BR102012017811A2 - Aparelho e método para uma melhor amostragem de fluido - Google Patents

Abstract

"APARELHO E MÉTODO PARA UMA MELHOR AMOSTRAGEM DE FLUIDO". É divulgada uma ferramenta de amostragem para a amostragem de fluidos de formação em um furo de poço. A ferramenta de amostragem pode incluir uma câmara para amostras tendo uma abertura de entrada de fluido e uma porção tubular. Um primeiro êmbolo pode estar disposto de modo vedado e deslocável no interior da porção tubular. Uma ou mais superfícies do primeiro êmbolo e a câmara para amostras podem definir, pelo menos parcialmente, um espaço para amostras. Um segundo êmbolo pode estar disposto no interior do primeiro êmbolo de modo vedado e deslocável.

Description

APARELHO E MÉTODO PARA DMA MELHOR AMOSTRAGEM DE FLUIDO

FUNDAMENTOS

A presente invenção se refere à testagera e à avaliação de fluidos de formação subterrânea, e, mais especificamente, a aparelho e método para uma melhor amostragem de fluido.

É prática conhecida na técnica de perfuração e completação de poços subterrâneos se conduzir testes nas formações em que se praticou um furo de poço. Tais testes são tipicamente conduzidos para se determinar as 10 propriedades geológicas ou outras fisicas da formação e dos fluidos nela contidos. Por exemplo, parâmetros tais como permeabilidade, porosidade, resistividade de fluido, temperatura, pressão e pressão de saturação podem ser determinados. Estas e outras características da formação e 15 do fluido contido em seu interior podem ser determinadas por testes conduzidos na formação antes de o poço ser completado.

Para se avaliar os prospectos de uma reserva subterrânea de hidrocarbonetos, uma amostra representativa

2 0 do fluido do reservatório pode ser captada para se proceder a uma análise detalhada. Em um procedimento típico de amostragem, uma amostra dos fluidos de formação pode ser obtida fazendo-se descer uma ferramenta de amostragem que tem uma câmara para amostras no furo do poço em um

2 5 dispositivo tal como um cabo de aço, coluna lisa, tubulação

enrolada, tubulação com juntas ou semelhantes. Quando a ferramenta de amostragem atinge a profundidade desejada, um ou mais aberturas são abertas para permitir a coleta dos fluidos de formação. As aberturas podem ser atuadas em uma

3 0 variedade de modos, tal como, por métodos elétricos, I 2/24

hidráulicos ou mecânicos. Logo que as aberturas são abertas, os fluidos de formação se deslocam através das aberturas e uma amostra dos fluidos de formação é coletada no interior da câmara de amostragem da ferramenta de amostragem. Depois 5 de a amostra ter sido coletada, a ferramenta de amostragem pode ser extraída do furo do poço, de modo que o fluido de formação possa ser analisado.

É importante se obter uma amostra do fluido de formação que seja representativa dos fluidos conforme eles

existem na formação com um mínimo de contaminação e sem que ocorra a evaporação flash da amostra. As condições que fazem com que a amostra de fluido se aproxime da pressão de saturação ou caia abaixo dela criam a possibilidade de deposição de asfalteno e da evaporação flash dos gases

presentes na amostra de fluido arrastados. Existe a necessidade de algum mecanismo que permita que se colete uma amostra com zero de evaporação flash, mas que impeça a contaminação da amostra.

FIGURAS

2 0 Algumas modalidades exemplares específicas da presente

invenção poderão ser compreendidas, referindo-se em parte à descrição que segue e aos desenhos apensos.

A Figura 1 é uma vista esquemática em seção transversal de uma ferramenta de teste de acordo com uma

2 5 modalidade exemplar da presente invenção.

A Figura 2 é uma vista esquemática em seção transversal de um sistema de amostragem de êmbolos de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.

A Figura 3 é uma vista esquemática em seção

3 0 transversal de um sistema de amostragem de êmbolos de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção.

A Figura 3A é uma vista em seção correspondendo ã seção 3A-3A na Figura 3.

Embora as modalidades desta invenção tenham sido 5 ilustradas e descritas e sejam definidas fazendo-se referência a modalidades exemplares da invenção, tais referências não implicam em uma limitação da invenção, e nenhuma tal limitação deve ser inferida. 0 objeto descrito é passível de consideráveis modificações, alterações e

equivalentes em forma e função, conforme ocorrerá aos versados na técnica pertinente e tendo o benefício da presente descrição. As modalidades ilustradas e descritas da presente invenção são exemplos somente e não são exaustivos do âmbito da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A presente invenção se refere à testagem e avaliação de fluidos de formação subterrâneos e, mais especialmente, a aparelho e método para uma melhor amostragem de fluido.

As modalidades ilustrativas da presente invenção são

2 0 descritas em detalhes no presente documento. Visando a

clareza, pode ser que nem todas as características de uma implementação real sejam descritas no presente relatório. Será observado, naturalmente, que no desenvolvimento de qualquer tal modalidade real, numerosas decisões específica

a implementação devem ser feitas para se obter metas de implementação específicas, que variarão de uma implementação a outra. Além disso, deve ser observado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demandar muito tempo, mas seria, não obstante, um empreendimento

3 0 rotineiro para os versados na técnica tendo o benefício da presente descrição.

