Equipamentos de Completação - Aula IlsonP2

Prof. Ilson Paranhos PasqualinoCurso de Engenharia de Petrleo EPT/UFRJ

EquipamentosdeCompletao

Completao de PoosEEW 412

Equipamentos a serem abordados:

1. rvore de Natal2. Cabea de produo3. Suspesor de Coluna (Tubing Hanger)4. Vlvula de Segurana (DHSV)5. Obturador (Packer)6. Unidade Selante7. Camisa Deslizante8. Junta Telescpica (TSR)9. Nipples de assentamento10. Shearout (sub de pressurizao)11. HydroTrip12. Check Valve

EEW 412 Completao de PoosProf. Ilson Paranhos Pasqualino

Introduo

Figura1:Estruturageraldeumpoodeproduo(Completao Seca)

Funes:

Fornecer o primeiro mtodo de fechamento de um poo; Isolar o poo de poos adjacentes; Conectar um flowline; Fornecer acesso vertical para intervenes no poo; Prover interface com o tubing hanger;

Tipos:

Convencional (Seca) ANC; ou Submarina (Molhada) ANM Vertical ou Horizontal


1.rvoredeNatal

rvore de natal o nome dado ao conjunto de vlvulas instaladoem poos de explorao de petrleo e gs natural que regula a produodeste hidrocarbonetos.


1.rvoredeNatal

A diferena entre a rvore vertical ehorizontal est na posio dasvlvulas, e na sequencia deinstalao.

rvore vertical: as vlvulasmestras esto na posio vertical ealinhadas com a coluna deproduo.

rvore horizontal: as vlvulas sohorizontais e esto longe daproduo.

Figura2:Configuraestpicasdasvlvulasemrvoresdenatalverticaisehorizontais.


1.rvoredeNatal

Em relao sequncia de instalao:


1.rvoredeNatal

Convencional (Seca) ANC

Uma rvore de natalconvencional consiste de duasvlvulas mestras (master), umavlvula lateral (wing) e uma vlvulade swab.

Uma segunda vlvula lateral(wing) pode ser til para operaescomo estimulao ou tratamentosqumicos por bombeamento.

Para poos terrestres, uma dasvlvulas mestre (master) e a vlvulalateral (wing) so acionadashidraulicamente e ligadas aosistema de shut-down daplataforma. A vlvula swab quasesempre manual. Figura3:rvoredeNatalConvencional


1.rvoredeNatal

Uma diferena entre rvores convencionaise submarinas a existncia de acesso aoanular atravs da rvore (necessrio paramonitoramento de presso e gas lift).

Uma vlvula de interligao (crossover - XO)permite que os fluidos no anular sejamencaminhados para o flowline.

Vlvula de segurana tambm requerida.

As vlvulas da ANM podem ser controladasremotamente (geralmente por sistema eletro-hidrulico). Porm, algumas vlvulas sooperveis apenas por mergulhador ou ROV.

O painel de controle (POD) geralmentesubstituvel independente da rvore.

Submarina (Molhada) ANM

Figura4:rvoredeNatalMolhada


1.rvoredeNatalFluxograma Bsico de uma rvore de Natal Molhada

M1 - Master de Produo

M2 - Master de Acesso ao Anular

W1 - Lateral de Produo

W2 - Lateral de Acesso ao Anular

S1 - Swab de Produo

S2 - Swab de Acesso ao Anular

XO - Crossover

SCSSV - Surface Controlled SubsurfaceSafety Valve (DHSV - Downhole SafetyValve)

Figura5:FluxogramaBsicodeumaANM


2.CabeadeProduo

Em uma das sadas lateraisgeralmente conectada a linhade injeo de gs (para pooscom gas-lift) e na outra a kill line,para eventual amortecimento dopoo.

Internamente existe uma sedena qual se apia o suspensor dacoluna (tubing hanger) que, porsua vez, suporta o peso dacoluna.Figura 6: Cabea de produo com adaptador modelo A5S,

para completaes secas com vlvula de segurana.

