BR102017027366B1 - Sistema operacional de lançamento, gerenciamento e controle de unidade autônoma robotizada (rau) para trabalhos em poços de óleo e gás e método de perfilagem de poços com auxílio do dito sistema - Google Patents
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Abstract
é descrito um sistema operacional (100) de lançamento, gerenciamento e controle de uma rau (200), dito sistema compreendendo: a) mastro (21) para lançamento e alojamento da dita unidade autônoma robotizada (rau) (200), dito mastro (21) compreendendo corpo principal para alojamento da rau (200), válvula de segurança inferior (20), válvula de segurança superior (22), adaptador (18) para conexão com a cabeça de poço e ponteira (23) para comunicação com a rau; b) unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados; e c) unidade (26) de transmissão e recepção remota, localizada na superfície, para receber as informações coletadas pela dita unidade (25). é igualmente descrito o método de perfilagem de poços com auxílio do dito sistema operacional (100).
Description
[0001] A presente invenção pertence ao campo dos equipamentos destinados a efetuar trabalhos em poços de óleo e gás, mais especificamente, a um sistema operacional de lançamento, gerenciamento e controle de unidade autônoma para trabalhos em poços de óleo e gás. A invenção também se refere ao método de perfilagem de poços e instalação e desinstalação de equipamentos de subsuperfície com auxílio do dito sistema.
[0002] Perfilagem de poço é uma técnica de detecção e registro das propriedades e características das formações geológicas atravessadas pelo poço, por meio da medição das propriedades físicas dessas formações, realizadas por ferramentas descidas no poço, normalmente por meio de um cabo de perfilagem (wireline), vide Harald Bolt, Wireline Depth Determination, Rev 3.3, Apr 2012, disponível via Society of Professional Well Log Analysts web site, www.spwla.org.
[0003] Alguns tipos de perfilagem podem ser realizados durante várias fases da vida do poço, sejam na perfuração, completação, produção ou abandono.
[0004] A perfilagem pode ser realizada em poços de óleo e/ou gás, produtores ou injetores de água, com finalidade de subsidiar estudos técnicos ou ambientais.
[0005] A técnica de perfilagem em poços encontra-se bem estabelecida na indústria do petróleo, sendo utilizada e desenvolvida desde a década de 1920. Em 5 de setembro de 1927 foi realizada a primeira operação de perfilagem da qual se tem registro, feita pela Schlumberger, num poço localizado em Pechelbronn (França), onde foi utilizada a primeira ferramenta de perfilagem elétrica, que tinha por finalidade a medição de resistividade elétrica de rochas.
[0006] O método de descida da ferramenta de perfilagem no poço mais utilizado na indústria, desde a introdução da técnica de perfilagem, é através de um cabo elétrico (wireline) responsável pela descida e retirada da ferramenta de perfilagem no poço, bem como pela transmissão de dados e de energia entre a superfície e a ferramenta de perfilagem.
[0007] Ultimamente, muitos poços são perfurados de forma direcional, podendo apresentar grandes trechos inclinados ou horizontais. Para percorrer as ferramentas de perfilagem ao longo desses trechos, a princípio, passou-se a utilizar as colunas de perfuração (drill pipes) ou unidades de flexitubo (coiled tubing). Atualmente, existem técnicas onde as ferramentas de perfilagem podem ser acopladas à própria coluna de perfuração, enviando, continuamente, as informações à superfície, durante o processo de perfuração do poço, através do próprio fluido de perfuração. Essa técnica é conhecida como "Perfilagem Durante a Perfuração" (LWD) ou "Medição Durante a Perfuração" (MWD).
[0008] Outra alternativa para a descida das ferramentas de perfilagem em poços inclinados ou horizontais, através de cabo, é a utilização de um dispositivo de tração (tractor) acoplado à ferramenta de perfilagem, que possibilita a movimentação da ferramenta de perfilagem ao longo do trecho inclinado ou horizontal do poço.
[0009] O método tradicional de perfilagem por cabo ou wireline consiste na combinação de três unidades: . Unidade central de processamento, localizada na superfície, responsável pelo suprimento de energia para a ferramenta de perfilagem, bem como pela comunicação e coleta de dados registrados pela ferramenta; . Unidade de tração (guincho), localizada na superfície, conjugada com a unidade central de processamento, responsável por descer e içar a ferramenta de perfilagem, da superfície para o fundo do poço e vice-versa; de forma a fazer com que a ferramenta de perfilagem percorra os intervalos de poço que se desejam investigar e/ou coletar informações; e . Ferramenta de fundo (ferramenta de perfilagem), que é descida no poço, através de cabo, que pode ser composta de aparatos com diferentes princípios de funcionamento (acústico, radioativo, elétrico, térmico, magnético ou óptico), podendo ainda acoplar um ou mais flowmeters, para medição de vazão, e sensores de pressão, para coletar diversas informações sobre as rochas atravessadas pelo poço, tais como, propriedades permo-porosas, propriedades mecânicas, saturações de óleo, gás e água, bem como as vazões de produção de diferentes intervalos.
[0010] O método de perfilagem a cabo adota um equipamento de segurança na superfície (BOP de cabo), de forma a promover a vedação do poço, caso haja o fluxo indesejado de fluidos do fundo para a superfície, de forma a permitir a retirada da ferramenta de perfilagem, por cabo, sem deixar o poço fluir.
