto para acoplar com qualquer equipa-mento exigido durante a vida útil do poço.
A modalidade mostrada na figura 1 está disposta com um núme-ro mínimo de componentes integrais com o corpo de árvore. Em particular,será notado que as válvulas de produção e de coroa anular 22, 28, 30 sãoexternas ao corpo de árvore 10. Enquanto esta disposição fornece um corpode árvore de tamanho reduzido, é preferido em muitos casos, formar o corpode árvore com muitos componentes integrais, como será descrito e mostradonas modalidades seguintes.Voltando à figura 2, é mostrada uma elevação lateral de umaconjunto de cabeça de poço de acordo com uma modalidade preferida dapresente invenção. A conjunto de cabeça de poço, em geral indicada como102, compreende um guia cônico 104, que em uso é usada para guiar o con-junto em uma cabeça de poço submarino, de modo a montar a conjunto decabeça de poço em uma maneira similar àquela mostrada na figura 1. A con-junto de cabeça de poço 102 compreende um corpo de árvore 106 e um cu-bo de re-entrada 108 montado no mesmo por um conjunto de flange 110. Ocubo de re-entrada 108 é formado com uma parte de extremidade superior112, como vista na figura 2, de desenho convencional aa conectar em um
BOP ou similares.
Um conjunto de estrangulamento de produção 114, que pode serde desenho convencional, é mostrada na figura 2 conectada à saída de pro-dução do corpo de árvore 106. Também mostrados na figura 2 são os atua-dores para as várias válvulas integrais com o corpo de árvore 106, incluindouma válvula mestra de produção ou de produção primária (PMV) 116, umaválvula de asa de produção ou de produção secundária (PWV) 118, válvulasde coroa anular 120, 122 e uma válvula de passagem 123.
Os componentes da conjunto de cabeça de poço 104 da figura 2são mostrados em seção transversal vertical na figura 3. Como será visto nafigura 3, o corpo de árvore 106 tem um furo interno 126 se estendendo verti-calmente, como mostrado na figura. Um furo lateral 128 se estende atravésdo corpo de árvore 106 do furo interno. As válvulas mestras de produçãoprimária e secundária 116 e 118 são formadas no corpo de árvore, apare-cendo na figura 3 como cavidades, tendo assentos de válvula usinados nomesmo. Furos adicionais (não mostrados na figura 3) se estendem no corpode árvore 106 e acomodam componentes das válvulas, em particular a hastee registro de válvula e fornecer acesso para atuadores posicionarem a hastee registro de válvula, como exigido.
O corpo de árvore 106 ainda inclui trajetórias de fluxo de coroaanular por furos 130 e 132, com suas válvulas de controle respectivas 120 e122. Os furos 130 e 132 são formados com cavidades para formar as válvu-las respectivas, da mesma maneira que as válvulas de produção, como des-crito acima. O furo 125 é usinado no corpo de árvore 106, o fluxo de fluidoatravés do qual é controlado pela válvula de passagem 123.
O conjunto de estrangulamento 114 é conectada no exterior docorpo de árvore 106 por uma conexão convencional 134. Será notado que atrajetória de fluxo de produção através do furo interno 126 do corpo de árvo-re 106 e o furo lateral 128 até a conexão na entrada do conjunto de estran-gulamento 114 é uma trajetória de fluxo integral, sem juntas. Assim será a-preciado que a integridade da trajetória de fluxo de produção pode assim sersignificantemente maior que uma trajetória de fluxo de produção compreen-dendo vários componentes separados. Isto por sua vez pode reduzir signifi-cantemente o potencial para vazamentos de fluidos, em particular hidrocar-bonetos, a partir da conjunto de cabeça de poço.
Os meios para isolar o furo interno 126 do corpo de árvore acimado furo lateral 128 foram omitidos da figura 3, por razões de clareza. No en-tanto, podem ser instalações de tampa de árvore interna e bujões suspensospor cabo como descrito acima em conexão com a figura 1.
