BR102013006915B1

BR102013006915B1 - Conjunto de cabeça de poço e método para monitorar condições

Info

Publication number: BR102013006915B1
Application number: BR102013006915-9A
Authority: BR
Inventors: Jeffrey A. Raynal; Aaron J. Andersen Shaw; Daniel C. Benson; David L. Ford
Original assignee: Vetco Gray Inc.
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2021-06-01
Also published as: CN103362494A; SG193754A1; NO345035B1; AU2013201978B2; AU2013201978A1; GB201305367D0; CN103362494B; NO20130334A1; BR102013006915A2; GB2500816B; MY157506A; GB2500816A; US20130248171A1; US8955583B2

Abstract

conjunto de cabeça de poço e método para monitorar condições. trata-se de um conjunto de cabeça de poço que inclui um membro de alojamento (100), um alojamento interno de cabeça de poço (124), e um primeiro membro de furo de poço (130), com um sensor externo (108) localizado no espaço anular (134) entre o alojamento interno de cabeça de poço (124) e o primeiro membro de furo de poço (130). o sensor externo (108) pode captar uma condição do espaço anular (134), tal como pressão ou temperatura, e transmitir os dados através de uma porção sólida da parede lateral (126) do alojamento interno de cabeça de poço (124) a um receptor de sinal (112) localizado no membro de alojamento (100). em uma realização, o receptor de sinal (112) pode transmitir um campo eletromagnético (180) para carregar através de indução uma fonte de alimentação (158) no sensor externo (158).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, em geral, a um conjunto de sensor para um conjunto de cabeça de poço e, em particular, a sensores para monitorar condições em um ou mais espaços anulares.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os alojamentos de cabeça de poço podem estar localizados em um furo de poço e ser usados para sustentar outros componentes de furo de poço usados no furo de poço. Os suspensores de revestimento podem ser assentados no alojamento de cabeça de poço para sustentar os tubos de produção que estão localizados no furo de poço. Um espaço anular pode existir entre vários componentes de furo de poço, tais como entre alojamentos de cabeça de poço e suspensores de revestimento, entre vários suspensores de revestimento, ou entre um riser e os tubos de produção localizados dentro do riser. É desejável que o operador esteja ciente das condições dentro do espaço anular tal como a presença de fluido, tipos específicos de fluido, pressão, temperatura ou pH. Os sensores usados para monitorar tais condições podem enfraquecer a integridade dos componentes de furo de poço, por exemplo, requerendo um recesso ou janela que possa vazar. É desejável monitorar as condições de espaço anular sem enfraquecer a integridade dos componentes de furo de poço.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[003] Em uma realização da presente invenção, um conjunto de cabeça de poço tem um alojamento externo de cabeça de poço com uma parede lateral e um recesso que se estende através da parede lateral, um alojamento interno de cabeça de poço localizado de forma concêntrica dentro do alojamento externo de cabeça de poço para definir um primeiro espaço anular entre os mesmos, um primeiro membro de furo de poço localizado de forma concêntrica dentro do alojamento interno de cabeça de poço para definir um segundo espaço anular entre os mesmos, um receptor de sinal preso no recesso de tal modo que pelo menos uma porção do receptor de sinal esteja localizada no primeiro espaço anular, e um conjunto de sensor externo localizado no segundo espaço anular e axialmente alinhado com o receptor de sinal, sendo que o conjunto de sensor externo tem capacidade de captar uma condição do segundo espaço anular e transmite os dados que representam a condição do segundo espaço anular através de uma parede lateral do alojamento interno de cabeça de poço ao receptor de sinal. As condições de espaço anular podem incluir pressão ou temperatura.

[004] Uma realização pode também incluir um segundo membro de furo de poço, sendo que o segundo membro de furo de poço está localizado de forma concêntrica dentro do primeiro membro de furo de poço para definir um terceiro espaço anular entre os mesmos, e um conjunto de sensor interno localizado no terceiro espaço anular e que tem capacidade de captar uma condição do terceiro espaço anular e transmite os dados que representam a condição do terceiro espaço anular através de uma parede lateral do primeiro membro de furo de poço ao receptor de sinal.

[005] Em outra realização, o conjunto de sensor externo está localizado em um diâmetro externo de uma parede lateral do primeiro membro de furo de poço, e o primeiro membro de furo de poço tem um centralizador que se projeta a partir do diâmetro externo da parede lateral do primeiro membro de furo de poço, sendo que o centralizador se projeta até o segundo espaço anular em uma distância maior que a do conjunto de sensor externo. Em uma realização, o receptor de sinal tem um alojamento externo resistente à corrosão e o alojamento externo pode resistir à exposição ao concreto. O conjunto de sensor externo pode incluir um sensor, um transmissor e uma fonte de alimentação.