Para facilitar uma melhor compreensão da presente invenção, são dados abaixo exemplos de determinados modalidades. Os exemplos abaixo não devem absolutamente ser considerados como limitando, ou definindo, o âmbito da invenção. As modalidades da presente invenção podem ser aplicadas a furos de poço horizontais, verticais, desviados ou outros não lineares de qualquer tipo de formação subterrânea. As modalidades podem ser aplicadas a poços de injeção assim como a poços de produção, incluindo poços de hidrocarbonetos. Podem ser implementadas modalidades em que a ferramenta é tornada adequada para a testagem, recuperação e amostragem ao longo de seções da formação. As modalidades podem ser implementadas com diversos coletores de amostras que podem ser conduzidos, por exemplo, através da passagem de escoamento em coluna tubular ou usando um cabo de aço, coluna lisa, tubulação enrolada, robô de fundo de poço ou semelhante. 0 sistema da presente invenção pode ser adequado para uso com uma ferramenta de teste de formação de fundo de posso modular, tal como a ferramenta Reservoir Description Tool (RDT) por Halliburton, por exemplo. Os dispositivos e métodos de acordo com determinadas modalidades podem ser usados em um ou mais de operações de cabo de aço, medição durante a perfuração (MWD), e perfilagem durante a perfuração (LWD).

A Figura 1 ilustra uma vista esquemática em seção transversal de uma ferramenta de teste 100 de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção. A ferramenta de testagem da formação 100 pode ser adequada para testagem, 3 0 recuperação e amostragem ao longo da seção de uma formação. A ferramenta de testagem 100 pode incluir diversos módulos (seções) capazes de executar diversas funções. Conforme mostrado na Figura 1, por exemplo, a ferramenta de testagem 100 pode incluir um módulo de potência hidráulica 105 que converte a energia elétrica em energia hidráulica; um módulo de sondagem 110 para coletar amostras dos fluidos de formação; um módulo de controle de escoamento 115 para regular o escoamento de diversos fluidos para dentro e para fora da ferramenta 100; um módulo de teste de fluido 120 para conduzir diferentes testes em uma amostra de fluido; um módulo de amostragem de múltiplas câmaras 125 que pode conter câmaras de diversos tamanhos para a armazenagem das amostras de fluido coletadas; um módulo de telemetria 13 0 que proporciona uma comunicação elétrica e de dados entre os módulos e uma unidade de controle do lado de fora do furo (não mostrada) e possivelmente outras seções designadas na Figura 1 como um todo com o número de referência 135. O arranjo constituído por diversos módulos e por módulos adicionais pode depender da aplicação específica e não é considerada no presente documento.

Mais especificamente, o módulo de telemetria 130 pode conter componentes eletrônicos que condicionam a energia que fornecem energia regulada às demais seções da ferramenta de testagem 100. Cada seção pode ter o seu 25 sistema próprio de controle de processo e pode funcionar independentemente. O módulo de telemetria 130 pode proporcionar um barramento comum de energia no interior da ferramenta, e a coluna integral da ferramenta pode compartilhar um barramento de comunicação comum que é 3 0 compatível com outras ferramentas de perfilagem (extensões I 6/24

possíveis além da ferramenta de teste 100 não são mostradas). Este arranjo pode habilitar a ferramenta a ser combinada com outros sistemas de perfilagem.

A ferramenta de testagem de formação 10 0 pode ser 5 conduzida em um furo de sondagem por cabo de aço (não mostrado) que pode conter condutores transportando energia aos diversos componentes da ferramenta e condutores ou cabos (cabos coaxiais ou de fibra ótica) para proporcionar uma comunicação por dados de duas vias entre a ferramenta 10 100 e uma unidade de controle fora do furo (não mostrada). A unidade de controle inclui, de preferência, um comutador uma memória associada para armazenar programas e dados. A unidade de controle pode em geral controlar a operação da ferramenta 100 e processar os dados recebidos dela durante 15 as operações. A unidade de controle pode ter uma variedade de periféricos associados, tais como um gravador para gravar dados, um dispositivo de exibição para exibir as informações desejadas, impressoras e outros. O uso da unidade de controle, do dispositivo de exibição e do

2 0 gravador é conhecido na técnica de perfilagem em poços e não será, portanto, discutido em detalhes. Em uma modalidade exemplar, o módulo de telemetria 130 pode proporcionar uma comunicação tanto elétrica como de dados entre os módulos e a unidade de controle fora do poço. Mais 25 especificamente, o módulo de telemetria 130 pode proporcionar um barramento de dados de alta velocidade a partir da unidade de controle para os módulos para baixar leituras de sensores e para lançar instruções de controle que iniciam ou terminam diversos ciclos de teste e para 30 ajustar diferentes parâmetros, tais como as taxas às quais diversas bombas estiverem operando.

0 módulo de controle de escoamento 115 da ferramenta pode incluir uma bomba 15 5, que pode consistir em uma bomba de embolo de dupla ação, por exemplo. A bomba 155 pode 5 controlar o escoamento de fluido de formação da formação para a linha de escoamento 140 por meio de uma ou mais sondas 145A e 145B. 0 número de sondas pode variar dependendo da implementação. O fluido que entra nas sondas 145A e 145B pode escoar através da linha de escoamento 14 0 10 e pode ser descarregado no furo do poço por meio da saída 150. Um dispositivo de controle de escoamento, tal como uma válvula de controle, pode ser conectado à linha de escoamento 14 0 para controlar o escoamento de fluido da linha de escoamento 140 para dentro do furo de sondagem. Os 15 fluidos da linha de escoamento podem ser bombeados ou para cima ou para baixo com a totalidade do fluido da linha de escoamento direcionada para dentro da bomba 155 ou através dela.