Voltando à figura 4, é mostrada uma conjunto de cabeça de po-ço, em geral indicada como 202 no lugar em um alojamento de cabeça depoço submarino 204. Os componentes da conjunto de cabeça de poço 202são em geral como mostrado nas figuras 2 e 3 e descritos acima anterior-mente aqui. Consequentemente, os componentes comuns aos conjuntos dasfiguras 3 e 4 são indicados usando os mesmos numerais de referência. Asdiferenças entre as modalidades mostradas nas figuras 3 e 4 são como sesegue.
O conjunto 202 como mostrado na figura 4 ainda compreendeum BOP 206 montado na parte de extremidade superior 112 do cubo 108. OBOP 206 é de desenho convencional e compreende um funil-guia 208 parafacilidade de descida do BOP no cubo 108.
O corpo de árvore 106 do conjunto da figura 4 compreende umfuro de passagem integral 210, mostrado em mais detalhe na figura 5. O furode passagem 210 se estende lateralmente dentro do corpo de árvore 106 dajunção dos furos de coroa anular 130 e 132. O furo de passagem 210 inter-cepta o furo 125 em que é formada a válvula de passagem integral 123, co-mo anteriormente aqui descrito com respeito às válvulas de produção. O furode passagem 210 e o furo 125 fornecem uma conexão de fluido entre o furolateral 128 e os furos de coroa anular 130 e 132. Ol fluxo de fluido atravésdesta trajetória de fluxo de passagem é controlado pela válvula de passa-gem 123.
Um bloco de válvula de asa de coroa anular 212 é conectado aoexterior do corpo de árvore 106 e compreende um furo de coroa anular 214e uma válvula de asa de coroa anular 216, controlando o fluxo de fluido atra-vés dos furos de coroa anular 130 e 132.
Fornecer a trajetória de fluxo de passagem através de furos eválvulas internas a e integrais com o corpo de árvore novamente aumenta aintegridade da conjunto de árvore horizontal e reduz o potencial para vaza-mentos de hidrocarboneto outros fluidos de poço para o ambiente.
Como será apreciado a partir da figura 5, o corpo de árvore 106da presente invenção, enquanto compreende trajetórias de fluxo integrais eválvula de controle, é também um componente compacto e flexível, que po-de ser desenhado e fabricado para se adequar a uma necessidade particu-lar. Esta flexibilidade é ainda aumentada pela habilidade de combinar dife-rentes corpos de árvore e diferentes cubos, para satisfazer as exigências deuso final específicas.
Uma modalidade alternativa da presente invenção é mostradana figura 6. Na figura 6, é mostrada uma conjunto de cabeça de poço, emgeral indicado como 302 no lugar em um alojamento de cabeça de poçosubmarina. Os componentes da conjunto de cabeça de poço 302 são emgeral como mostrados nas figuras 4 e 5 e descritos anteriormente aqui. Con-sequentemente, os componentes comuns aos conjuntos das figuras 4 e 5são indicados usando os mesmo numerais de referência. As diferenças entreas modalidades mostradas nas figuras 4 e 6 são como se segue.
O corpo de árvore 106 do conjunto 302 da figura 6 compreendeuma disposição de válvula de asa de coroa anular integral. Assim, um furode coroa anular 304 é formado no corpo de árvore 106, se estendendo apartir da junção dos dois furos de coroa anular 130 e 132. O corpo de árvore106 é ainda fornecido com uma válvula de asa de coroa anular integral 306,formado no corpo de árvore como anteriormente aqui descrito com referên-cia a outras válvulas integrais. A válvula de asa de coroa anular integral 306fornece um controle do fluxo de fluido através dos furos de coroa anular 130,132 e 304, em adição ao controle fornecido pelas válvulas de coroa anularintegrais 120 e 122. Será apreciado que o corpo de árvore 106, tendo válvu-las de coroa anular completamente integrais 120, 122, 306 e furos de coroaanular 130, 132, 304, fornece uma trajetória de fluxo de coroa anular comum grau bastante alto de integridade, desse modo minimizando o potencialpara vazamentos de fluido de dentro do corpo de árvore para o ambiente.