[006] Em uma realização, o receptor de sinal inclui um gerador de campo eletromagnético, sendo que a fonte de alimentação inclui uma bateria e um carregador, e o carregador pode carregar através de indução a bateria em resposta ao campo eletromagnético. Em uma realização, o conjunto de sensor externo inclui uma memória e armazena os dados que representam a condição do segundo espaço anular pelo menos até que os dados que representam a condição do segundo espaço anular sejam transmitidos ao receptor de sinal. Em uma realização, o receptor de sinal transmite os dados a um computador.

[007] Em uma realização, o conjunto de cabeça de poço inclui um gerador de corrente em contato com a água do mar fora do membro de alojamento e conectada ao receptor de sinal, sendo que o gerador de corrente produz corrente elétrica em resposta ao movimento da água do mar e transmite a corrente elétrica ao receptor de sinal. Em uma realização, o gerador de corrente pode incluir uma turbina, sendo que a turbina gira em resposta ao movimento da água do mar.

[008] Em uma realização, o conjunto de sensor externo é um dentre uma pluralidade de conjuntos de sensor separados em torno do diâmetro externo do primeiro membro de furo de poço, sendo que cada conjunto de sensor tem um transmissor, em que o transmissor do conjunto de sensor mais próximo ao receptor de sinal pode transmitir os dados a partir de um ou mais da pluralidade de conjuntos de sensor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] Para que os atributos, vantagens e objetivos da invenção, assim como outros que se tornarão evidentes, sejam obtidos e possam ser compreendidos em mais detalhes, a descrição mais particular da invenção brevemente resumida acima pode ser tomada por referência à realização da mesma que é ilustrada nos desenhos anexos, dos quais os desenhos formam uma parte desse relatório descritivo. Deve-se observar, no entanto, que os desenhos ilustram somente uma realização preferencial da invenção e, portanto, não deve ser considerada como limitação de seu escopo na medida em que a invenção pode admitir outras realizações igualmente eficazes.

[010] A Figura 1 é uma vista lateral de um poço submarino que tem uma realização do sistema de monitoramento de espaço anular de furo de poço.

[011] A Figura 2 é uma vista secional parcial ampliada do sistema de monitoramento de espaço anular de furo de poço da Figura 1.

[012] A Figura 3 é um diagrama em bloco que mostra componentes associados ao sistema de monitoramento de espaço anular da Figura 1.

[013] A Figura 4 é uma vista secional parcial de uma realização do sistema de monitoramento de espaço anular de furo de poço da Figura 1 com uma fonte de alimentação submarina.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[014] A presente invenção será agora descrita mais completamente doravante com referência aos desenhos anexos que ilustram as realizações da invenção. Esta invenção pode, no entanto, ser incorporada em muitas formas diferentes e não deve ser considerada como limitada às realizações ilustradas apresentadas no presente documento. Ao invés disso, essas realizações são fornecidas de tal modo que essa revelação será inteira e completa e carregará totalmente o escopo da invenção aos técnicos no assunto. Numerais similares se referem aos mesmos elementos ao longo do documento, e a notação primária, se usada, indica elementos similares em realizações alternativas.

[015] Em referência à Figura 1, o alojamento de cabeça de poço 100 é um alojamento externo de cabeça de poço conectado ao furo de poço 102. O riser 104 se estende do alojamento de cabeça de poço 100 à plataforma de perfuração 106. Os conjuntos de sensor 108 e 110 (A Figura 2) podem estar localizados dentro do alojamento de cabeça de poço 100. Conforme será descrito em mais detalhes, o receptor de sinal 112 pode receber dados do conjunto de sensor externo 108 e conjunto de sensor interno 110, e retransmite esses dados ao computador 114. Os conjuntos de sensor 108 e 110 podem ser do mesmo tipo de conjunto de sensor ou podem ser diferentes. Para os propósitos dessa descrição, o conjunto de sensor 110 deverá se referir a um conjunto de sensor que pode ser usado em qualquer local, a menos que seja especificado o contrário.

[016] O computador 114 pode estar localizado separado do receptor de sinal 112 tal como, por exemplo, na plataforma de perfuração 106. Em uma realização, o cabo 116 pode ser usado para fornecer energia elétrica ao receptor de sinal 112 e para transmitir os dados do receptor de sinal 112 ao computador 114. Conforme será descrito em mais detalhes, o receptor de sinal 112 pode ser alternativamente alimentado por outras fontes. Um veículo remotamente operado (“ROV”) 118 pode ser usado para instalação ou os componentes de serviço associados ao alojamento de cabeça de poço 100, incluindo, por exemplo, o receptor de sinal 112. ROV 118 podem ser conectados à plataforma 106 por meio, por exemplo, do umbilical 119. O umbilical 119 pode se estender ao longo do riser 104 à plataforma 106. Outros tipos de controles podem ser usados. Em uma realização, um membro de alojamento, tal como alojamento de cabeça de poço 100, é parte de um conjunto de cabeça de poço conectado ao furo de poço 102. A realização mostrada é um alojamento de cabeça de poço submarino 100, mas poderia ser qualquer tipo de alojamento associado a um furo de poço.