A seção de testagem de fluido 120 da ferramenta pode 20 conter um dispositivo de testagem de fluido, que analisa o fluido que atravessa a linha de escoamento 140. Para os fins da presente invenção, qualquer dispositivo ou dispositivos adequados podem ser utilizados para analisar o fluido. Pode ser usado, por exemplo, suporte de medidor de 25 quartzo Halliburton Memory Recorder. Neste medidor de quartzo, o ressonador de pressão, o cristal de compensação de temperatura e o de referência estão acondicionados como uma única unidade, sendo cada dois cristais adjacentes em contato direto. 0 conjunto está contido em um banho de óleo

3 0 que é hidraulicamente acoplado â pressão que está sendo medida. O medidor de quartzo permite a medição de tais parâmetros como a pressão de fluido de extração que estiver sendo extraído e a temperatura de fluido. Além disso, se dois dispositivos de testagem de fluido 122 estiverem 5 funcionando em série, a diferença de pressão entre eles pode ser usada para determinara a viscosidade do fluido durante o bombeamento ou a densidade quando o escoamento tiver sido interrompido.

0 módulo de amostragem 125 da ferramenta pode conter 10 um ou mais câmaras 12 6 de diversos tamanhos para armazenagem da amostra de fluido coletado. Uma câmara de coleta 12 6 pode ter um sistema de êmbolos 12 8 que divide a câmara 126 em uma câmara superior 12 6A e uma câmara inferior 126B. Um conduto pode ser acoplado â câmara 15 inferior 126B para proporcionar uma comunicação por fluido entre a câmara inferior 126B e o ambiente externo tal como o furo do poço. Um dispositivo de controle de escoamento de fluido, tal como uma válvula eletricamente controlada, pode ser disposto no interior do conduto para abrir o mesmo

2 0 seletivamente para permitir uma comunicação por fluido

entre a câmara inferior 12 6b e o furo do poço. De modo análogo, a seção de câmara 12 6 pode também conter um dispositivo de controle de escoamento de fluido, tal como uma válvula de controle operada eletricamente, que é 25 seletivamente aberta e fechada para direcionar o fluido de formação da linha de escoamento 14 0 para dentro da câmara superior 126A.

0 módulo de sonda 110 pode permitir geralmente a recuperação e a amostragem dos fluidos de formação em

3 0 seções de uma formação ao longo do eixo longitudinal do furo de sondagem. 0 módulo de sonda 110 e mais especialmente, a almofada de vedação pode incluir componentes elétricos e mecânicos que facilitam a testagem, a amostragem, e a recuperação de fluidos da formação.

5 Conforme é conhecido na técnica, A almofada de vedação é a parte da ferramenta ou do instrumento em contato com a formação ou a amostra de formação. Uma sonda pode ser provida com pelo menos uma almofada de vedação que confere um contato de vedação com uma superfície do furo de 10 sondagem em um local desejado. Através de um ou mais canais de escoamento de fluido ou recessos na almofada de vedação, os fluidos da parte vedada da superfície de formação podem ser coletados no interior do testador através do trajeto de fluido da sonda.

Na modalidade ilustrada, um ou mais impulsores de

ajuste (mostrados como 160A e 160B) podem estar localizados geralmente em sondas opostas 145A e 145B da ferramenta. Os impulsores 160A e 160B podem ser lateralmente deslocãveis por atuadores dispostos no interior do módulo de sonda 110 20 para se estender para longe da ferramenta. A bomba de pré- teste 165 pode ser usada para conduzir testes de pressão extraindo pequenos volumes de fluido de formação e observando-se os transientes de pressão gerados. As sondas 145A e 145B podem ter transdutores de pressão de medição de 25 tensão compensada termicamente de alta resolução (não mostrados) que podem ser isolados com válvulas de confinamento para monitorar independentemente a pressão das soidas. A bomba de êmbolo de pré-teste 165 pode ter um transdutor de pressão de medição de tensão de alta

3 0 resolução que pode ser isolado da linha de escoamento 14 0 no interior da ferramenta e sondas 145A e 145B. Finalmente, o módulo pode incluir uma resistência, ótica ou outro tipo de célula {não mostrada) localizada na proximidade das sondas 145A e 145B para monitorar as propriedades do fluido 5 imediatamente depois que os fluidos entrem em qualquer uma das sondas.

Com referência à discussão acima, a ferramenta de testagem de formação 100 pode ser operada, por exemplo, em uma aplicação de cabo de aço, em que a ferramenta 100 é 10 conduzida para dentro do furo de sondagem por meio do cabo de aço até um local desejado {"profundidade") . O sistema hidráulico da ferramenta pode ser armado para estender um ou mais impulsores 160A e 160B e almofada (s) de vedação incluindo um ou mais sondas 145A e 145B, criando assim uma 15 vedação hidráulica entre a almofada de vedação e a parede de furo de poço na zona de interesse. Para se coletar as amostras de fluido na condição em que tal fluido se encontra presente na formação, a área na proximidade da(s) almofada(s) de vedação pode ser despejada ou bombeada. A

2 0 taxa de bombeamento da bomba de êmbolo 155 pode ser regulada de modo tal, que a pressão na linha de escoamento

14 0 na proximidade da(s) almofada(s) de vedação seja mantida acima de uma pressão específica para se manter uma amostra de fluido em uma única fase. Assim, enquanto a 25 bomba de êmbolo 155 está funcionando, o dispositivo de testagem de fluido 122 pode medir as propriedades do fluido 0 dispositivo 122 pode fornecer informações a respeito do conteúdo do fluido e a presença de quaisquer bolhas de gas no fluido â unidade de controle de superfície. Monitorando- 30 se a presença de bolhas de as no fluido, a pressão na linha de escoamento 14 0 pode ser constantemente ajustada de modo a manter um fluido de uma única fase na linha de escoamento

14 0. Estas propriedades dos fluidos e outros parâmetros, tais como a pressão e á temperatura, podem ser usados para 5 se monitorar o escoamento do fluido enquanto o fluido de formação esta sendo bombeado para uma coleta de amostra. Quando for determinado que o fluido de formação que está escoando pela linha de escoamento 14 0 é representativo das condições in si tu, o fluido pode então ser coletado na(s) 10 câmara(s) de fluido 126.