[0011] A Figura 1 anexa mostra um desenho esquemático do processo de perfilagem por cabo (Wireline Logging) tal como praticado no estado da técnica. Uma unidade de perfilagem (1), localizada na superfície, é composta de unidade central de processamento (2) que inclui sistema computadorizado de coleta, armazenamento e análise de dados, bem como uma fonte de energia elétrica, para alimentação da ferramenta de perfilagem (6). A unidade de superfície conta, ainda, comum sistema de tração por cabo (guincho) (3). Na cabeça do poço (não representada) é instalado um equipamento de segurança, designado como BOP de cabo (4), que pode incluir também um sistema lubrificador para permitir a retirada do cabo de perfilagem (5) com o poço em fluxo. O cabo de perfilagem (5) é responsável pela descida da ferramenta de perfilagem (6) ao longo do poço, sendo que a parede do poço (7) é um revestimento ou a própria área de contato entre o poço e a rocha atravessada pelo poço, o que caracteriza uma completação a poço aberto. A ferramenta de perfilagem (6), que pode ter variados princípios de funcionamento, mede propriedades específicas das rochas atravessadas pelo poço (7) e das zonas de interesse (8) portadoras de hidrocarbonetos e/ou água.
[0012] A Figura 2 anexa mostra outra técnica conhecida para descer ferramentas de perfilagem em um poço, no caso, um poço de alta inclinação. Assim, uma ferramenta de perfilagem (6) é descida a cabo (5), acoplada a um tractor (9), para percorrer um trecho de poço (10) de alta inclinação ou horizontal.
[0013] A indústria de óleo e gás usa a perfilagem a cabo para obter um registro contínuo das propriedades das rochas atravessadas pelo poço. A perfilagem a cabo pode ser definida como a aquisição e análise de dados geofísicos em função da profundidade do poço, juntamente com a prestação de serviços relacionados. As medições são feitas referenciadas ao longo da profundidade do poço e podem ser usadas para inferir outras propriedades, como saturação de fluidos e propriedades permo-porosas, bem como para auxiliar a tomada de decisões acerca da perfuração e produção do poço.
[0014] As ferramentas de perfilagem registram diferentes propriedades petrofísicas das rochas, usando uma variedade de princípios de funcionamento. Ferramentas de perfilagem desenvolvidas ao longo dos anos se baseiam na detecção do raio gama natural das rochas e nas propriedades elétricas e acústicas das mesmas. As ferramentas de perfilagem registram, também, a resposta da rocha em relação a estímulos radioativos, eletromagnéticos, ressonância magnética nuclear e outras propriedades. Essas ferramentas de perfilagem são especificadas pela propriedade principal na qual se baseia seu princípio de funcionamento.
[0015] Os dados são gravados na superfície (em tempo real) em um formato de dados eletrônico e, em seguida, um registro impresso ou apresentação eletrônica chamada "perfil" é fornecido ao cliente, juntamente com uma cópia eletrônica dos dados brutos.
[0016] As operações de perfilagem de poços podem ser realizadas durante algumas etapas do processo de perfuração, para fornecer informações sobre as formações que são atravessadas pelo poço, ou ao final da perfuração, depois que a zona de interesse é atingida. Os dados são registrados diretamente contra a profundidade de cabo medida.
[0017] A profundidade de cabo medida pode ser derivada de um número de medidas diferentes, mas geralmente é registrada com base em um contador de roda calibrado, ou utilizando marcas magnéticas que proporcionam incrementos calibrados do comprimento do cabo.
[0018] Quanto à perfilagem por meio de unidades autônomas, na década de 1990, foram patenteados alguns sistemas robotizados, que podem ser lançados por cabo, ou diretamente da superfície, para a execução de alguns trabalhos no interior do poço, incluindo alguns serviços de perfilagem.
[0019] Essas patentes, contudo, não detalham nenhum sistema de superfície para o lançamento das unidades autônomas, de forma a garantir a segurança de poço em caso de algum fluxo indesejável que ocorra durante a operação.
[0020] Tais patentes também não preveem a execução de atividades em poços que se encontrem em operação, seja a produção de óleo e/ou gás, seja a injeção de água, vapor ou produtos químicos, nem tampouco a perfilagem em poços com variação de diâmetro e poços completados com coluna de produção.
[0021] Desde a década de 1990, algumas patentes foram publicadas, contemplando a utilização de sistemas autônomos robotizados para a execução de perfilagem ou tarefas diversas em poços de petróleo, porém todos os sistemas autônomos são lançados utilizando os sistemas de lançamento do estado da técnica, ou seja, wireline, coiled tubing ou tractor.
[0022] A patente norte-americana US6446718 descreve uma ferramenta de poço para a perfilagem e/ou operações corretivas em um poço em um reservatório de hidrocarbonetos. A ferramenta compreende uma unidade autônoma e controlada para medir as condições do poço. A unidade autônoma compreende meios de locomoção para proporcionar um movimento ao longo do poço; meios para detectar as condições de poço e meios lógicos para controlar a unidade. A lógica significa ser capaz de tomar decisões com base em, pelo menos, dois parâmetros de entrada. Ela pode ser conectada a uma unidade fixa na superfície ou lançada a partir da superfície. O sistema de ligação entre as duas unidades pode ser repetidamente operado sob condições de fundo de poço e, preferivelmente, inclui um componente ativo para a desconexão. A maior ênfase desta patente é para que uma ferramenta de perfilagem descida a cabo possa percorrer um trecho horizontal ou de alta inclinação do poço por meio de uma unidade de tração (tractor) acoplada à ferramenta de perfilagem.
[0023] As patentes norte-americanas US6845819 e US6405798 apresentam propostas semelhantes às da patente US6446718. Trata-se de invento de uma unidade robotizada para locomoção em poços de petróleo com o objetivo de realizar reparos ou operações de perfilagem diversas. O teor do relatório descritivo permite compreender que a invenção se destina à utilização em poços revestidos, sem coluna de tubos e sem variações de diâmetro ao longo da trajetória do poço.