[017] Em referência à Figura 2, o recesso 120 é uma abertura através da parede lateral 122 do alojamento de cabeça de poço 100. O recesso 120 pode ter qualquer formato incluindo, por exemplo, circular. A superfície de diâmetro interno do recesso 120 pode ser uma superfície de diâmetro interno relativamente lisa, ou pode ser uma superfície de diâmetro interno rosqueada. Um conjunto de cabeça de poço de alta pressão, tal como alojamento interno de cabeça de poço 124, pode estar localizado de forma concêntrica dentro do alojamento de cabeça de poço 100. O alojamento interno de cabeça de poço 124, que pode ser convencional, pode ser um membro cilíndrico que tem uma parede lateral 126. Em uma realização, a parede lateral 126 é sólida, de tal modo que não haja penetrações através da parede, tal como orifícios ou portas, através da parede lateral 126. Em outras realizações, há penetrações através da parede através da porção de parede lateral 126 que se alinham com o recesso 120 ou não há penetrações através da parede para o propósito de captar condições dentro do espaço anular 128. Desse modo, não são criados caminhos de vazamento para o propósito de captar condições de espaço anular pelos conjuntos de sensor 108, 110. Um diâmetro externo de parede lateral 126 pode ser menor que um diâmetro interno do alojamento de cabeça de poço 100, de tal modo que um espaço anular 128 esteja localizado entre os mesmos. Conforme um técnico no assunto pode verificar, o espaço anular 128 pode ser preenchido com concreto durante operações de cimentação.

[018] Um segundo membro de furo de poço, tal como o suspensor de revestimento 130, pode estar localizado de forma concêntrica dentro do alojamento interno de cabeça de poço 124. O suspensor de revestimento 130 pode ser um membro anular que tem uma parede lateral 132. Em algumas realizações, o suspensor de revestimento 130 pode ser axialmente sustentado pelo alojamento interno de cabeça de poço 124. Um diâmetro externo de parede lateral 132 pode ser menor que no diâmetro interno da parede lateral 126 do alojamento interno de cabeça de poço 124, que define desse modo espaço anular 134 entre os mesmos.

[019] Em uma realização, o suspensor de revestimento 130 tem um centralizador 136 em um diâmetro externo de parede lateral 132. O centralizador 136 pode incluir guias ou bandas anulares, que podem ser protuberâncias individuais voltadas para fora da parede lateral 132. A cavidade de sensor 140 é uma porção de parede lateral 132 que tem um diâmetro externo que é menor que um diâmetro externo definido pelo centralizador 136. Durante a inserção de suspensor de revestimento 130, o centralizador 136 pode proteger o sensor 108 localizado na cavidade de sensor 140 de entrar em contato com outro membro de furo de poço que inclui, por exemplo, alojamento interno de cabeça de poço 124.

[020] Em uma realização, outro membro de furo de poço tal como, por exemplo, o suspensor de tubo de produção 142, pode estar localizado de forma concêntrica dentro, e sustentado pelo, suspensor de revestimento 130. Um diâmetro externo de suspensor de tubo de produção 142 pode ser menor que um diâmetro interno do suspensor de revestimento 130, definindo desse modo um espaço anular 144 entre os mesmos. A parede lateral 146 do suspensor de tubo de produção 142 pode incluir um centralizador 148 que tem guias para definir e proteger a cavidade de sensor 152. O centralizador 148 é um conjunto de lâminas axialmente de extensão separadas em torno do suspensor de tubo de produção 142. Tal como o alojamento interno de cabeça de poço 124, cada um dos suspensores de revestimento 130 e 142 pode ter uma ausência de penetrações através da parede, tal como orifícios ou portas, para o propósito de detectar as condições de espaço anular.

[021] Um ou mais conjuntos de sensor 110 pode estar localizado dentro do espaço anular 134 ou espaço anular 144. Em uma realização, os conjuntos de sensor 110 podem estar localizados em um diâmetro externo do suspensor de revestimento 130 ou do suspensor de tubo de produção 142 que inclui, por exemplo, em cavidades de sensor 140 ou 152. De forma alternativa, os conjuntos de sensor 110 podem estar localizados em qualquer lugar dentro do espaço anular 134 ou do espaço anular 144, tal como, por exemplo, em um diâmetro interno do suspensor de revestimento 130. Os conjuntos de sensor usados dentro de um espaço anular podem ser os mesmos ou diferentes de outros sensores usados dentro do mesmo espaço anular. Além do mais, os conjuntos de sensor usados em um espaço anular podem ser os mesmos ou diferentes dos sensores usados em outro espaço anular.