Carretel com dois flanges e duas sadas laterais. Quando a cabea deproduo instalada, o flange inferior fica apoiado na cabea do revestimentode produo e o flange superior recebe a rvore de Natal com seu adaptador.


3.Suspensor deColuna(Tubing Hanger) Equipamento utilizado para suspender a coluna de produo dentro da cabea de poo por meio de uma rosca.

Os suspensores mais utilizados possuem:

Um furo de 4 para acesso colunade produo;

Um furo de 2 para acesso ao anular;usado tambm para receber conectorpara o cabo eltrico de potncia quando aelevao se fizer por bombeamentocentrifugo submerso BCS;

Um ou dois furos de parapassagem do fluido hidrulico deacionamento da DHSV;

Um furo para receber o conector docabo eltrico do PDG (permanentdownhole gage), o qual o equipamentoresponsvel por receber os sinais depresso e temperatura de fundo. Figura7:Tubing Hanger


4.VlvulasdeSeguranaVlvulas de segurana de subsuperfcie so vlvulas fail-safe projetadas paraimpedir a liberao descontrolada de hidrocarbonetos se algo catastrfico ocorrerna superfcie.

Exemplos de eventos catastrficos:

Incidente importante na plataforma (uma exploso ou um furaco, que poderiadanificar a rvore de Natal);

Impacto com a rvore de Natal (caminho pesado colidir com uma ANC, ou umsubmarino colidir com uma ANM);

Perda da integridade da rvore devido a falha estrutural (corroso, fadiga, usoindevido, design incorreto, instalao ou manuteno deficientes);

Guerra ou terrorismo (exemplo: invaso e queima deliberada de poos noKuwait);

Roubo da ANC (uso como sucata ou para pedir resgate).


4.VlvulasdeSegurana

Vlvulas de segurana so normalmentecontroladas hidraulicamente, apesar deexistirem verses eltricas.

No caso improvvel de a rvore nofechar no poo, a vlvula de seguranapode ser fechada manualmente por cortede energia ou por ruptura da linha decontrole.

Por no estar conectada ao sistema dedesligamento (shut-down), as vlvulas defundo de poo permanecem abertasdurante a maioria das paradas (com aexceo de perda total da energia); istoaumenta a confiabilidade da vlvula e tornamais fcil o restart dos poos.

Figura8:VlvuladeSeguranadeSubsuperfcie (DHSV)


4.VlvulasdeSegurana

Durante o processo de seleo da vlvula de segurana, vrios aspectos hidrulicosprecisam ser examinados.

A vlvula deve fechar quando exigida, mas a presso hidrulica disponvel deveser suficiente para abrir a vlvula quando necessrio.

Se a vlvula for posicionada em uma profundidade muito grande, a pressohidrosttica pode manter a vlvula aberta mesmo que toda a presso de superfcie sejacessada. A profundidade mxima de posicionamento da vlvula dada por:

onde:

Dmax a profundidade mxima (ft);

pvc a presso registrada no fechamento da vlvula (psia);

pmc a margem de segurana para o fechamento (normalmente fornecido pelofabricante) (psi);

f a densidade do fluido da linha de controle ou do anular (o que for maior) (psi/ft).


4.VlvulasdeSegurana

Durante o processo de seleo da vlvula de segurana, vrios aspectos hidrulicosprecisam ser examinados.

A vlvula deve fechar quando exigida, mas a presso hidrulica disponvel deveser suficiente para abrir a vlvula quando necessrio.

Assumindo que no h nenhum diferencial de presso sobre o flapper, a pressonecessria para abrir uma vlvula de segurana de fundo de poo (psurface) dada por:

onde:

pvo a fora da mola (psi);

pt a presso na tubulao (psi);

pmo a margem de abertura (inclui o atrito no pisto) (psi);

Dset a profundidade de assentamento pretendida (ft);

f a densidade do fluido da linha de controle (psi/ft).


5.Obturador(Packer)

O obturador (packer) tem a funo bsica de promover a vedao do espao anularentre o revestimento e a coluna de produo numa determinada profundidade.