Quando a ferramenta 10 0 é conduzida para dentro do furo de sondagem, o fluido do furo de sondagem pode penetrar na seção inferior da câmara de fluido 126B. Isto pode fazer com que o êmbolo 12 8 se desloque para dentro, 15 enchendo a câmara inferior 126B com o fluido do furo de sondagem. Isto pode ser devido à pressão hidrostãtica no conduto que conecta a câmara inferior 126B e no furo de sondagem ser maior do que a pressão na linha de escoamento

14 0. Alternativamente, o conduto pode ser fechado por uma 20 válvula controlada eletricamente e pode se deixar a câmara inferior 126B ser cheia com o fluido de furo de sondagem depois da ferramenta 100 ter sido posicionada no furo de sondagem. Para se coletar o fluido de formação na câmara 126, a válvula que conecta a câmara inferior 126B e a linha

2 5 de escoamento 14 0 pode ser aberta e a bomba de êmbolo 155

pode ser operada para bombear o fluido de formação para dentro da linha de escoamento 14 0 através das entradas da(s) almofada{s) de vedação. À medida que a bomba de êmbolo 155 continua a operar, a pressão da linha de escoamento pode

3 0 continuar a subir. Quando a pressão da linha de escoamento excede a pressão hidrostática {pressão na câmara inferior 126B), o fluido de formação pode começar a encher a câmara superior 126A. Quando a câmara superior 126A estiver cheia até um nível desejado, as válvulas que conectam a câmara 5 tanto com a linha de escoamento 14 0 como com o furo de sondagem podem ser fechadas, o que pode assegurar que a pressão na câmara 12 6 permanece na pressão â qual o fluido foi coletado em seu interior.

Em determinadas modalidades alternativas, a bomba 15 5 10 e/ou uma outra bomba podem ser posicionadas "a jusante" da câmara para amostras 126 de modo tal que ela esteja acoplada por fluido à câmara para amostras 12 6 por meio da câmara inferior 126B. Em tais modalidades, a bomba a jusante pode proporcionar a pressão necessária e o 15 movimento de fluido para puxar o fluido para dentro da câmara para amostras 126. A bomba a jusante pode ser usada sozinha ou em combinação com uma bomba a montante que pode ser configurada como bomba 155.

A Figura 2 ilustra uma vista esquemática em seção 20 transversal de um sistema de amostragem de êmbolos 200 de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção. O sistema de amostragem de êmbolos 200 pode ser empregado em uma variedade de configurações de ferramentas de amostragem A título de exemplo e sem limitação, o sistema de

2 5 amostragem de êmbolos 2 00 pode ser implementado na ferramenta 10 0, ilustrada na Figura 1, em vez do sistema de êmbolos 128 ou em combinação com ele. No entanto, deve ficar claramente compreendido que os princípios da presente invenção não são limitados ao uso com uma ferramenta 30 específica ou com métodos específicos. Em vez disso, os princípios da presente invenção são aplicáveis a uma ampla variedade de ferramentas e métodos.

Com coletores de amostras tradicionais, há um volume morto (de até 20 cm3, por exemplo) entre o coletor de 5 amostras e a bomba que carregará o coletor de amostras quando fluido estiver pronto para ser classificado. 0 volume morto pode ser extremamente prejudicial para a coleta de uma amostra de choque zero, uma vez que os primeiros poucos cm3 da amostra que transitam entre a bomba 10 e o coletor podem sofrer evaporação flash neste espaço. Esta evaporação flash pode resultado da liberação de asfaltenos da solução, prejudicando a qualidade do reto da amostra que estiver sendo coletada. Para se impedir a ocorrência de evaporação flash, é habitual se encher este 15 espaço morto com algum fluido natural e de preferência incompressível tal como água. Infelizmente, o fluido de enchimento então se torna parte da amostra coletada e pode ser visto como um contaminante. No entanto, determinadas modalidades da presente invenção permitem que se colete uma

2 0 amostra com zero de evaporação flash, ou substancialmente

zero, evitando ao mesmo tempo ou substancialmente minimizando a contaminação da amostra.

0 sistema de amostragem de êmbolos 200 pode incluir um êmbolo primário 205 envolvendo uma cavidade 206. 0 êmbolo 25 primário 205 pode incluir uma ou mais seção. No exemplo ilustrado, o êmbolo primário 205 inclui seções 210 e 215 que podem ser acopladas entre si, por meio de uma porção de conexão rosqueada 220, por exemplo. Em uma extremidade, o êmbolo primário 205 pode formar uma virola de retenção 225.

3 0 Na extremidade oposta, o êmbolo primário 205 pode incluir uma porção de conexão rosqueada 23 0.

O êmbolo primário 205 pode ser configurado para portar um ou mais vedações exteriores 235 para vedação contra uma tubular 270 exterior ao êmbolo primário 205. A título de 5 exemplo não limitante, a tubular 270 pode corresponder à{s) câmara (s) para fluido 126 no exemplo da Figura I. As vedações 235 podem ser vedações de anel circular, por exemplo. No exemplo da Figura 2, duas vedações exteriores

23 5 estão dispostas na proximidade às extremidades opostas do êmbolo primário 205. As vedações exteriores 235 podem manter o êmbolo primário 2 05 em posição no interior da tubular exterior e vedar uma extremidade do êmbolo primário 205 da outra extremidade.

