BR102019025592A2 - CONNECTION MODULE - Google Patents
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Abstract
módulo de conexão. baseado na conexão de partes encaixáveis entre si, permitindo diversas combinações de sensores, sem o uso de derivações externas no cabo de alimentação e fornecimento de energia.connection module. based on the connection of pluggable parts to each other, allowing different combinations of sensors, without the use of external taps in the power supply and power supply cable.
Description
[0001] Relatório descritivo de patente de invenção de módulo de conexão, cujo conceito se baseia em partes encaixáveis entre si, permitindo diversas combinações de sensores, sem uso de derivações externas no cabo de alimentação e fornecimento de energia.[0001] Descriptive report of patent for the invention of a connection module, whose concept is based on interlockable parts, allowing different combinations of sensors, without the use of external derivations in the power and power supply cable.
[0002] A otimização da produção em poços de petróleo requer a interpretação de dados de diferentes fontes, como medições adquiridas em tempo real na planta de processamento e amostragens, com o propósito de caracterização de reservatórios nos estágios iniciais do desenvolvimento do campo.[0002] The optimization of production in oil wells requires the interpretation of data from different sources, such as measurements acquired in real time in the processing plant and sampling, for the purpose of characterization of reservoirs in the early stages of field development.
[0003] Neste contexto, as medições contínuas efetuadas em poços produtores e injetores consistem em valiosas fontes de informação. Mediante registros de pressão e temperatura, além de outros, em diferentes poços, parâmetros de reservatório - como transmissibilidades e comunicação entre poços - podem ser inferidos.[0003] In this context, continuous measurements carried out in producer and injector wells are valuable sources of information. Through pressure and temperature records, among others, in different wells, reservoir parameters - such as transmissibilities and communication between wells - can be inferred.
[0004] Do mesmo modo, estes parâmetros oferecem subsídios ao monitoramento da condição do poço para produção ou injeção, permitindo a identificação de dano ou estimulação de poços.[0004] Likewise, these parameters provide subsidies for monitoring the condition of the well for production or injection, allowing the identification of damage or stimulation of wells.
[0005] Em poços marinhos, registros contínuos de pressão e temperatura derivam de instrumentos acomodados permanentemente na coluna de produção (ou injeção) — denominados “Permanent Downhole Gauges” (PDG).[0005] In marine wells, continuous recordings of pressure and temperature are derived from instruments permanently accommodated in the production (or injection) column - called "Permanent Downhole Gauges" (PDG).
[0006] Devido à complexidade e aos custos envolvidos na instalação de um sistema de monitoramento, do qual o PDG faz parte, bem como a importância deste sistema se manter operacional, a confiabilidade deste sistema incluindo os sensores e suas conexões devem ser altas o suficiente de modo a garantir vida útil, idealmente, tão longa quanto à do poço. Um método comumente utilizado para elevar a confiabilidade de sistemas é a utilização de elementos redundantes, tais como sensores, componentes eletrônicos e outros. Atualmente os principais operadores de poços exigem que os sensores de pressão e temperatura, assim como demais equipamentos de poço, sejam redundantes.[0006] Due to the complexity and costs involved in installing a monitoring system, of which PDG is a part, as well as the importance of this system to remain operational, the reliability of this system including the sensors and their connections must be high enough in order to guarantee a useful life, ideally, as long as that of the well. A commonly used method to increase the reliability of systems is the use of redundant elements, such as sensors, electronic components and others. Today's leading well operators require pressure and temperature sensors, as well as other well equipment, to be redundant.
[0007] Hoje é sabido que parte significativa das falhas ocorre no processo de instalação, conexões elétricas do sistema.[0007] Today it is known that a significant part of failures occurs in the installation process, electrical connections of the system.