[0024] A patente norte-americana US9528348B2 trata de um sistema para lançamento de unidade de potência para suprir uma ferramenta de fundo, descida por meio de cabo, wireline ou coiled tubing.
[0025] As patentes depositadas ao longo das últimas décadas, relativas a unidades autônomas para realizar tarefas em poços, devido aos sistemas de lançamento utilizados, todos do estado da técnica e já discutidos acima no presente relatório, não contemplam inúmeras possibilidades, tais como, operar com o poço em operação (produção ou injeção), equipados com tubing, com variações de diâmetro, completação a poço aberto (sem revestimento) e com telas de contenção de areia. Além disso os ditos sistemas de lançamento não são capazes de garantir a segurança de poço em caso de algum fluxo indesejável que ocorra durante a operação.
[0026] A invenção se refere a um sistema operacional de lançamento, gerenciamento e controle de unidade autônoma para trabalhos em poços de óleo e gás, sendo que a dita unidade autônoma inclui uma ferramenta de fundo para realização de operações de perfilagem e serviços diversos em poços produtores de óleo e/ou gás e poços injetores.
[0027] A invenção se refere ainda a um método de perfilagem de poços com auxílio do sistema da invenção.
[0028] A unidade autônoma da invenção se destina à realização de qualquer tarefa de subsuperfície em poços de petróleo, para registro, coleta e transmissão de dados do poço e das formações geológicas.
[0029] Os poços de óleo e gás objeto dos trabalhos são produtores ou injetores. Os poços estão em operação ou em condição de amortecimento, e em qualquer tipo de completação, seja a poço aberto ou revestido, cimentado e canhoneado. Os poços são verticais, horizontais ou inclinados. O diâmetro do poço é fixo ou variável ao longo da trajetória da unidade autônoma.
[0030] A unidade autônoma e método de operação da mesma para que sejam efetuados trabalhos em poços conforme a invenção é operacional sem retirar a Árvore de Natal do poço, ou seja, é possível efetuar a perfilagem ou serviço com o poço em operação (produção ou injeção).
[0031] A unidade autônoma robotizada (RAU) da invenção para realização de operações de perfilagem e serviços de instalação e/ou desinstalação de equipamentos de poço compreende: a) sistema motorizado de tração autoajustável ao diâmetro do poço, composto por um conjunto de motores elétricos e componentes de transmissão em uma estrutura mecânica capaz de se autoajustar a diferentes diâmetros ao longo do poço com auxílio de sensores para identificação da variação de diâmetro do poço; b) unidade de processamento e controle, responsável por todo o processamento de dados e controle do sistema robótico, realizando aquisição em tempo real dos dados dos sensores embarcados na RAU, processando estes dados e enviando para o sistema de controle, permitindo à RAU operar de forma autônoma; c) unidade de baterias, responsável pela alimentação elétrica da RAU e de seus componentes, para prover a energia necessária para a realização de uma operação completa da RAU no poço; d) câmara de compensação de empuxo para auxilio ao sistema robótico para retornar à superfície ao final de cada operação; e) unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados, que compreende um computador portátil com interface para a ponteira de comunicação do mastro localizada na superfície e conectada ao dito mastro de lançamento; g) sistema de transmissão e recepção remota de dados, para realizar a transmissão das informações coletadas pela dita unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados a uma base remota de monitoramento e controle; h) dispositivo para registro de vazão; i) sensor eletrônico para registro de pressão; j) sensor eletrônico para registro de temperatura; k) sensores eletrônicos, nas extremidades superior e inferior da RAU, para reconhecimento de diâmetro de poço; e l) ponteira de resgate, para recuperação da ferramenta em caso de prisão no interior do poço ou pane.
[0032] Alternativamente a RAU inclui diferentes ferramentas de perfilagem de diversos princípios de funcionamento, além das citadas nos itens h) até j).
[0033] A presente invenção trata ainda do método de perfilagem de poços efetuado com auxílio do sistema da invenção.
[0034] O presente sistema compreende um mastro de lançamento, unidade de programação e gerenciamento, a dita unidade autônoma robotizada (RAU) e unidade ou sistema de transmissão remota de dados.
[0035] De modo amplo, o sistema operacional de lançamento, gerenciamento e controle de unidade autônoma para trabalhos em poços de óleo e gás compreende: a) mastro de lançamento de unidade autônoma conforme o pedido brasileiro depositado BR102017017526-0 (e depósito internacional correspondente PCT/BR2017050275), dito mastro alojando e lançando a unidade autônoma robotizada e sendo dotado de ponteira de comunicação; b) unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados; e c) unidade de transmissão e recepção remota de dados.