[022] Em referência à Figura 3, um conjunto de sensor 108, 110 pode incluir, por exemplo, um elemento de sensor 156, uma fonte de alimentação 158, um transmissor 160, e um controlador 162, qualquer ou todos cujos podem ser cobertos no alojamento de sensor 164. O alojamento 164 pode ser feito de qualquer dentre uma variedade de materiais que incluem, por exemplo, aço, ou uma liga resistente à corrosão (“CRA”) tal como um inconel ou liga à base de cobalto. Em uma realização, o alojamento 164 não é danificado por cimento ou fluidos corrosivos que podem estar presentes no espaço anular 134, 144. O controlador 162 pode incluir um microprocessador e uma memória para armazenar dados. A memória (não mostrada) pode ser, por exemplo, memória flash. O elemento de sensor 156 pode ser um sensor que pode detectar ou captar várias características dentro do espaço anular 134 ou do espaço anular 144. Essas características podem incluir, mas sem limitação, a presença de fluido, a identidade ou composição de fluido (incluindo gás ou líquidos), pH, temperatura e pressão.

[023] A fonte de alimentação 158 pode ser uma fonte de alimentação que armazena energia elétrica para uso pelo conjunto de sensor 110. A fonte de alimentação 158 pode incluir uma bateria ou capacitor. Em uma realização, a fonte de alimentação 158 pode incluir um carregador indutivo que pode gerar uma corrente elétrica em resposta a um campo eletromagnético. A corrente elétrica gerada pode ser gerada para fornecer energia elétrica a outros componentes do conjunto de sensor 110 ou carregar o componente de armazenamento de energia elétrica da fonte de alimentação 158.

[024] O transmissor 160 pode ser usado para transmitir os dados do conjunto de sensor 110 ao receptor de sinal 112 ou a outro conjunto de sensor 110. Os dados transmitidos podem incluir, por exemplo, as características captadas pelo elemento de sensor 156 e a condição de fonte de alimentação 158. Em uma realização, o transmissor 160 pode receber dados de outros conjuntos de sensor 110 tal como, por exemplo, por um cabo (não mostrado) ou por frequência de rádio, e então retransmitir aqueles dados recebidos. Em uma realização, a parede lateral 126 e a parede lateral 132, do alojamento interno de cabeça de poço 124 e do suspensor de revestimento 130, são sólidas nos arredores dos conjuntos de sensor 110 - o que significa que há uma ausência de recessos ou aberturas através das paredes laterais. Devido ao fato de que as paredes laterais 126 e 132 são sólidas, os fluidos não podem passar através das paredes laterais a partir do espaço anular 144 ao espaço anular 134, ou a partir do espaço anular 134 ao espaço anular 128. Além do mais, os conjuntos de sensor 110 não exigem recessos, vedados ou de outro modo, para passar ondas eletromagnéticas, que incluem sinais de frequência de rádio 168, para e a partir do receptor de sinal 112. Desse modo, não são criados caminhos de vazamento para o propósito de captar condições de espaço anular pelo conjunto de sensor 110. Ao invés disso, o transmissor 160 pode passar ondas eletromagnéticas, tal como sinais de dados 168, através de porções sólidas de alojamento interno de cabeça de poço 124 e do suspensor de revestimento 130 ao receptor de sinal 112.

[025] Referindo-se novamente à Figura 2, os conjuntos de sensor 110 podem estar separados em torno de uma circunferência dentro do espaço anular 134 ou 144 para formar o anel de sensor 170. Os conjuntos de sensor 110 podem estar igualmente separados, ou podem estar dispostos com espaçamento desigual entre os conjuntos de sensor adjacentes 110. Todos os conjuntos de sensor 110 podem fornecer as mesmas informações de sensor. Todos os conjuntos de sensor 108 podem fornecer as mesmas informações. Colocando-se múltiplos conjuntos de sensor 110 idênticos em torno da circunferência, há uma chance maior de que um dos conjuntos de sensor 110 estará radialmente alinhado com o receptor de sinal 112. Devido ao fato de que o transmissor 160 precisa passar sinais através de porções sólidas do alojamento interno de cabeça de poço 124, do suspensor de revestimento 130, e, em algumas realizações, dos conjuntos de sensor 108, pode ser útil minimizar a distância que o sinal de dados precisa passar. De fato, quando o conjunto de sensor 110 está axial e radialmente alinhado com o receptor de sinal 112, os sinais de dados são normais às paredes laterais 126 e 132, proporcionando desse modo ao sinal de dados o menor caminho possível através das paredes laterais. Um cabo (não mostrado) pode ser usado para conectar vários conjuntos de sensor 110 um ao outro. O cabo pode ser usado para transferir os dados, tal como dos elementos de sensor 156 entre os conjuntos de sensor 110. O cabo 166 pode também ser usado para transferir energia elétrica da fonte de alimentação 158 de um conjunto de sensor 110 a outro conjunto de sensor 110.