[0008] Devido à importância do monitoramento das características de um poço de petróleo, os sensores permanentes atuais, em sua maioria, se tornam uma barreira tecnológica para otimização da produção, uma vez que falhas nesses sensores causam perda do monitoramento de variáveis importantes, como pressão e temperatura, além de outras, no controle da produção, em especial nas completações inteligentes de poços.[0008] Due to the importance of monitoring the characteristics of an oil well, the current permanent sensors, for the most part, become a technological barrier to production optimization, since failures in these sensors cause loss of monitoring of important variables, such as pressure and temperature, among others, in production control, especially in intelligent well completions.
[0009] Esse problema causa dificuldades no gerenciamento das operações do poço de petróleo, interferindo na produção, além do que, em situação extrema, há necessidade de intervenção, através de arame (wireline), para obtenção desses dados.[0009] This problem causes difficulties in the management of oil well operations, interfering with production, in addition to which, in an extreme situation, there is a need for intervention, through wire (wireline), to obtain these data.
[0010] Dessa forma, gastos adicionais são exigidos devido à baixa confiabilidade das soluções de sensoriamento atuais.[0010] Thus, additional expenses are required due to the low reliability of current sensing solutions.
[0011] É possível listar alguns problemas nas técnicas atuais como:
- - Necessidade de muitas conexões rosqueadas ou soldadas para o monitoramento simultâneo de pressão e temperatura da coluna de produção e da região anular, gerando pontos de falha que, por consequência, reduz a confiabilidade do sistema;
- - Necessidade de grande número de componentes, como, por exemplo, peças estruturais, vedações e conectores elétricos, para realizar o sensoriamento e derivação da alimentação; itens esses que impactam, de forma considerável, o custo do equipamento, uma vez que devem ainda suportar o ambiente severo encontrado de um poço de petróleo;
- - Necessidade de maior dispêndio de tempo na montagem do equipamento, tanto em laboratório como na instalação do sistema de completação, devido à quantidade de peças, cujo custo tem peso elevado, em função de todos os riscos envolvidos com a operação em campo;
- - Impossibilidade de se ter mais de dois sensores instalados no mesmo equipamento, sem a necessidade de mais de uma derivação externa dos cabos de alimentação;
- - As técnicas atuais somente permitem a instalação com cabos de alimentação de via única, ao contrário da presente invenção que permite tanto a instalação para cabos de uma via como de duas vias, além de abrir a possibilidade de instalação para cabos de várias vias, conforme será descrito a seguir.
- - Need for many threaded or welded connections for simultaneous monitoring of pressure and temperature of the production column and the annular region, generating points of failure that, consequently, reduce the reliability of the system;
- - Need for a large number of components, such as structural parts, seals and electrical connectors, to perform the sensing and power derivation; items that have a considerable impact on the cost of the equipment, since they must also withstand the harsh environment found in an oil well;
- - Need to spend more time in assembling the equipment, both in the laboratory and in the installation of the completion system, due to the number of parts, whose cost is high, due to all the risks involved with the operation in the field;
- - Impossibility of having more than two sensors installed in the same equipment, without the need for more than one external derivation of the power cables;
- - Current techniques only allow installation with single-way power cables, unlike the present invention, which allows both the installation for one-way and two-way cables, in addition to opening the possibility of installation for multi-way cables, as will be described below.
[0012] Existem no mercado diversas soluções para o sensoriamento de poços de petróleo, oferecidas por grandes empresas do setor para atendimento às demandas.[0012] There are several solutions in the market for sensing oil wells, offered by large companies in the sector to meet demands.
[0013] A empresa Halliburton possui uma família de sensores de pressão e temperatura com capacidade de operar em ambiente com temperaturas até 200 °C e medir até 30.000 psi de pressão.[0013] The Halliburton company has a family of pressure and temperature sensors capable of operating in an environment with temperatures up to 200 °C and measuring up to 30,000 psi of pressure.