Um êmbolo secundário 24 0 pode ser disposto no interior do êmbolo primário 205. 0 êmbolo secundário 240 pode ser configurado para portar uma ou mais vedações 24 5 para vedação contra uma face interna do êmbolo primário 205. Tal como as vedações 235 as vedações 245 podem ser vedações de anel circular, por exemplo, e podem estar dispostas em extremidades opostas do êmbolo secundário 240. 0 êmbolo primário 205 e o êmbolo secundário 240 podem ser configurados de modo a permitir que o êmbolo secundário 24 0 deslize ao longo de um comprimento do êmbolo primário 2 05 dependendo da pressão do fluido. 0 movimento do êmbolo secundário 24 0 pode ser limitado em uma extremidade pela virola de retenção 225, que pode ser formada de modo a ter uma dimensão interna inferior ao diâmetro externo do êmbolo secundário 24 0.

0 êmbolo primário 205 pode incluir uma tampa 250 que

3 0 pode ser conectada por meio da porção de conexão rosqueada 230. A tampa 250 pode incluir uma porção oca 255 para uma esfera de mistura (não mostrada). A esfera de mistura pode ser uma esfera de um diâmetro adequado para ser contida pela metade quando assentada na porção oca 255 da tampa 250 5 Quando a câmara para amostras 12 6 está montada em um suporte oscilante e se faz a mesma oscilar, espera-se que a esfera de mistura role para frente e para trás na câmara superior 126A, A ação de rolar pode servir para produzir a mistura do conteúdo da câmara superior 126A, homogeneizando 10 a amostra coletada e facilitando a transferência de uma amostra representativa. A esfera de mistura pode ser fabricada de algum material mais macio do que o material que compreende a câmara 126 de modo que a ação de balanço da esfera não arranhe a superfície da câmara 126. 15 Consequentemente, a esfera de mistura pode ser fabricada de algum material macio tal como bronze ou semelhante, ou mesmo de ao, deste que seja revestida com um material polimérico mais macio tal como Teflon, de modo a proteger a câmara 126 durante a mistura.

A tampa 250 pode incluir uma passagem de diâmetro

estreito 260 e uma válvula de uma via 265 para deslocar o fluido da porção oca 255 para o espaço acima do êmbolo secundário 240. A válvula de uma via 265 pode compreender, por exemplo, e sem limitação, um elemento em forma de 25 esfera carregado por mola, conforme ilustrado, ou um elemento em forma de dardo carregado por mola. O elemento de formato de esfera ou em formato de dardo pode ser fabricado de algum material macio tal como Teflon ou PEEK, que se ajuste sem folga em um receptáculo metálico

3 0 adequadamente afusado. No caso de um elemento em formato de I 16/24

dardo, o elemento pode ser posicionado no receptáculo com a ponta do dardo voltada para o topo da tampa 250. Nesta configuração, a esfera ou o dardo agirão como uma válvula de retenção de uma via, permitindo o movimento do fluido 5 através da passagem 260 na direção de 255 para o espaço presente acima do êmbolo secundário 240. NO entanto, o fluido contido entre o êmbolo secundário 240 e a tampa 250 pode ser impedido de sair passando pela esfera ou dardo da válvula 2 65, pois a esfera ou o dardo podem estar dispostos 10 contra o seu assento metálico afusado e constituir uma obstrução ao escoamento do fluido. Isto pode fazer com que qualquer fluido espúrio aprisionado na cavidade acima do êmbolo secundário 24 0 fique aprisionado e, consequentemente, isolado da amostra principal coletada fora e acima do 15 êmbolo primário 2 05. Nesta configuração aprisionada somente alguma intervenção externa, que fizer a esfera de retenção ou o dardo de retenção da válvula 265 se soltar do seu assento, permitirá que o fluido aprisionado no interior da cavidade acima do êmbolo secundário 24 0 seja liberado.

Para se eliminar a contaminação da amostra durante a

transferência, uma amostra pode ser coletada através do sistema de amostragem de êmbolos 2 00 contido em uma seção tubular 2 70 que coleta a amostra. Na modalidade exemplar não limitante da Figura 1, por exemplo, a seção tubular que 25 coleta a amostra pode consistir em uma ou mais câmaras para fluido 126, e o sistema de amostragem de êmbolos 200 ilustrado na Figura 2 pode ser implementado em vez do êmbolo 12 8 ou em combinação com ele. O sistema de amostragem de êmbolos 200 pode isolar a amostra dos fluidos

3 0 injetados abaixo do sistema de amostragem de êmbolos 2 00 para deslocar a amostra para fora durante a transferência da amostra. Considere-se um fluido de reservatório com uma pressão de fundo de furo de 10.000 psi (68.947,57 kPa), por exemplo, que deve ser capturado. Quando a ferramenta de 5 amostragem esta pronta para coletar uma amostra, a configuração interna da ferramenta pode ser a seguinte. 0 êmbolo primário 205 pode se encontrar na parte mais alta do seu curso no topo da seção tubular onde a amostra deve ser coletada (câmara 12 6, por exemplo). O êmbolo secundário 24 0 10 pode também se encontrar na parte mais alta do seu curso, conforme ilustrado na Figura 2. Os dois êmbolos podem conter fluido tal como fluido do furo de sondagem ou gas (gas nitrogênio, por exemplo) , a alta pressão atrás deles, mantendo os mesmos na parte mais alta do seu curso. Em 15 algumas modalidades, onde o gas nitrogênio deve ser usado para a manutenção da pressão depois da amostragem e durante a recuperação para a superfície, o gas pode ser isolado entre o êmbolo primário 205 e o êmbolo secundário 128, com a pressão do gas servindo para manter o êmbolo secundário 20 (de isolamento) 240 na parte mais alta do seu curso. O gas pode ser comprimido até uma pressão elevada pelo movimento de um êmbolo 128 que pode ser exposto aos fluidos circundantes, de modo tal, que qualquer pressão presente nos fluidos envolventes atuará sobre o êmbolo 128 e servirá

2 5 para comprimir o gas aprisionado para a mesma pressão que

os fluidos circundantes.