[0036] E o método da invenção para a perfilagem de poços com auxílio do sistema da invenção compreende as seguintes etapas: a) prover um mastro de lançamento (21), a extremidade superior do mesmo sendo dotada de ponteira de comunicação (23); b) prover uma unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados para programação de tarefas a serem realizadas pela RAU (200) e pela coleta dos dados registrados e armazenados na memória da RAU (200); c) conectar o mastro de lançamento (21) à Arvore de Natal do poço por meio de adaptador (18); d) alojar, com a válvula de segurança superior (22) aberta e a válvula de segurança inferior (20) e a válvula de pistoneio (17) fechadas, a RAU (200) no interior do mastro (21); e) conectar a ponteira de comunicação (23) a um sistema elétrico por qualquer meio, para carregamento das baterias da RAU (200); f) estabelecer contato entre a unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados e a RAU (200), sendo então enviada para a unidade de processamento (28) da RAU (200), a programação de tarefas a serem executadas no poço; g) abrir a válvula de segurança inferior (20) do mastro (21) e a válvula de pistoneio (17) da Árvore de Natal e permitir que a RAU (200) se locomova para o fundo do poço, para realização das tarefas para as quais foi programada, incluindo operações de perfilagem ou instalação e desinstalação de equipamentos de subsuperfície, a RAU (200) sendo capaz de se locomover ao longo da coluna de produção ou injeção, revestimento ou poço aberto, até a profundidade desejada para a operação; h) abrir automaticamente a válvula de segurança inferior (20) quando do retorno à superfície da unidade autônoma (RAU) (200) e após a entrada da RAU (200) no mastro (21), fechar a dita válvula (20); i) terminar o trajeto ascendente da (RAU) (200) ao longo do corpo principal do mastro (21) pelo alojamento da RAU na ponteira de comunicação (23); j) coletar os dados obtidos pela RAU (200) e registrados na memória da unidade de processamento (28) durante a operação no poço; e k) enviar os dados registrados pela RAU (200) e coletados pela unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados para uma base remota (26), localizada na superfície.
[0037] Assim, a invenção provê um sistema operacional de programação de tarefas, lançamento, operação e monitoramento de unidade autônoma que possibilita a execução de perfilagem e trabalhos em poços de óleo e gás sem necessidade de retirar a Árvore de Natal do poço, bem como a coleta e tratamento de dados, seja por operador presente na locação do poço ou localizado em base remota de operações.
[0038] A invenção provê adicionalmente um sistema operacional de programação, lançamento, monitoramento e coleta de dados de unidade autônoma que possibilita a execução de perfilagem e trabalhos em poços de óleo e gás, sejam verticais, horizontais ou inclinados.
[0039] A invenção provê adicionalmente um sistema operacional de programação, lançamento, monitoramento e coleta de dados de unidade autônoma que possibilita a execução de perfilagem e trabalhos em poços de óleo e gás, dito sistema sendo operável com o poço em fluxo.
[0040] A invenção provê também um sistema operacional de programação, lançamento, monitoramento e coleta de dados de ferramentas de perfilagem de qualquer natureza, seja de princípio acústico, elétrico, magnético, radioativo, óptico ou uma combinação entre eles, tais ferramentas sendo conduzidas por um sistema autônomo alojado no presente sistema.
[0041] A invenção provê adicionalmente um sistema operacional de programação, lançamento, monitoramento e coleta de dados de unidade autônoma que possibilita a execução de perfilagem e trabalhos em poços de óleo e gás, os poços sendo não revestidos (open hole), revestidos, cimentados e canhoneados (cased, cemented and perforated), verticais, inclinados ou horizontais, com diâmetro constante ou variável ao longo de sua trajetória.
[0042] A presente invenção provê ainda um método de perfilagem de poços com auxílio do dito sistema operacional de programação, lançamento, monitoramento e coleta de dados de unidade autônoma.
[0043] A Figura 1 mostra um desenho esquemático do processo de perfilagem por cabo (Wireline Logging).
[0044] A Figura 2 mostra uma ferramenta de perfilagem, descida a cabo, acoplada a um tractor, para percorrer um trecho de poço de alta inclinação.
[0045] A Figura 3 mostra um esquema geral do método de operação, incluindo o sistema de lançamento (mastro) da RAU (não representada), conectado à Árvore de Natal do poço, unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados, sistema de transmissão de dados e base remota de operação.
[0046] A Figura 4 mostra um esquema da RAU operando em um poço revestido, com detalhamento dos seus componentes.
[0047] A Figura 5 anexa mostra um Fluxograma de Operação do Sistema Operacional de Lançamento, Gerenciamento e Controle da Unidade Autônoma (RAU) para execução de perfilagem e operações em poços.
[0048] No decorrer do presente relatório, as expressões “unidade autônoma” ou “ferramenta autônoma”, ou ainda, a sigla RAU, são equivalentes entre si e usadas indistintamente.
[0049] Ainda, no decorrer do presente relatório, o sistema de superfície também é denominado mastro de lançamento e, portanto, os termos sistema operacional de lançamento e mastro de lançamento ou mesmo mastro devem ser considerados equivalentes para os propósitos da invenção.
[0050] O primeiro aspecto da invenção é o sistema integrado de lançamento, gerenciamento e controle da RAU. Dito sistema compreende mastro de lançamento incluindo uma RAU, unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados e central de monitoramento e controle, o sistema completo sendo geralmente designado pelo numeral (100).
[0051] A presente invenção será descrita a seguir por referência às Figuras anexas, que não devem ser consideradas limitativas da mesma.
[0052] O sistema (100) de lançamento, gerenciamento e controle da RAU e coleta e transmissão remota de dados de operação de ferramentas autônomas para trabalhos em poços de óleo e gás está ilustrado na Figura 3. A Figura 3 ilustra igualmente a cabeça do poço com suas respectivas válvulas de controle, a dita cabeça de poço sendo representada em uma modalidade por uma Árvore de Natal. Em modalidades alternativas, a cabeça de poço é uma cabeça de revestimento, cabeça de produção ou ainda um preventor de erupções de poço (BOP).
[0053] Conforme a Figura 3, a cabeça de poço é constituída pela Árvore de Natal, compreendendo o suspensor (12) da coluna de produção (11), uma válvula mestra inferior (13), uma válvula mestra superior (14), um "choke" de produção (15), duas válvulas laterais (16) e (19), uma válvula de pistoneio (17) e um adaptador (18) para conexão do mastro de lançamento (21) da RAU com a dita Árvore de Natal.