[0014] O “Single Pressure/Temperature Sensor” é capaz de monitorar a temperatura e pressão até 25.000 psi somente de uma das regiões, a coluna de produção ou a região anular; já o “Single Pressure/Temperature Sensor + Feedthrough” possui as mesmas funcionalidades do anterior e inclui um sistema em que a derivação é feita na região interna do sensor, permitindo a passagem da energia para um equipamento subsequente, enquanto que o “Dual Pressure/Temperature Sensor” é capaz de medir, simultaneamente, a pressão até 25.000 psi e temperatura na região anular e na coluna de produção.[0014] The “Single Pressure/Temperature Sensor” is capable of monitoring the temperature and pressure up to 25,000 psi of only one of the regions, the production column or the annular region; the "Single Pressure/Temperature Sensor + Feedthrough" has the same functionalities as the previous one and includes a system in which the derivation is made in the internal region of the sensor, allowing the passage of energy to a subsequent equipment, while the "Dual Pressure/ Temperature Sensor” is capable of simultaneously measuring pressure up to 25,000 psi and temperature in the annular region and in the production column.
[0015] O “Dual Pressure/Temperature Sensor + Feedthrough” possui funcionalidade semelhante ao do “Dual Pressure/Temperature Sensor”, e inclui o sistema de derivação interna ao revestimento do sensor, que permite a alimentação dos próximos equipamentos sem equipamentos para uma derivação externa.[0015] The "Dual Pressure/Temperature Sensor + Feedthrough" has functionality similar to the "Dual Pressure/Temperature Sensor", and includes the internal bypass system to the sensor casing, which allows feeding the next equipment without equipment for a bypass external.
[0016] O “Dual Pressure/Temperature Sensor Fully Redundant” tem capacidade de monitoramento de pressão de até 30.000 psi e da temperatura em ambas as regiões do anular e da coluna de produção, incluindo sistema de redundância no monitoramento.[0016] The “Dual Pressure/Temperature Sensor Fully Redundant” is capable of monitoring pressure up to 30,000 psi and temperature in both the annular and production column regions, including redundancy system in the monitoring.
[0017] O “Dual Pressure/Temperature Sensor Fully Redundant + Feedthrough” também monitora a pressão e temperatura de ambas as regiões do anular e da coluna de produção, com pressão máxima de 25.000 psi, e inclui sistema de derivação interna da alimentação semelhante aos sensores “Feedthrough” anteriores.[0017] The “Dual Pressure/Temperature Sensor Fully Redundant + Feedthrough” also monitors the pressure and temperature of both the annular and production column regions, with a maximum pressure of 25,000 psi, and includes an internal feed bypass system similar to the Previous “Feedthrough” sensors.
[0018] Maiores especificações destes sensores podem ser obtidas em https://www.halliburton.com/content/dam/ps/public/wd/contents/Data_Sheets/w eb/H07001_ROC-Gauges.pdf?node-id=hfqel9vx&nav=enUS_completions_public.[0018] Further specifications for these sensors can be obtained from https://www.halliburton.com/content/dam/ps/public/wd/contents/Data_Sheets/w eb/H07001_ROC-Gauges.pdf?node-id=hfqel9vx&nav= enUS_completions_public.
[0019] A empresa Schlumberger também apresenta soluções para monitoramento desde uma única região do poço de petróleo, até ambas as regiões do anular e da coluna de produção com sistema de derivação interna da alimentação.[0019] The Schlumberger company also presents solutions for monitoring from a single region of the oil well, to both the annular and production column regions with an internal supply bypass system.
[0020] O sensor “WellWatcher Sapphire”, ilustrado na As Figuras A, apresenta uma montagem completamente soldada e capacidade de monitorar pressões até 10.000 psi e temperaturas máximas de 110 °C.[0020] The “WellWatcher Sapphire” sensor, illustrated in Figures A, features a fully welded assembly and the ability to monitor pressures up to 10,000 psi and maximum temperatures of 110 °C.