Para se coletar uma amostra pode ser usada uma bomba hidráulica (por exemplo, bomba 155) para pressurizar fisicamente a amostra até uma pressão significativamente

3 0 acima da pressão do fluido abaixo do êmbolo secundário 24 0 na cavidade 206, e assim deslocar a amostra para dentro da câmara para amostras. No entanto, o espaço entre a bomba e a câmara para amostras tem um canal de volume morto, que pode ter entre 15 e 10 cm3, por exemplo. Para prevenir o 5 choque da expansão volumétrica quando o primeiro fluido transferido atinge este canal, ele é habitualmente cheio com algum fluido inerte tal como água ou gas que apresenta oportunidades para contaminação e que precisa ser removido do contato com a amostra coletada. Quando a pressão da 10 amostra exceder a pressão de gas no lado oposto do êmbolo primário 205, a amostra começará a escoar para dentro da câmara de amostras. Dependendo do volume do espaço criado entre o êmbolo secundário 24 0 e o êmbolo primário 2 05, o volume inicial {por exemplo, os primeiros 15 cm3) de fluido 15 inerte injetado na câmara de amostras pode atuar sobre o êmbolo secundário 240 e deslocá-lo até o fim do seu curso (indicado pela seta tracejadas na Figura 2) . O volume inicial do fluido inerte pode se deslocar para o espaço criado no inteiro do êmbolo primário 205 pelo movimento do 20 êmbolo secundário 240 e pode ser isolado do resto da amostra que penetra na câmara para amostras. Quando o êmbolo secundário 240 tiver atingido o fim do seu curso, qualquer amostra adicional bombeada para dentro da câmara para amostras pode servir para deslocar o êmbolo primário 25 205 para baixo em relação à câmara para amostras até a amostra deseja ser coletada. Durante o processo de coleta de amostras, o êmbolo primário 205 e o êmbolo secundário

24 0 podem se deslocar em série.

Durante a transferência da amostra, a posição do êmbolo primário 205 pode ser monitorada. O êmbolo secundário 24 0 pode incluir um ou mais imãs, que, em conjunto com o equipamento de monitoração convencional permitiria que a posição do êmbolo primário 2 05 fosse monitorada. 0 êmbolo 24 0, por exemplo, pode ter nele 5 engastada um ímã poderoso de terras raras, de modo que o seu campo magnético penetre facilmente no material de aço inoxidável do coletor de amostras 126. Consequentemente, um medidor Gauss capaz de detectar a presença de um campo magnético e a sua intensidade pode ser posicionado fora do 10 estojo do coletor de amostras 12 6 e usado par indicar a localização do ímã e subsequentemente a localização dos êmbolos 240 e 205. Quando o êmbolo primário 205 tiver completado o seu curso e voltado para dentro, o processo de transferência pode ser interrompido. Até o êmbolo primário 15 205 ter voltado para dentro, independente da pressão de transferência, o êmbolo secundário 24 0 não se deslocará em relação ao êmbolo primário 205, pois o diferencial de pressão pode ser o mesmo nos dois êmbolos. Determinadas modalidades podem ainda incluir um mecanismo de travamento

2 0 de modo tal, que no fundo do seu curso, o êmbolo secundário 240 pode ser mecanicamente travado em posição, eliminando assim a possibilidade do seu movimento durante a transferência da amostra.

Na modalidade exemplar ilustrada na Figura 2 há uma 25 alternativa de se incluir uma válvula de uma via 265 na tampa 250 do êmbolo primário 205. Conforme ilustrado, a tampa 25 0 pode ter uma parte oca 255 para acomodar uma esfera de mistura, e também uma passagem de diâmetro estreito 26 0 para deslocar o fluido do espaço par amostras 30 (isto é, o espaço acima da tampa 250) no espaço de aprisionamento (isto é, o espaço entre a tampa 250 e o êmbolo secundário 240) . Esta válvula 2 65 pode ser configurada de modo tal, que o fluido possa somente se deslocar do espaço para amostras para o espaço de 5 aprisionamento, mas não na direção inversa. Consequentemente, quando o contaminante tiver entrado no espaço de aprisionamento, ele não poderá mais atingir o espaço para amostras e agir como um contaminante. Um pequeno parafuso de ajuste ou outro mecanismo de alívio de 10 pressão (não mostrado) pode ser incluído no corpo do êmbolo primário 205 para aliviar a pressão aprisionada no interior do êmbolo primário 205 depois de ter sido concluída a etapa de transferência de amostra.

A Figura 3 ilustra uma vista esquemática em seção 15 transversal de um sistema de amostragem de êmbolos 300, de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção. A Figura 3A é uma vista em seção que corresponde à Seção BA- BA na Figura 3. 0 sistema de amostragem de êmbolos 300 é construído de acordo com o sistema de amostragem de êmbolos 20 200, e números de referência iguais indicam partes iguais. O sistema de amostragem de êmbolos 300 compreende um conjunto de retenção exemplar 375 para reter e para liberar o êmbolo primário 305 incluindo a tampa 350 e outros componentes móveis associados, durante o processo de

2 5 amostragem. Mais especificamente, o conjunto de retenção

375 pode assegurar que a cavidade 306 do êmbolo primário

3 05 pode ser completamente cheio antes do êmbolo primário

3 05 se deslocar para baixo. E, embora o conjunto de retenção 375 ilustre um exemplo específico, deve ficar

3 0 subentendido que outros conjuntos de retenção poderiam ser empregados de acordo com a presente invenção para assegurar que a cavidade 3 06 do êmbolo primário 3 05 possa estar completamente cheia antes do êmbolo primário 305 se deslocar para baixo.