[026] Referindo-se novamente à Figura 3, a aquisição de dados, transmissão e o gerenciamento de energia elétrica podem ser controlados pelo controlador 162. Em uma realização, o controlador 162 pode armazenar os dados adquiridos em sua memória até que os dados possam ser transmitidos a um receptor apropriado tal como, por exemplo, o receptor de sinal 112. O controlador 162 pode direcionar os conjuntos de sensor 108, 110 para coletar os dados relacionados às características dentro do espaço anular 134, 144 em uma base periódica ou em resposta a uma exceção. Uma exceção é um evento que ocorre ou uma leitura de sensor que está fora de uma faixa ou limite predeterminado. Uma exceção poderia ser, por exemplo, a presença de um tipo particular de fluido ou uma pressão ou temperatura que exceda um valor limiar.

[027] O receptor de sinal 112 pode estar posicionado dentro da faixa de transmissão de um ou mais dos conjuntos de sensor 110 e pode enviar ou receber os sinais de dados, tal como sinais de frequência de rádio. O receptor de sinal 112 pode ser alojado em um corpo de receptor de sinal 172 que tem um formato geralmente cilíndrico. De forma alternativa, o corpo pode ter outros formatos incluindo, por exemplo, quadrado ou octógono. Em uma realização, o receptor de sinal 112 pode ser um anular. A cabeça 174 pode ser uma porção de receptor de sinal 112 que tem uma dimensão externa que é maior do que uma dimensão externa de corpo 172. O exterior do corpo de receptor de sinal 172 pode ter uma superfície geralmente lisa ou uma superfície rosqueada (não mostrada). Em realizações que têm uma superfície lisa ao longo de todo ou uma porção de corpo 172, o receptor de sinal 112 pode ser pressionado no recesso 120. Em realizações que têm roscas em um diâmetro externo de corpo 172, o receptor de sinal 112 pode engatar de forma rosqueável roscas correspondentes no diâmetro interno do recesso 120. O receptor de sinal 112 pode formar uma vedação à prova de fluido no recesso 120 para evitar que os fluidos, tal como os fluidos de furo de poço passem para fora do alojamento de cabeça de poço 100 e evitar que os fluidos, tal como água do mar, passem ao alojamento de cabeça de poço 100. Um selante (não mostrado) pode ser usado para aperfeiçoar a vedação entre receptor de sinal 112 e recesso 120.

[028] O exterior do receptor de sinal 112, que inclui o corpo 172 e a cabeça 174, pode ser feito de qualquer um dentre uma variedade de materiais que inclui, por exemplo, aço, ou uma liga resistente à corrosão (“CRA”) tal como um inconel ou liga à base de cobalto. Em uma realização, o corpo 172 não é danificado por cimento ou fluidos corrosivos que podem estar presentes no espaço anular 128. O receptor de sinal 112 pode ser instalado dentro ou sobre o alojamento de cabeça de poço 100 antes ou depois de colocar o alojamento de cabeça de poço 100 no furo de poço 102. Em uma realização, o ROV 118 pode instalar o receptor de sinal 112 inserindo-o dentro do recesso 120 depois que o alojamento de cabeça de poço é colocado no furo de poço 102. Tal instalação pode ser realizada antes ou depois de assentar o alojamento interno de cabeça de poço 124 ou o suspensor de revestimento 130 no alojamento de cabeça de poço 100.

[029] O receptor de sinal 112 pode incluir um receptor 176 para receber os sinais 168 transmitidos pelo transmissor 160 de conjuntos de sensor 110. O receptor de sinal 112 pode ser conectado a uma unidade de coleção de dados tal como computador 114 (Figura 1) por meio de, por exemplo, cabos 177, uma conexão sem fio, ou uma combinação nos mesmos. Em uma realização, o receptor de sinal 112 pode transferir os dados ao ROV 118, que pode ser conectado por meio de um umbilical 119 à plataforma 106. O receptor de sinal 112 pode transmitir os dados que representam os sinais que o mesmo recebeu ao computador 114, tanto direta como indiretamente. Em uma realização, o receptor de sinal 112 pode também incluir um transmissor (não mostrado) para enviar instruções aos conjuntos de sensor 110. Desse modo, o receptor de sinal 112 pode, por exemplo, mudar as condições de exceção ou aquisição de dados e frequência de transmissão de conjuntos de sensor 110.