[0021] Já o “WellWatcher Quartz LT” possui capacidade de monitorar uma região do poço de petróleo com limite de pressão de 10.000 psi e 130 °C de temperatura máxima, sendo que, para o sensoriamento de outras regiões do poço, ou alimentação de equipamentos subsequentes, é necessária uma peça de formato retangular onde é feita a derivação da alimentação, onde, de um lado, é conectado o cabo de alimentação e este é derivado para o sensor de pressão e temperatura e para a outra saída, conforme ilustrado na Error! Reference source not found. 1B.[0021] The "WellWatcher Quartz LT" has the ability to monitor an oil well region with a pressure limit of 10,000 psi and 130 °C maximum temperature, for sensing other regions of the well, or supplying subsequent equipment, a rectangular-shaped piece is required where the power is bypassed, where, on one side, the power cable is connected and this is bypassed to the pressure and temperature sensor and to the other output, as illustrated in Error! Reference source not found. 1B.
[0022] Por fim, o “WellWatcher Quartz Extend”, ilustrado na Figura 1C, tem capacidade de monitorar pressões até 20.000 psi e temperatura máxima de 150 °C; além disso, é capaz de fazer o sensoriamento simultâneo da região anular e da coluna de produção com um sistema de derivação interna da alimentação, permitindo a alimentação dos equipamentos subsequentes, sem equipamento de derivação externa.[0022] Finally, the "WellWatcher Quartz Extend", illustrated in Figure 1C, is capable of monitoring pressures up to 20,000 psi and a maximum temperature of 150 °C; in addition, it is capable of simultaneously sensing the annular region and the production column with an internal power bypass system, allowing the power of subsequent equipment without external bypass equipment.
[0023] A empresa Weatherford também possui sensores de pressão e temperatura com limites de pressão e temperatura de 30.000 psi e 300 °C, nos sensores óticos e 25.000 psi e 200 °C nos sensores de quartzo.[0023] The Weatherford company also has pressure and temperature sensors with pressure and temperature limits of 30,000 psi and 300 °C in optical sensors and 25,000 psi and 200 °C in quartz sensors.
[0024] Como ilustra a
- As Figura 2A, os instrumentos disponíveis são capazes somente de monitorar uma das regiões do poço de petróleo no caso do sensor único, à esquerda na Figura. O sensor da Figura 2B é capaz de realizar o monitoramento da região anular e da coluna de produção, utilizando uma peça de derivação da alimentação, porém não permite alimentar equipamentos subsequentes. Já o sensor da Figura 2C, que ilustra uma montagem alternativa da Figura 2B, há somente a possibilidade de monitoramento de uma das regiões do poço, e a derivação permite aquisição dos dados concomitante à alimentação de um próximo equipamento.[0024] As illustrated by
- In Figure 2A, the available instruments are only able to monitor one of the regions of the oil well in the case of the single sensor, on the left in the Figure. The sensor in Figure 2B is capable of monitoring the annular region and the production column, using a power bypass piece, but it does not allow for feeding subsequent equipment. As for the sensor in Figure 2C, which illustrates an alternative assembly in Figure 2B, there is only the possibility of monitoring one of the regions of the well, and the derivation allows the acquisition of data at the same time as the supply of the next equipment.
[0025] Os sensores da DataCan apresentam soldas que proporcionam um ambiente hermético no interior de seus revestimentos, sendo especificados para pressões até 20.000 psi e temperaturas máximas de 150 °C.[0025] DataCan's sensors feature welds that provide an airtight environment inside their casings, and are specified for pressures up to 20,000 psi and maximum temperatures of 150 °C.
[0026] O sensor “Multi-Gauge Passthru Quartz Tool”, ilustrado na Figura 3A, é capaz de monitorar diversos parâmetros do poço, como pressão, temperatura e vibração, e possui uma porta de comunicação com o ambiente do poço, tendo derivação “Y” interna ao seu revestimento, permitindo a passagem da energia para outros equipamentos.[0026] The sensor "Multi-Gauge Passthru Quartz Tool", illustrated in Figure 3A, is capable of monitoring several parameters of the well, such as pressure, temperature and vibration, and has a communication port with the well environment, having a derivation " Y” inside its casing, allowing the energy to pass through to other equipment.