O packer tem mltiplas funes, sendo algumas delas:

Compor a primeira barreira mecnicade segurana de espao anular,conjuntamente com a DHSV;

Proteger o revestimento (acima dele)contra presses da formao e fluidoscorrosivos;

Possibilitar a injeo controlada de gspelo anular, nos casos de elevaoartificial por gas-lift;

Permitir a produo seletiva de vriaszonas por uma nica coluna deproduo (com mais de um packer). Figura9:ConfiguraesdePackers


5.Obturador(Packer)

Os packers so constitudos por borracha de vedao, cunhas, pinos de cisalhamentopara assentamento e pinos (ou anis) de cisalhamento para desassentamento.

Os packers podem ser recuperveis ou permanentes.

Recuperveis: quando podemosretir-lo do poo para efetuarmanuteno na oficina.

Este tipo de packer desassentadoapenas tracionando-se a coluna.Aps desassentado, no pode maisser assentado sem antes passar pormanuteno, j que houve a rupturade pinos ou anis de cisalhamento.

Mecanismo de assentamento:mecnico (fixados com giro e pesoou trao) ou hidrulico (fixadospela ao de presso). .

Anisdetravamento

Camisaprotetora

Figura10:Packer Recupervel


5.Obturador(Packer)

Os packers so constitudos por borracha de vedao, cunhas, pinos de cisalhamentopara assentamento e pinos (ou anis) de cisalhamento para desassentamento.

Os packers podem ser recuperveis ou permanentes.

Permanentes: so aqueles que apsfixados no poo, s podem ser removidosatravs de corte ou destruio dos mesmos.

O packer permanente assentado caboou com a coluna de produo.

Para ser assentado conectado a uma setting tool(ferramenta de assentamento) e descido at aprofundidade apropriada. Ao se acionar,eletricamente a setting tool, h a detonao de umexplosivo que cria um movimento da camisa deassentamento para baixo, comprimindo todo oconjunto at a camisa retentora. Este movimentoexpande o elemento de vedao e as cunhascontra o revestimento.

Figura11:Packer Permanente


6.UnidadeSelante o equipamento descido na extremidade da coluna que pode ser apoiado ou travado no

packer permanente, promovendo a vedao na rea polida do packer.

Divide-se em trs tipos principais: ncora, trava e batente.

ncora: Unidade selante travada na rosca dopacker permanente atravs de garra, que conectada com a liberao de peso sobre aferramenta e desconectada com rotao direita. Os dentes da garra tm perfilhorizontal na parte superior, o que garante aimpossibilidade de liberao por trao.

Trava: uma unidade selante que travada na rosca do packer permanenteatravs de garra, que conectada com aliberao de peso sobre a ferramenta edesconectada com trao, pois no temum dispositivo antirotacional quepermita seu giro para liberao.

Batente: Este tipo deunidade selante notrava, pois no possuirosca. Para retirlabasta tracionar acoluna.

Figura12:UnidadeSelante


7.CamisaDeslizante(sliding sleeve)

A rea de fluxo normalmente equivalente seo da coluna deproduo e destina-se a promover acomunicao anular-coluna ou coluna-anular.

As camisas deslizantes podem serutilizadas em completaes seletivas,possibilitando colocar em produo ouisolar zona(s) empacotada(s) por doispackers.

Possui uma camisa interna que pode ser aberta ou fechada, quando necessrio,atravs de operaes com cabo.

Figura13:Sliding Sleeve


8.JuntaTelescpica(TSR) O TSR (tubing seal receptacle), ou junta telescpica, usado para absorver aexpanso ou contrao da coluna de produo, causada pelas variaes detemperatura sofridas quando da produo (ou injeo) de fluidos.

Permite tambm a retirada da coluna sem haver necessidade de retirar o packer e acauda.

composto de duas partes independentes: camisa externa e mandril.

A camisa externa solidria com a partesuperior da coluna e composta de doisconjuntos de barreiras de detritos, quatroconjuntos de unidades selantes e asapataguia.