0 conjunto de retenção 375 pode incluir um ou mais

elementos de retenção 38OA acoplados à tampa 35 0 do êmbolo primário 3 05. Os elementos de retenção 3 8 OA podem ser fixados de modo removível, fixados de modo estacionável, ou fazendo parte integrante da tampa 350 de qualquer modo adequado. Os elementos de retenção 380A podem ser hastes flexíveis ou outras extensões projetadas para se flexionar para dentro de um modo elástico. No estado de retenção, os elementos de retenção 38OA podem se estender da tampa 35 0 e se assentar dentro de um sulco 380B de uma tampa de câmara 327. As superfícies dos elementos de retenção 380A e o sulco 38OB podem ser chanfrados, conforme ilustrado, ou de outro modo formados de modo a deixar que as abas dos elementos de retenção 380A deslizem sobre a virola do sulco 380B para facilitar a transição entre os estados de retenção e de não retenção, conforme será descrito abaixo.

A tampa da câmara 327 pode ser acoplada por rosca à porção superior da parte tubular 370 e pode ter uma passagem para fluido se estendendo através dela para permitir a passagem do fluido de um espaço exterior para o 25 espaço de amostragem 326A. A tampa da câmara 327 pode ser configurada para ter nela assentado um ou mais vedações exteriores 336 para a vedação contra a parte tubular 3 70. A tampa da câmara 3 27 pode incluir uma porção oca 35 6 correspondendo a uma porção oca 355 da tampa 350, cada uma

3 0 delas com um formato para acolher uma esfera de mistura 3 57 disposta entre elas. A porção oca 355 pode incluir um ou mais canais de escoamento 355A para impedir que a esfera 357 se assente sobre a pequena abertura de passagem 360. Em diversas modalidades, a pequena abertura pode ser deslocada 5 da porção oca 3 55 ou podem ser empregados outros meios de afastamento.

Quando e encontra no estado de retenção, os elementos de retenção 380A fazem interface com o sulco 380B para exigir uma fricção adicional para o êmbolo primário 3 05 se 10 deslocar para baixo. Como o espaço entre o êmbolo secundário entre o êmbolo secundário 340 e a tampa 350 está se enchendo e consequentemente entra em contato com a virola de retenção inferior 325, a força hidráulica aumenta de modo que os elementos de retenção 38OA se flexionam para 15 dentro até deslizarem pela virola de diâmetro menor do sulco 3 8 0B. Isto permite que o êmbolo secundário 340 se desloque completamente e o espaço entre o êmbolo secundário 340 e a tampa 3 50 fique cheio com fluido contaminado, antes do êmbolo primário 3 05 se deslocar e a câmara 3 2 6A se

2 0 encher.

Para fazer voltar o êmbolo primário 3 05 e o conjunto de retenção ao estado de retenção, pode ser aplicada pressão hidráulica à extremidade inferior, conforme já descrito com referência às demais modalidades. Mas, quando 25 os elementos de retenção 38OA atingem a virola de diâmetro menor do sulco 380B, uma pressão adicional pode ser aplicada para fazer com que os elementos de retenção 380A se flexionem para dentro até se travarem em posição depois de passar pela virola de diâmetro menor do sulco 380B.

3 0 Consequentemente, determinadas modalidades da presente invenção permitem que se colete uma amostra com uma evaporação flash igual a zero, ou com uma evaporação flash substancialmente igual a zero, evitando ou substancialmente minimizando simultaneamente a contaminação da amostra. E, 5 embora as figuras ilustrem modalidades da presente invenção com uma orientação vertical, deve ficar subentendido pelos versados na técnica que as modalidades da presente invenção são adequadas para uso em uma variedade de orientações. Consequentemente, deve ficar claro aos versados na técnica 10 que o uso de termos direcionais tais como acima, abaixo, superior, inferior para cima, para baixo e semelhantes são usados em relação às modalidades ilustrativas, conforme elas são ilustradas nas figuras, a direção para cima sendo aquela na direção da parte de cima da figura correspondente 15 e a direção para baixo sendo na direção da parte de baixo da figura correspondente.

Porntanto, a presente invenção é adaptada para atingir os fins e obter as vantagens mencionadas assim como aquelas que são inerentes a ela. As modalidades específicas

2 0 descritas acima são de cunho ilustrativo somente, uma vez

que a presente invenção pode ser modificada e colocada em prática de modos diferentes, mas equivalentes e que serão aparentes aos versados na técnica que tiverem o benefício das instruções do presente documento. Além disso, não há 25 nenhuma limitação os detalhes de construção ou projeto mostrados no presente documento, além dos descritos nas reivindicações abaixo. É, portanto, evidente que as modalidades ilustrativas específicas descritas acima podem ser alteradas ou modificadas e que todas tais variações são

3 0 consideradas como incidindo no âmbito e no espirito da I 24/24

presente invenção. Além disso, os termos nas reivindicações têm o seu significado simples, habitual, a não ser que sejam explícita e claramente definidos em contrário pelo requerente. Os artigos indefinidos "um" ou "uma", conforme 5 usados nas reivindicações, são definidos no presente documento como significando um ou mais de um do elemento que ele precede.