[030] O receptor de sinal 112 pode incluir uma estação de carregamento 178 para carregar a fonte de alimentação 158. Conforme um técnico no assunto pode verificar, a estação de carregamento 178 pode incluir uma bobina que pode criar um campo eletromagnético 180. Devido ao fato de que a fonte de alimentação 158 pode também ter uma bobina, a mesma pode desse modo ser carregada de forma indutiva pelo receptor de sinal 112.

[031] O receptor de sinal 112 pode ser alimentado por uma ou mais dentre uma variedade de fontes de energia elétrica. Por exemplo, a energia elétrica pode ser fornecida por cabo 181 (Fig. 2) a partir da plataforma de perfuração 106. Em uma realização, o cabo 181 pode também enviar e receber os dados do receptor de sinal 112 ao computador 114. Em uma realização, receptor de sinal 112 pode ser alimentado pelo ROV 118. Em outra realização, conforme mostrado na Figura 4, o receptor de sinal 112 pode ser alimentado por uma fonte de alimentação submarina, tal como gerador de corrente 182, que gera eletricidade em resposta ao movimento da água do mar. O gerador de corrente 182 pode estar em contato com a água do mar fora do alojamento de cabeça de poço 100. O gerador de corrente 182 pode ter uma turbina 184 que gira em resposta ao movimento da água do mar, tanto direta como indiretamente, para girar o módulo de gerador 186 e, desse modo, gerar eletricidade. Os fios de energia elétrica 188 podem transferir eletricidade entre o gerador de corrente 182 e o receptor de sinal 112. O receptor de sinal 112 pode incluir um dispositivo de armazenamento de energia elétrica, tal como uma ou mais baterias, para armazenar a energia elétrica. A unidade de armazenamento de energia elétrica pode ser usada para fornecer energia elétrica ao receptor de sinal 112 durante os períodos que o mesmo não está recebendo energia elétrica de uma fonte de alimentação intermitente tal como ROV 118 ou o gerador de corrente 182.

[032] Em operação de uma realização exemplificativa, as condições dentro de um furo de poço podem ser monitoradas por um sistema de monitoramento de furo de poço. O sistema de monitoramento de furo de poço pode estar separado dos alojamentos de cabeça de poço 100, 124, que podem ser conectados ao furo de poço 102. No sistema de monitoramento de furo de poço, um membro interno de furo de poço, tal como alojamento interno de cabeça de poço 124, está posicionado de forma concêntrica dentro do alojamento de cabeça de poço 100. O espaço anular 128 pode estar localizado entre alojamento de cabeça de poço 100 e o alojamento interno de cabeça de poço 124. O receptor de sinal 112 pode ser inserido através de um buraco no alojamento externo de cabeça de poço 100 de tal modo que pelo menos uma porção do receptor de sinal 112 esteja localizada dentro do espaço anular 128. O receptor de sinal 112, ou uma porção do receptor de sinal 112, pode ser inserido através do recesso 120 na parede lateral alojamento de cabeça de poço 100. Isso pode ser feito antes ou depois de assentar o alojamento interno de cabeça de poço 124 no alojamento de cabeça de poço 100. Além do mais, isso pode ser feito antes ou depois de posicionar o alojamento de cabeça de poço 100 no furo de poço 102. Um ROV 118, por exemplo, pode inserir o receptor de sinal 112 no recesso 120.

[033] Um segundo membro de furo de poço, tal como o suspensor de revestimento 130, pode ser posicionado dentro do alojamento interno de cabeça de poço 124, com um espaço anular entre os dois membros de furo de poço. Um conjunto de sensor 108 pode estar localizado no espaço anular 134. O conjunto de sensor pode ser colocado em um diâmetro externo do suspensor de revestimento 130 antes de o suspensor de revestimento 130 ser abaixado ao alojamento interno de cabeça de poço 124. Um terceiro membro de furo de poço, tal como o suspensor de tubo de produção 142 pode então ser abaixado ao suspensor de revestimento 130, definindo novamente o espaço anular 144 entre os mesmos. Um conjunto de sensor 110 pode estar localizado em um diâmetro externo do suspensor de tubo de produção 142 de tal modo que o mesmo esteja posicionado no espaço anular 144 depois de assentar o suspensor de tubo de produção 142. Depois que o receptor de sinal 112 é instalado e o suspensor de revestimento 130 está no lugar, o processo de cimentação de alojamento de cabeça de poço pode ocorrer. O cimento pode fluir através do espaço anular 128 e em torno de conjunto de sensor 112, que pode resistir ao fluxo de cimento em torno de seu alojamento 172. Há uma ausência de recessos ou outras aberturas nas paredes laterais 132, 146 nos arredores dos conjuntos de sensor 108, 110. Devido ao fato de que há uma ausência de recessos, há menos probabilidade que o fluído possa vazar de qualquer espaço anular 134, 144.