O mandril solidrio com aparte inferior da coluna e possuium perfil F no topo, seguido demandril polido e duas sedes paraparafusos de cisalhamento.

Figura14:JuntaTelescpica


8.JuntaTelescpica(TSR)

A vedao entre os dois conjuntos (camisaexterna e mandril) feita pelo conjunto deunidades selantes sobre o mandril polido.

O travamento entre os dois conjuntos, paradescida ou retirada, feito por sapata-guia quese encaixa no mandril e por parafusos decisalhamento, que tanto podem ser instaladospara ruptura por trao ou compresso.

O perfil F do topo do mandril tem a finalidadede possibilitar o isolamento da coluna atravsdo tampo mecnico e tambm possibilitar alimpeza dos detritos, por circulao. Figura14:JuntaTelescpica


9.Nipples deAssentamentoNipples servem para alojar tampes mecnicos,vlvulas de reteno ou registradores de presso.

Normalmente so instalados na cauda dacoluna de produo, abaixo de todas as outrasferramentas, mas podem tambm ser instalados emvrios pontos da coluna. Por exemplo:

1. Dentro de, ou imediatamente abaixo do tubing hanger,para isolar o poo durante a remoo da rvore deNatal ou BOP.

2. Dentro de, ou imediatamente acima da vlvula desegurana;

3. No meio da coluna de produo para testes depresso.

4. Dentro de uma camisa deslizante (sliding sleeve), paraacionar (abrir ou fechar) a camisa.

Figura15:PosicionamentodeNipples


9.Nipples deAssentamentoNipples servem para alojar tampes mecnicos,vlvulas de reteno ou registradores de presso.

Normalmente so instalados na cauda dacoluna de produo, abaixo de todas as outrasferramentas, mas podem tambm ser instalados emvrios pontos da coluna. Por exemplo:

5. Imediatamente acima do packer para instalao devlvulas ou sensores para teste de integridade do tuboantes de definir as condies de instalao do packerhidrulico.

6. Abaixo do packer, para posicionamento do mesmo.

7. Abaixo de uma junta perfurada para a fixao dememory gauges em poos de alta vazo;

8. Em um revestimento cimentado ou telado parainstalao de plugs ou chokes para controle de fluxo.

Figura15:PosicionamentodeNipples


10.Shearout (subdepressurizao)

Possui trs sedes, duas superiores que sovedadas com o lanamento de esferas dedimetros diferentes, e a inferior tamponada;

A sede tamponada utilizada paraassentamento de packers, cujo mecanismo deassentamento demanda presso (packer hidrulicoe hidrosttico);

Presso de cisalhamento ajustvel (de acordocom a presso necessria para o assentamento dopacker);

No rompe com presso de baixo para cima; Para comunicao plena basta pressurizar eromper a sede, que cai no fundo do poo.

Equipamento instalado na extremidade inferior da coluna de produo que permite o tamponamento temporrio desta.

Figura16:Shearout tripla


10.Shearout (subdepressurizao)Equipamento instalado na extremidade inferior da coluna de produo que permite o tamponamento temporrio desta.

Figura17:Shearout


11.HydroTrip

Equipamento tambm utilizadopara tamponamento temporrio dacoluna de produo, podendo serinstalado em qualquer ponto dela.

A sede no cai para o fundo dopoo.

Figura18:HydroTrip


12.Check Valve

Vlvula que serve para impedir ofluxo no sentido descendente.

composta de uma sede, comuma vlvula de reteno que se abrequando pressurizada de baixo paracima e veda quando pressurizada decima para baixo.

Utilizada em colunas com BCSpara impedir o contra-fluxo.

Figura19:Check Valve


RefernciasBibliogrficas

Bellarby, J.; Well Completion Design. Elsevier, Amsterdam, Holanda. Vol56, 6a Ed, 2012. Pags 557-581.

Thomas, J. E.; Fundamentos de Engenharia de Petrleo. EditoraIntercincia, Rio de Janeiro, Brasil, 2a ed., 2001. Pags 149-156.

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