[0054] O mastro de lançamento (21), objeto do pedido brasileiro depositado BR102017017526-0 (pedido internacional correspondente PCT/BR2017050275) mencionado acima, é conectado à Árvore de Natal por meio do adaptador (18). O dito mastro (21) serve para o alojamento e lançamento da RAU para execução de trabalhos no poço. A inserção da RAU no mastro (21) é i ndicada de modo genérico na Figura 3. Adicionalmente, deve ficar bem claro para os especialistas que a posição da RAU no mastro (21) não é fixa, sua posição variando durante as diversas fases do lançamento no poço.
[0055] O mastro (21) é dotado de uma ponteira de comunicação (23) para interface entre a RAU e a unidade (25) de gerenciamento e coleta de dados.
[0056] Em uma modalidade, um cabo elétrico (24) é conectado à Ponteira de Comunicação (23) do mastro (21), para fins de carregamento das baterias da RAU e coleta de dados e programação da RAU pela dita unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados. Em uma modalidade alternativa, a dita conexão é sem fio.
[0057] A dita unidade de gerenciamento e coleta de dados (25) está em comunicação com uma central de monitoramento e controle (26), localizada remotamente, para transferência dos dados coletados e recebimento de novas programações para realização de tarefas no poço.
[0058] A unidade autônoma robotizada (RAU) inclui uma ferramenta (ou conjunto de ferramentas) de perfilagem destinada à realização de operações de perfilagem ou uma ferramenta especializada para serviços de instalação e/ou desinstalação de equipamentos de poço.
[0059] Conforme a Figura 3, o sistema (100) de lançamento, gerenciamento e controle de unidade autônoma robotizada para trabalho em poços de óleo e gás, objeto desta invenção, compreende: a) mastro (21) instrumentado para lançamento e recolhimento da RAU, descrito no pedido depositado brasileiro BR102017017526-0; composto por corpo principal para alojamento da RAU; válvula de segurança inferior (20), válvula de segurança superior (22), adaptador (18) para conexão com a cabeça de poço e ponteira (23) para comunicação com a RAU; b) unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados, localizada na superfície, a unidade (25) compreendendo um computador portátil com interface para a ponteira de comunicação (23) do mastro (21). Ao final de cada operação, é realizada pelo operador, por meio da dita unidade (25), a aquisição dos dados coletados pelo sistema robótico, com possibilidade de programação de uma nova tarefa para a RAU. Caso todos os trabalhos programados para o poço tenham sido concluídos, a dita unidade (25) é desinstalada, juntamente com o sistema de lançamento e a RAU. Alternativamente, a dita unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados fica permanentemente conectada à ponteira de comunicação (23) (End Cap) do mastro (21), no caso de a RAU se encontrar permanentemente dedicada a um único poço; e c) uma base remota (26) ou central de monitoramento e controle para receber as informações coletadas pela dita unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados.
[0060] A transmissão das informações coletadas pela dita unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados à dita base remota (26) ou central de monitoramento e controle é efetuada com auxílio de um sistema de transmissão e recepção remota de dados. Dito sistema de transmissão de dados realiza a comunicação entre o sistema instalado na locação do poço e a base remota de monitoramento e controle (26), o que possibilita o controle e acionamento das operações, bem como o monitoramento de funcionalidades do RAU, tais como nível de carga das baterias, tempo total de operação da RAU, testes de funcionalidades da RAU, etc., a partir da base remota (26). A comunicação entre a unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados (25) e a base remota (26) é realizada por serviço de telefonia celular móvel ou por satélite.
[0061] Conforme a invenção, o sistema operacional (100) se destina ao lançamento, gerenciamento e controle de unidade autônoma robotizada para trabalhos em poços de óleo e gás. Na invenção, dita unidade autônoma ou RAU é geralmente designada pelo numeral (200). Deve ficar bem claro para os especialistas que tais unidades são de conhecimento geral, mas a unidade específica utilizada na invenção compreende detalhes que a Requerente considera importantes para a compreensão geral da presente invenção.
[0062] A RAU (200) é o conjunto de componentes de subsuperfície que incorpora e conduz a ferramenta de perfilagem (28) para o interior do poço (10) a fim de efetuar trabalhos.
[0063] A unidade autônoma (RAU) (200) está representada na Figura 4.
[0064] A RAU carrega opcionalmente diferentes dispositivos para instalação e/ou desinstalação de equipamentos de subsuperfície, tais como válvulas, tampões e obturadores de poço (não representados).