[0027] O “Dual Quartz Pressure Gauge”, ilustrado na Figura 3B, permite o sensoriamento simultâneo da pressão e temperatura da região anular e da coluna de produção, tendo também a possibilidade de leitura da vibração para ambas as regiões.[0027] The "Dual Quartz Pressure Gauge", illustrated in Figure 3B, allows the simultaneous sensing of the pressure and temperature of the annular region and the production column, also having the possibility of reading the vibration for both regions.
[0028] A empresa Pioneer Petrotech oferece alguns sensores de pressão e temperatura com capacidade de monitorar pressões até 25.000 psi e temperaturas até 200 °C, cujo sensoriamento necessita de peça central, onde ocorre a derivação da energia recebida pelo cabo de alimentação, que permite a obtenção de dados da região da coluna de produção e da região anular, além da alimentação de um próximo equipamento, conforme ilustrado na Error! Reference source not found.[0028] The company Pioneer Petrotech offers some pressure and temperature sensors capable of monitoring pressures up to 25,000 psi and temperatures up to 200 °C, whose sensing requires a central piece, where the derivation of the energy received by the power cable occurs, which allows obtaining data for the region of the production column and the annular region, in addition to the supply of a next equipment, as illustrated in Error! Reference source not found.
[0029] Os sensores de pressão e temperatura da empresa Geopsi têm capacidade de monitorar pressões até 25.000 psi e temperaturas até 200 °C utilizando sensores QuartzdyneTM.[0029] Geopsi company pressure and temperature sensors are capable of monitoring pressures up to 25,000 psi and temperatures up to 200 °C using QuartzdyneTM sensors.
[0030] Os sensores “Dual Inline Quartz Gauge” e “Dual Quartz Gauge” monitoram uma das regiões do poço de petróleo, anular ou coluna de produção, e possui capacidade de instalação de até 10 sensores em série em um único cabo de alimentação, conforme ilustrado nas FIGS. 5A e 5B, respectivamente.[0030] The sensors "Dual Inline Quartz Gauge" and "Dual Quartz Gauge" monitor one of the regions of the oil well, annular or production column, and have the ability to install up to 10 sensors in series on a single power cable, as illustrated in FIGS. 5A and 5B, respectively.
[0031] A ora requerente possui uma solução para o sensoriamento permanente da pressão e temperatura da coluna de produção e região anular de um poço de petróleo, ilustrada na Figura 6, que incorpora os mesmos problemas das técnicas anteriores, ou seja, com elevado número de peças estruturais, vedações, soldas e conectores elétricos que são necessários para o mesmo fim.[0031] The applicant has a solution for the permanent sensing of the pressure and temperature of the production column and annular region of an oil well, illustrated in Figure 6, which incorporates the same problems of the previous techniques, that is, with a high number of structural parts, seals, welds and electrical connectors that are required for the same purpose.
[0032] Assim, torna-se desejável a proposição de módulo de conexão que operacionalize o conceito de partes encaixáveis entre si, permitindo diversas combinações de diferentes tipos de sensores, dispostos em série, sem uso de derivações externas no cabo de alimentação e fornecimento de energia.[0032] Thus, it is desirable to propose a connection module that operationalizes the concept of pluggable parts, allowing different combinations of different types of sensors, arranged in series, without the use of external derivations in the power cable and supply of energy.
[0033] O módulo de conexão da presente invenção é responsável por distribuir a energia recebida da superfície, ou de qualquer outro local, para alimentação de um sensor, adjacente ao conector e, através de condutores “Feedthrough”, fornece corrente até outro sensor disposto subsequentemente em série.[0033] The connection module of the present invention is responsible for distributing the energy received from the surface, or from any other location, for powering a sensor, adjacent to the connector and, through "Feedthrough" conductors, supplies current to another disposed sensor subsequently in series.