[034] Qualquer ou ambos os conjuntos de sensor 108, 110 pode captar as condições de espaço anular dentro do espaço anular 134 e 144, usando respectivamente o elemento de sensor 156. As condições podem incluir, por exemplo, pressão, temperatura, a presença de fluidos, a identificação de fluidos, e pH. Os dados que representam essas condições de espaço anular podem ser armazenados em uma unidade de memória dentro dos conjuntos de sensor 108,110, tal como uma unidade de memória localizada dentro do controlador 162. Os dados que representam as condições de espaço anular podem ser transmitidos através de porções sólidas de paredes laterais 132 ou 146 ao receptor de sinal 112. Os conjuntos de sensor podem ser programáveis para especificar, por exemplo, a frequência na qual os conjuntos de sensor 110 detectam as condições de espaço anular. Por exemplo, os conjuntos de sensor 110 poderiam ser definidos para efetuar uma leitura em 1 Hz ou 10 Hz.

[035] Em uma realização, uma pluralidade de conjuntos de sensor 108 pode estar localizada no espaço anular 134. De forma similar, uma pluralidade de conjuntos de sensor 110 pode estar localizada no espaço anular 144. As pluralidades de conjuntos de sensor 108, 110 podem estar dispostas como um anel de sensor. Em uma realização, cada um dos conjuntos de sensor 108, 110 pode se comunicar um com o outro, por comunicação tanto com fio como sem fio, para transferir dados aos outros conjuntos de sensor 108, 110. Por exemplo, cada um dos conjuntos de sensor 108, 110 podem transferir os dados ao conjunto de sensor 108, 110 que está localizado mais próximo ao receptor de sinal 112, e então aquele conjunto de sensor 108, 110 pode transmitir os dados de todos os conjuntos de sensor 108, 110 ao receptor de sinal 112. Nessa realização, a distância de transmissão através das paredes laterais 132, 146 pode ser minimizada.

[036] A estação de carregamento 178 pode enviar o campo eletromagnético 180 através de suspensores de revestimento 124, 130 à fonte de alimentação 158 dos conjuntos de sensor 108, 110. Os sinais de dados 168 e campo eletromagnético 180 são de níveis de frequência e energia elétrica necessários para superar o espaço potencial entre o receptor de sinal e sinal indutor de energia elétrica 112 e os conjuntos de sensor 110.

[037] Após receber os dados dos conjuntos de sensor 108, 110, o receptor de sinal 112 pode transmitir direta ou indiretamente os dados que representam as condições de espaço anular à outra máquina para monitoramento ao vivo ou arquivado, incluindo processamento adicional ou análise. Por exemplo, o receptor de sinal 112 pode transmitir os dados ao computador 114. Os dados podem ser transmitidos por qualquer dentre uma variedade de técnicas que incluem, por exemplo, por cabo 181, por transmissão sem fio, ou por retransmissão através de outros dispositivos de comunicação de dados localizados, por exemplo, no riser 104 ou no ROV 118. Em uma realização, os dados podem ser armazenados por conjuntos de sensor 108, 110, ou pelo receptor de sinal 112 até tal período que os mesmos podem ser retransmitidos. Por exemplo, os dados podem ser armazenados até que o ROV 118 esteja em uma posição para receber os dados. Após receber os dados, o computador 114 pode exibir os dados ou gerar alarmes para as condições de exceção. As condições de exceção podem ser, por exemplo, uma pressão que seja maior que um nível predeterminado.

[038] Embora a invenção tenha sido mostrada ou descrita somente em algumas de suas formas, deve ser evidente aos técnicos no assunto que a mesma não é tão limitada, mas suscetível a várias mudanças sem se afastar do escopo da invenção.

Claims

1. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, sendo caracterizado por compreender: um alojamento externo de cabeça de poço (100) que tem uma parede lateral (122) e um recesso (120) que se estende através da parede lateral (122); um alojamento interno de cabeça de poço (124) localizado de forma concêntrica dentro do alojamento externo de cabeça de poço (100) para definir um primeiro espaço anular (128) entre os mesmos; um primeiro membro de furo de poço (130) localizado de forma concêntrica dentro do alojamento interno de cabeça de poço (124) para definir um segundo espaço anular (134) entre os mesmos; um receptor de sinal (112) preso no recesso (120) de tal modo que pelo menos uma porção do receptor de sinal (112) esteja localizada no primeiro espaço anular (128); e um conjunto de sensor externo (108) localizado no segundo espaço anular (134) e axialmente alinhado com o receptor de sinal (112), sendo que o conjunto de sensor externo (108) tem capacidade de captar uma condição do segundo espaço anular e transmite os dados que representam a condição do segundo espaço anular através de uma parede lateral (126) do alojamento interno de cabeça de poço (124) ao receptor de sinal (112).

2. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender: um segundo membro de furo de poço (142), sendo que o segundo membro de furo de poço está localizado de forma concêntrica dentro do primeiro membro de furo de poço (130) para definir um terceiro espaço anular (144) entre os mesmos; e um conjunto de sensor interno (110) localizado no terceiro espaço anular (144) e que tem capacidade de captar uma condição do terceiro espaço anular e que transmite os dados que representam a condição do terceiro espaço anular através de uma parede lateral (132) do primeiro membro de furo de poço ao receptor de sinal (112).

3. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de sensor externo (108) ser localizado em um diâmetro externo de uma parede lateral (132) do primeiro membro de furo de poço (130), e por compreender adicionalmente um centralizador (136) que se projeta a partir do diâmetro externo da parede lateral (132) do primeiro membro de furo de poço (130), sendo que o centralizador (136) se projeta até o segundo espaço anular (134) em uma distância maior que a do conjunto de sensor externo (108).

4. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de sensor externo (108) compreender um sensor (156), um transmissor (160) e uma fonte de alimentação (158).

5. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo receptor de sinal (112) incluir um gerador de campo eletromagnético (178), sendo que a fonte de alimentação (158) compreende uma bateria e um carregador, e o carregador carrega através de indução a bateria em resposta ao campo eletromagnético (180).

6. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de sensor externo (108) incluir uma memória e armazena os dados que representam a condição do segundo espaço anular pelo menos até que os dados que representam a condição do segundo espaço anular sejam transmitidos ao receptor de sinal (112).

7. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo receptor de sinal (112) transmitir os dados a um computador (114).

8. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um gerador de corrente (182) em contato com a água do mar fora do membro de alojamento e conectado ao receptor de sinal (112), sendo que o gerador de corrente (182) produz corrente elétrica em resposta ao movimento da água do mar e transmite a corrente elétrica ao receptor de sinal (112).

9. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo gerador de corrente compreender uma turbina (184), sendo que a turbina gira em resposta ao movimento da água do mar para fazer com que o gerador de corrente (182) produza a corrente elétrica.

10. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de sensor externo (108) ser um dentre uma pluralidade de conjuntos de sensor separados em torno do diâmetro externo do primeiro membro de furo de poço (130), sendo que cada conjunto de sensor (108) tem um transmissor (160), em que o transmissor (160) do conjunto de sensor (108) mais próximo ao receptor de sinal (112) pode transmitir os dados a partir de um ou mais dentre a pluralidade de conjuntos de sensor.

11. CONJUNTO DE CABEÇA DE POÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela condição do primeiro espaço anular incluir pelo menos uma dentre pressão e temperatura.

12. MÉTODO PARA MONITORAR CONDIÇÕES de um conjunto de cabeça de poço, sendo o método caracterizado por compreender as etapas de: (a) conectar um alojamento externo de cabeça de poço (100) a um furo de poço (102), sendo que o alojamento externo de cabeça de poço tem uma parede lateral (122) e um recesso (120) através da parede lateral; (b) posicionar um alojamento interno de cabeça de poço (124) de forma concêntrica dentro do alojamento externo de cabeça de poço (100) para definir um primeiro espaço anular (128) entre os mesmos; (c) posicionar um primeiro membro de furo de poço (130) de forma concêntrica dentro do alojamento interno de cabeça de poço (124) para definir um segundo espaço anular (134) entre os mesmos, com um conjunto de sensor (108) localizado no segundo espaço anular, sendo que o conjunto de sensor (108) tem um elemento de sensor (156), uma fonte de alimentação (158) e um transmissor (160); (d) posicionar um receptor de sinal (112) no recesso (120); e (e) captar uma condição do segundo espaço anular com o conjunto de sensor (108) e transmitir os dados que representam a condição do segundo espaço anular através de uma parede lateral (126) do alojamento interno de cabeça de poço (124) ao receptor de sinal (112).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por adicionalmente compreender a etapa de gerar um campo eletromagnético (180) pelo receptor de sinal (112) para carregar através de indução a fonte de alimentação (158).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por um gerador de corrente (182) gerar corrente elétrica em resposta ao movimento da água do mar e a corrente elétrica é usada para fornecer energia elétrica ao receptor de sinal (112).

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo conjunto de sensor (108) ser um dentre uma pluralidade de conjuntos de sensor, em que a etapa (e) compreende adicionalmente a etapa de transmitir os dados de um dentre a pluralidade de conjuntos de sensor (108) mais próxima ao receptor de sinal (112) ao receptor de sinal (112).