[0065] A RAU (200) compreende: a) pelo menos um sistema motorizado (30) de tração, autoajustável ao diâmetro do poço (10), dotado de sistema de esteiras (31) ou qualquer outro meio de locomoção conhecido, dito pelo menos um sistema motorizado (30) de tração sendo composto por conjuntos de motores elétricos e componentes de transmissão em uma estrutura mecânica capaz de se autoajustar a diferentes diâmetros ao longo do poço (10). A estrutura mecânica atua por meio de um conjunto de molas ou sistema retrátil, de forma a centralizar o equipamento e adaptar-se aos diâmetros do poço (10) ao longo da sua trajetória. O sistema motorizado (30) inclui, adicionalmente, um medidor de distância percorrida (não representado), conhecido na indústria, para localização da RAU (200) no interior do poço (10); b) uma unidade de processamento e controle (29), responsável por: i) efetuar o processamento de dados e controle do sistema robótico, realizando aquisição em tempo real dos dados de todos os sensores embarcados na RAU (200), incluindo tanto os sensores de diâmetro de poço (27) e (34), quanto os sensores de vazão, pressão e temperatura (não representados) ou quaisquer outros sensores presentes na ferramenta de perfilagem integrante da RAU, e ii) processar as tarefas estabelecidas pela unidade de programação (25) , permitindo à RAU (200) operar de forma autônoma; c) uma unidade de baterias (33) responsável pela alimentação elétrica da RAU (200) e de seus componentes, composta por um conjunto de baterias elétricas recarregáveis, de alta capacidade, capazes de prover a energia necessária para a realização de uma operação completa da RAU (200) no poço (10); d) sistema de reconhecimento de diâmetro do poço, composto por um conjunto de sensores (34, 27) que permite a identificação da variação de diâmetro do poço (10). Os dados coletados pelos ditos sensores (34,27) são enviados para a unidade (29) de processamento e controle do RAU (200) para analise computacional e adaptação do sistema de tração (30) ao diâmetro do trecho de poço (10) percorrido; e) câmara de compensação de empuxo (32) para auxilio ao sistema robótico para retornar à superfície ao final de cada operação, servindo, também, como sistema de segurança para que ocorra o retorno da RAU (200), de forma passiva, até o mastro de lançamento (21) descrito no pedido depositado brasileiro BR102017017526-0; f) uma ferramenta de perfilagem (28), incluindo opcionalmente um dispositivo para registro de vazão (não representado), selecionado dentre qualquer meio conhecido para medição de fluxo, como medidores de fluxo por turbina, rotor, princípio magnético, térmico, placas de orifício, "Tubo de Pitot", “Coriolis” ou outro qualquer. A ferramenta de perfilagem (28) inclui opcionalmente um sensor eletrônico (não representado) para registro de pressão, selecionado dentre sensor de cristal, sensor MEMS ou qualquer outro disponível comercialmente. A dita ferramenta de perfilagem (28) inclui ainda opcionalmente um sensor eletrônico (não representado) para registro de temperatura, selecionado dentre sensor de cristal, sensor MEMS ou qualquer outro tipo de sensor de temperatura disponível comercialmente; g) interface (35) para conexão da RAU (200) com a ponteira (23) de comunicação do mastro (21), responsável pela transmissão de dados entre a RAU (200) e a Unidade de Programação, Gerenciamento e Coleta de Dados (25); e h) cabeça ou ponteira de resgate (36), para recuperação da RAU (200) e içamento da dita RAU até a superfície, no caso de prisão no interior do poço (10) ou pane.
[0066] A RAU (200) carrega ainda opcionalmente diferentes ferramentas de perfilagem ou sensores de diversos princípios de funcionamento, sejam de princípio radioativo, acústico, elétrico, magnético, ótico ou hidrodinâmico, ou ainda uma combinação entre estes; para medição e registro de diferentes propriedades físicas das rochas e do poço.
[0067] A parede de poço (10) representada na Figura 4 é um revestimento, coluna de produção ou injeção, ou ainda uma parede de poço não-revestido, o trecho sendo vertical, horizontal ou com uma inclinação qualquer e abrangendo o intervalo de profundidades desde a superfície até a profundidade final do poço.
[0068] A Unidade de Tração Motorizada (30), Unidade de Processamento e Controle (29) e a Ferramenta de Perfilagem (28) são interligadas entre si e compõem o assim chamado sistema ativo da RAU (200).
[0069] A ferramenta de perfilagem (28) é um medidor de pressão, temperatura ou vazão, ou qualquer combinação destes, assim como qualquer outra ferramenta de perfilagem, seja de princípio elétrico, radioativo, acústico, magnético ou ótico, ou ainda uma combinação desses princípios.
[0070] O componente designado pelo numeral (28) é ainda, uma ferramenta para instalação e/ou desinstalação de equipamentos de subsuperfície, seja sob forma de válvulas, obturadores ou quaisquer outros equipamentos da coluna de produção ou revestimento, ou ainda, poço aberto.
[0071] Os sensores inferior (27) e superior (34) acoplados às extremidades inferior e superior da RAU (200) se destinam ao reconhecimento de diâmetro de poço (10), ditos sensores (27,34) sendo conhecidos na indústria e sendo selecionados dentre aqueles operados por princípio acústico, magnético, ótico ou qualquer outro disponibilizado comercialmente.
[0072] Os ditos sensores de identificação de diâmetro superior (34) e inferior (27) transmitem informações à Unidade de Processamento e Controle (29) da RAU (200) para o controle da expansão ou retração do Sistema de Esteiras (31) (ou outro meio de locomoção conhecido) da Unidade de Tração Motorizada (30), de forma a permitir a movimentação da RAU (200) ao longo de diferentes diâmetros de poço (10).
[0073] Os dispositivos (sensores) de identificação de diâmetro de poço inferior (27) e superior (34), conjugados com um sistema retrátil de locomoção ou sistema de esteiras (31) permitem ainda que a RAU (200) possa percorrer trechos com diferentes diâmetros ao longo da trajetória do poço, permitindo o trajeto por dentro de tubulações de produção ou injeção, revestimento e parede de poço aberto.
[0074] A interface (35) i nstalada na parte superior da RAU (200) é uma interface para conexão eletrônica da dita RAU (200) com a ponteira de comunicação (23) do mastro (21) (Figura 3). A ponteira (23) é responsável pela conexão e transmissão de dados entre a RAU (200) e a unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados (25).
[0075] Na extremidade superior da RAU (200) é conectada uma cabeça de resgate (36) para recuperação da RAU (200) em caso de prisão ou pane, conforme descrito no pedido brasileiro depositado BR102017017526-0 (pedido internacional correspondente PCT/BR2017050275).