Claims (20)

1. Ferramenta de amostragem para a amostragem de fluidos de formação em um furo de poço, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma câmara para amostras tendo uma abertura de entrada de fluido e uma porção tubular; um primeiro êmbolo disposto no interior da porção tubular de modo vedado e deslocável, definindo uma ou mais superfícies do primeiro êmbolo e a câmara para amostras, pelo menos parcialmente, um espaço para amostras; e um segundo êmbolo disposto no interior do primeiro êmbolo de modo vedado e deslocável.

2. Ferramenta de amostragem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro e o segundo êmbolos recebem um primeiro volume de fluido por meio da abertura de entrada de fluido para separar o primeiro volume de fluido de um segundo volume de fluido, sem que ocorra a evaporação flash do segundo volume de fluido.

3. Ferramenta de amostragem, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que ainda compreende um espaço de aprisionamento definido, pelo menos parcialmente pelo primeiro e segundo êmbolos, para receber o primeiro volume de fluido.

4. Ferramenta de amostragem, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende uma válvula para permitir o movimento do primeiro volume de fluido do espaço para amostras para o espaço de aprisionamento e para reter, pelo menos parcialmente, o primeiro volume de fluido no espaço de aprisionamento depois do primeiro volume de fluido ter entrado no espaço de aprisionamento.

5. Ferramenta de amostragem, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro êmbolo compreende uma tampa conectada de modo removível disposta entre o espaço para amostras e o espaço de aprisionamento.

6. Ferramenta de amostragem, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a tampa compreende: uma passagem para permitir o movimento do primeiro volume de fluido do espaço para amostras para o espaço de aprisionamento; e uma parte oca para receber uma esfera de mistura disposta na câmara para amostras.

7. Ferramenta de amostragem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a câmara para amostras compreende uma entrada de fluido do furo de poço que permite a entrada do fluido do furo de poço no espaço geralmente oposto ao espaço para amostras.

8. Ferramenta de amostragem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que ainda compreende: uma superfície de retenção do primeiro êmbolo que limita um curso do segundo êmbolo; um conjunto de retenção para reter o primeiro êmbolo pelo menos até o segundo êmbolo entrar em contato com a superfície de retenção, sendo que o conjunto de retenção compreende um elemento de retenção flexível que se estende do primeiro êmbolo à interface com uma tampa de câmara estacionária.

9. Sistema de êmbolos para a amostragem de fluidos de formação em um furo de poço CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma porção tubular tendo uma entrada para estar em comunicação por fluido com um primeiro fluido e um segundo fluido; um primeiro êmbolo no interior da porção tubular para receber o primeiro fluido; um segundo êmbolo para se deslocar no interior do primeiro êmbolo e criar um primeiro espaço para o primeiro fluido no primeiro êmbolo para separar o primeiro fluido do segundo fluido.

10. Sistema de êmbolos, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro fluido ê separado do segundo fluido sem ocorrer a evaporação flash do segundo fluido.

11. Sistema de êmbolos, de acordo com a reivindicação9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma válvula para permitir o movimento do primeiro fluido ao primeiro espaço e para reter, pelo menos parcialmente, o primeiro fluido no primeiro espaço depois do primeiro fluido ter entrado no primeiro espaço.

12. Sistema de êmbolos, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro êmbolo compreende uma tampa conectada de modo removível disposta entre o primeiro espaço e um segundo espaço no interior da porção tubular para o segundo fluido, sendo que a tampa compreende uma passagem para permitir o deslocamento do primeiro volume do segundo espaço ao primeiro espaço.

13. Sistema de êmbolos, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERI2ADO pelo fato de que a tampa compreende uma parte oca para receber uma esfera de mistura disposta na porção tubular.

14. Sistema de êmbolos, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção tubular compreende uma entrada de fluido do furo de poço que permite a entrada de fluido do furo de poço em um espaço em geral oposto ao segundo espaço.

15. Sistema de êmbolos, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende: uma superfície de retenção do primeiro êmbolo que limita um curso do segundo êmbolo; um conjunto de retenção para reter o primeiro êmbolo pelo menos até o segundo êmbolo entrar em contato com a superfície de retenção, sendo que o conjunto de retenção compreende um elemento de retenção flexível que se estende do primeiro êmbolo à interface com uma tampa de câmara estacionária.

16. Método de amostragem de um fluido de formação em um furo de poço CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fazer uma ferramenta de amostragem descer em um furo de sondagem, compreendendo a ferramenta de amostragem: uma câmara para amostras tendo uma abertura de entrada de fluido e uma porção tubular; um primeiro êmbolo disposto no interior da porção tubular de modo vedado e deslocável, sendo que uma ou mais superfícies do primeiro êmbolo e a câmara para amostras definem, pelo menos parcialmente, um espaço para amostras; e um segundo êmbolo disposto no interior do primeiro êmbolo de modo vedado e deslocável; iniciar um modo de amostragem em que um primeiro volume de fluido recebido no espaço para amostras por meio da abertura de entrada de fluido é separado de um segundo volume de fluido e contido em um espaço de aprisionamento definido, pelo menos parcialmente, pelo primeiro e pelo segundo êmbolo, de modo que o segundo volume de fluido fique contido no espaço para amostras.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro e o segundo êmbolo cooperam para separar o primeiro volume de fluido do segundo volume de fluido sem que ocorra a evaporação flash do segundo volume de fluido.

18. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a ferramenta de amostragem compreende um dispositivo de controle de fluido, e pelo fato de que o método ainda compreende a etapa de se regular a extração de fluidos na ferramenta de amostragem usando-se o dispositivo de controle de fluido.

19. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro êmbolo compreende uma tampa conectada de modo removível disposta entre o espaço para amostras e o espaço de aprisionamento.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a tampa compreende uma passagem para permitir o movimento do primeiro volume de fluido do espaço a partir do espaço de amostras para o espaço de aprisionamento.