Será visto que o conjunto da figura 6 compreende um corpo deárvore da mais alta integridade, tendo todos os furos de produção, coroaanular e passagem e suas válvulas de controle de fluxo primária e secundá-ria respectivas integralmente formadas dentro do corpo de árvore.
Claims (18)
1. Conjunto para uso em uma cabeça de poço, o conjunto com-preendendo:um corpo de árvore (10) tendo um furo interno (18) disposto emuso para ser alinhado com o furo (40) de um alojamento de cabeça de poço(6); o corpo de árvore (10) compreendendo um furo lateral (20) se estenden-do através do corpo de árvore (10) a partir do furo interno (18);o corpo de árvore (10) ainda compreendendo meios para conec-tar a um conector (12) de modo a alinhar o furo interno do corpo de árvore(18) com um furo interno no conector (40),caracterizado pelo fato de que, em uso, o corpo de árvore (10)e o conector(12) juntos, formam uma árvore horizontal (2),, com o corpodeárvore em uso disposto em uma cabeça de poço com os meios para cone-xão a um conector disposto superiormente.
2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o conector (12) é um cubo (38).
3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que o cubo é um cubo (38) de re-entrada da árvore para conexãocom um preventor de explosão.
4. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende pelo menos uma válvuladentro do corpo de árvore (22) para controlar o fluxo de fluido de produçãoatravés do furo de produção lateral (20).
5. Conjunto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que compreende uma válvula mestra de produção primária e umaválvula mestra de produção secundária para controlar o fluxo de fluido atra-vés do furo lateral (20).
6. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, caracterizado pelo fato de que o corpo de árvore (10) compreende um furo(20) se estendendo lateralmente que, em uso, fornece uma trajetória de fluxode passagem.
7. Conjunto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que ainda compreende pelo menos uma válvula (22) dentro do corpode árvore (10) para controlar o fluxo de fluido através do furo se estendendolateralmente.
8. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a- 7, caracterizado pelo fato de que o corpo de árvore (10) compreende pelomenos uma passagem de anular (24, 26).
9. Conjunto, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que ainda compreende pelo menos uma válvula (28, 30) dentro docorpo de árvore (10) para controlar o fluxo de fluido ao longo da ou de cadapassagem de anular.
10. Conjunto, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o corpo de árvore (10) compreende uma válvula de coroaanular primária (30) e uma válvula de acesso de coroa anular (28) dentro docorpo de árvore (10).
11. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende dois meios de isola-mento independentes (4, 44), em uso, para vedar e isolar o furo de produção(18) de um poço no qual o conjunto (2) está conectado.
12. Conjunto (2), de acordo com a reivindicação 11, caracteriza-do pelo fato de que meios de isolamento (4, 44) independentes são selecio-nados a partir de tampas de árvore interna e bujões suspensos por cabo (34,36).
13. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreendendo meios para co-nectar o corpo de árvore (10) a um alojamento de cabeça de poço (6).
14. Conjunto, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que o meio para conectar o corpo de árvore (10) a um alojamen-to de cabeça de poço (6) é destacável do corpo de árvore.
15. Conjunto de cabeça de poço que compreende um alojamen-to de cabeça de poço (6) dotado de um furo interno (18);caracterizado por um conjunto conforme definido em qualqueruma das reivindicações 1 a 14, montado no alojamento de cabeça de poço(6), em que o furo interno do conjunto (18) é alinhado com o furo interno doalojamento de cabeça de poço; eum conector (12) que possui um furo interno montado no conjun-to, em que o furo interno do conector é alinhado com o furo interno do con-junto.
16. Conjunto de cabeça de poço, de acordo com a reivindicação-15, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um preventor contraexplosão (44) montado no conector (38).
17. Conjunto de cabeça de poço (2), de acordo com a reivindica-ção 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o conector (12) é feito de ummaterial diferente do corpo de árvore (10).
18. Conjunto de cabeça de poço (2), de acordo com qualqueruma das reivindicações 15 a 17, caracterizado pelo fato de que o conjuntode cabeça de poço (2) é um conjunto de cabeça de poço submarina.
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