[0076] A conexão entre os diversos elementos da RAU (200) é feita por meio de rosca ou qualquer outro tipo de conexão mecânica com contato elétrico, tal tipo de conexão já sendo conhecida na indústria.
[0077] E o método de perfilagem de poços com auxílio do sistema da invenção é como segue.
[0078] De acordo com a Figura 3, com a válvula de segurança superior (22) do mastro (21) aberta e a válvula de segurança inferior (20) do mastro (21) e a válvula de pistoneio (17) fechadas, a RAU (200) é alojada no interior do mastro (21).
[0079] A unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta dos dados a serem obtidos pela ferramenta de perfilagem (28) é conectada à ponteira de comunicação (23) do mastro (21) por meio de cabo (24) ou por conexão sem fio (wireless).
[0080] A unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados é responsável: i) pela programação de tarefas a serem realizadas pela RAU (200), e j) ) pela coleta dos dados registrados e armazenados na memória da RAU (200).
[0081] Após a instalação da ponteira (23) na extremidade superior do mastro (21), é estabelecido o contato entre a unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados e a RAU (200), sendo então enviada para a unidade de processamento (29) da RAU (200) a programação de tarefas a serem executadas no poço.
[0082] A válvula de segurança inferior (20) do mastro (21) e a válvula de pistoneio (17) da Árvore de Natal são, então, abertas e a RAU (200) se locomove para o fundo do poço (10), para realização das tarefas para as quais foi programada, podendo ser operações de perfilagem ou instalação e desinstalação de equipamentos de subsuperfície, podendo a RAU se locomover ao longo da coluna de produção ou injeção, revestimento ou poço aberto, até a profundidade desejada para a operação, a válvula de segurança inferior (20) do mastro (21) se ndo então fechada.
[0083] Quando a unidade autônoma (RAU) (200) retorna para a superfície e se aproxima da válvula de segurança inferior (20), esta se abre automaticamente e após a entrada da RAU (200) no mastro (21), a dita válvula (20) se fecha novamente. Continuando o trajeto ascendente ao longo do corpo principal (21), a RAU (200) se aloja na ponteira de comunicação (23).
[0084] Os dados obtidos pela RAU (200) e registrados na memória da unidade de processamento (29) durante a operação no poço (10) são, então, coletados pela unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados (25) conectada à ponteira de comunicação (23) do mastro (21), seja por cabo (24) ou conexão sem fio.
[0085] Os dados registrados pela RAU (200) e coletados pela unidade de programação, gerenciamento e coleta de dados (25) são enviados para uma base remota (26), por meio de sinal de telefonia celular móvel ou via satélite.
[0086] Note-se que a válvula de pistoneio (17) ou qualquer outra válvula de controle de fluxo da Árvore de Natal só é fechada se a RAU não for retornar mais ao poço, ou seja, se a operação estiver concluída.
[0087] Alojada na ponteira (23), a unidade autônoma (RAU) (200) tem a bateria recarregada, os dados coletados e retorna ao poço, caso necessário, seguindo os mesmos passos descritos acima no presente relatório, para a realização de novas tarefas.
[0088] Caso tenham sido concluídos os serviços no poço, a válvula de pistoneio (swab valve) (17) ou qualquer outra válvula de controle de fluxo da Árvore de Natal é fechada. Após isso, o mastro (21) é drenado e desacoplado da cabeça do poço (10).
[0089] A descrição acima confirma que, diferentemente de outros documentos, tal como a patente norte-americana US9528348 e outros documentos de patente citados acima no presente relatório, a presente invenção propõe um método de perfilagem de poços através de sistema operacional de lançamento, operação, coleta e registro de dados de unidades do tipo autônomas robotizadas (RAU) sem necessidade de condução por cabo, wireline, coiled tubing ou tubulação de perfuração ou completação, de modo a possibilitar a operação com o poço em fluxo, o diâmetro do poço sendo opcionalmente variável ao longo da sua trajetória, seja o poço equipado ou não com coluna de tubos.
[0090] O segundo aspecto do presente método de perfilagem é a possibilidade de realizar toda a operação com o poço em fluxo, seja produzindo ou injetando fluidos, sem a necessidade de interferir na operação do poço.
[0091] Deve ficar bem claro na presente descrição que embora a coluna de produção e/ou injeção não esteja representada em nenhuma Figura, a extremidade (11) da mesma foi representada esquematicamente na Figura 3 para tornar clara a possibilidade da RAU (200) em transitar pelo interior da coluna.
[0092] Também deve ser esclarecido que, embora a Figura 4 mostre o esquema de uma RAU (200) dentro de um revestimento de poço (10), a unidade autônoma pode transitar, igualmente, pelo interior de colunas de produção ou injeção, como também em poços não revestidos, incluindo variações de diâmetros ao longo da trajetória do poço, em qualquer um destes ambientes, sejam esses ambientes situados ao longo de trechos verticais, horizontais ou qualquer outra inclinação.
[0093] A Figura 5 mostra um Fluxograma de Operação do Sistema Operacional (300) de Lançamento, Gerenciamento e Controle da Unidade Autônoma (RAU) para execução do presente método de perfilagem e operações em poços, onde: a) A Unidade de Processamento e Controle (29) da RAU (200) tanto recebe (via L6) quanto envia (via L5) informações para a Unidade de Programação, Gerenciamento e Coleta de Dados (25) por intermédio da Ponteira (23) de Comunicação do Mastro (21), a dita ponteira (23) estabelecendo a comunicação entre as ditas duas Unidades (29, 25) (via L1 e L2); b) A dita Unidade de Programação, Gerenciamento e Coleta de Dados (25) recebe (via L4) e envia (via L3) informações para uma Central de Monitoramento e Controle de Operações (26) (base remota) por meio de sinal de telefonia celular móvel ou via satélite; c) A unidade de Processamento e Controle da RAU (29) tanto recebe informações (via L15) quanto envia instruções (via L14) para a Ferramenta de Perfilagem (28); d) A Ferramenta de Perfilagem (28) é conectada aos sensores de vazão, pressão e temperatura via L16, L17 e L18; e) A Unidade de Processamento e Controle (29) da RAU recebe informações dos Sensores de Diâmetro Superior (34) via L12 e Inferior (27) via L13; f) A Unidade de Tração Motorizada (30) é conectada mecanicamente a um sistema de esteiras (ou qualquer outro sistema de locomoção mecânica) (31), via L8 e à Câmara de Compensação de Empuxo (32), via L9; e g) O Conjunto de Baterias Elétricas (33) fornece energia elétrica, via L7, ao sistema ativo da RAU (200) (elementos 37, 34, 30, 29, 28).
Claims (2)
1. Sistema operacional de lançamento, gerenciamento e controle de unidade autônoma robotizada (RAU) para trabalhos em poços de óleo e gás, compreendendo: mastro (21) para lançamento e alojamento de unidade autônoma robotizada (RAU) (200) para trabalhos em poços de óleo e gás, dito mastro (21) compreendendo corpo principal para alojamento da RAU (200), válvula de segurança inferior (20), válvula de segurança superior (22), adaptador (18) para conexão com a cabeça de poço e ponteira (23) para comunicação com a RAU; unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados, a interface entre dita unidade (25) e a dita RAU (200) sendo efetuada pela dita ponteira de comunicação (23) do mastro (21); e unidade (26) de transmissão e recepção remota para receber as informações coletadas pela dita unidade (25), dita unidade (26) sendo localizada na superfície, caracterizado por, em operação, no dito sistema; a) a Unidade de Processamento e Controle (29) da RAU (200) tanto receber (via L6) quanto enviar (via L5) informações para a Unidade de Programação, Gerenciamento e Coleta de Dados (25) por intermédio da Ponteira (23) de Comunicação do Mastro (21), a dita ponteira (23) estabelecendo a comunicação entre as ditas duas Unidades (29, 25) (via L1 e L2); b) a dita Unidade de Programação, Gerenciamento e Coleta de Dados (25) receber (via L4) e enviar (via L3) informações para uma Central de Monitoramento e Controle de Operações (26) (base remota) por meio de sinal de telefonia celular móvel ou via satélite; c) a unidade de Processamento e Controle da RAU (29) tanto receber informações (via L15) quanto enviar instruções (via L14) para a Ferramenta de Perfilagem (28); d) a Ferramenta de Perfilagem (28) ser conectada aos sensores de vazão, pressão e temperatura via L16, L17 e L18; e) a Unidade de Processamento e Controle (29) da RAU receber informações dos Sensores de Diâmetro Superior (34) via L12 e Inferior (27) via L13; f) a Unidade de Tração Motorizada (30) ser conectada mecanicamente a um sistema de esteiras (ou qualquer outro sistema de locomoção mecânica) (31), via L8 e à Câmara de Compensação de Empuxo (32), via L9; e g) o Conjunto de Baterias Elétricas (33) fornecer energia elétrica, via L7, ao sistema ativo da RAU (200), elementos (37, 34, 30, 29, 28).
2. Método de perfilagem de poços com auxílio do sistema da reivindicação 1, caracterizado por compreender as etapas de: a) prover um mastro de lançamento (21) compreendendo válvula de segurança inferior (20), válvula de segurança superior (22), tendo a extremidade superior dotada de ponteira de comunicação (23); b) prover uma unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados para programação de tarefas a serem realizadas pela RAU (200), alimentada por bateria, e para coleta dos dados registrados e armazenados na memória da dita RAU (200); c) conectar o mastro de lançamento (21) à Arvore de Natal do poço por meio de adaptador (18); d) alojar, com a válvula de segurança superior (22) aberta e a válvula de segurança inferior (20) e a válvula de pistoneio (17) fechadas, a RAU (200) no interior do mastro (21); e) conectar a ponteira de comunicação (23) a um sistema elétrico por qualquer meio, para carregamento das baterias da RAU (200); f) estabelecer contato entre a unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados e a RAU (200), para enviar, para a unidade de processamento (28) da RAU (200), a programação de tarefas a serem executadas no poço; g) abrir a válvula de segurança inferior (20) do mastro (21) e a válvula de pistoneio (17) da Árvore de Natal, para permitir que a RAU (200) se locomova para o fundo do poço, para realização das tarefas para as quais foi programada, incluindo operações de perfilagem ou instalação e desinstalação de equipamentos de subsuperfície, a RAU (200) sendo capaz de se locomover ao longo da coluna de produção ou injeção, revestimento ou poço aberto, até a profundidade desejada para a operação; h) abrir automaticamente a válvula de segurança inferior (20) quando do retorno à superfície da unidade autônoma (RAU) (200) e, após a entrada da RAU (200) no mastro (21), fechar a dita válvula (20); i) terminar o trajeto ascendente da (RAU) (200) ao longo do corpo principal do mastro (21), com o alojamento da RAU na ponteira de comunicação (23); j) coletar os dados obtidos pela RAU (200) e registrados na memória da unidade de processamento (28) durante a operação no poço; e k) enviar os dados registrados pela RAU (200) e coletados pela unidade (25) de programação, gerenciamento e coleta de dados para uma base remota (26), localizada na superfície.
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