[0034] O conceito do módulo de conexão da presente invenção incorpora, de um lado, ponto de entrada de energia elétrica, vinda da superfície ou de qualquer outro local, tendo, no interior do módulo de conexão um condutor de derivação, responsável por distribuir a energia elétrica recebida em pontos de saída, sendo previsto ainda pelo menos um anel de vedação na região externa do corpo do condutor de derivação, funcionando como barreira de vedação interna, adicional às soldas e vedações nas conexões do invólucro externo, a fim de manter a integridade da eletrônica dos sensores.[0034] The concept of the connection module of the present invention incorporates, on the one hand, an entry point of electrical energy, coming from the surface or from any other location, having, inside the connection module, a shunt conductor, responsible for distributing the electrical energy received at output points, with at least one sealing ring being provided in the external region of the body of the shunt conductor, working as an internal sealing barrier, in addition to the welds and seals in the connections of the external casing, in order to maintain the integrity of the sensor electronics.
[0035] Na face oposta do condutor de derivação há orifícios radialmente distribuídos, por onde os condutores “Feedthrough”, que são hastes condutoras de eletricidade revestidas com material isolante, passam para conduzir a corrente até outro condutor de derivação, que transmite a energia elétrica para outros sensores montados em série (fazendo parte ou não da mesma ferramenta), ou para a próxima zona de produção. A presença do condutor de derivação permite também que sejam montados diversos sensores em série dentro do mesmo invólucro mecânico, sendo pelo menos dois para medidas de externas e pelo menos dois para medidas de internas. Desta forma é possível atender os requisitos de redundância para medida de pressão e temperatura, ou outras grandezas, exigida atualmente por operadores de poço.[0035] On the opposite face of the shunt conductor there are radially distributed holes, through which the "Feedthrough" conductors, which are electrically conducting rods coated with insulating material, pass to conduct the current to another shunt conductor, which transmits electrical energy to other sensors mounted in series (whether or not part of the same tool), or to the next production zone. The presence of the bypass conductor also allows several sensors to be mounted in series within the same mechanical enclosure, at least two for external measurements and at least two for internal measurements. In this way, it is possible to meet the redundancy requirements for measuring pressure and temperature, or other quantities, currently required by well operators.
[0036] A corrente elétrica é fornecida ao sistema por meio de um conector de alimentação comercial, de pelo menos um pino, e é distribuída, através do condutor de derivação, aos condutores “Feedthrough”, que podem ter, ou não, geometria cilíndrica, que, por sua vez, conduz a energia elétrica até o condutor de derivação subsequente, tendo ainda, para o suporte mecânico dos condutores “Feedthrough”, com a função de guiar as hastes condutoras e limitar as vibrações, revestimento anti-vibração, formado por tubo de material isolante que também reveste o sensor, limitando, da mesma forma, as vibrações deste.[0036] The electrical current is supplied to the system through a commercial power connector, with at least one pin, and is distributed, through the shunt conductor, to the "Feedthrough" conductors, which may or may not have cylindrical geometry , which, in turn, conducts the electrical energy to the subsequent shunt conductor, also having, for the mechanical support of the "Feedthrough" conductors, with the function of guiding the conducting rods and limiting vibrations, an anti-vibration coating, formed by a tube of insulating material that also covers the sensor, likewise limiting its vibrations.
[0037] Para permitir aos condutores “Feedthrough” conduzir a energia elétrica entre os condutores de derivação associados, ao mesmo tempo em que permite, por exemplo, o sensoriamento da pressão e temperatura da coluna de produção e da região anular de um poço, é utilizada uma interface “Feedthrough”, montada com os condutores “Feedthrough” e dois sensores dispostos, cada um, em uma extremidade, sendo que, no exemplo não limitativo da presente concretização, os sensores são rosqueados e soldados, além do que, as passagens dos condutores “Feedthrough”, que são circulares nos condutores de derivação da presente concretização podem, alternativamente, ter outro formato, a depender da geometria das hastes condutoras “Feedthrough”.[0037] To allow "Feedthrough" conductors to conduct electrical energy between the associated bypass conductors, while allowing, for example, the sensing of the pressure and temperature of the production column and the annular region of a well, is A "Feedthrough" interface is used, assembled with "Feedthrough" conductors and two sensors arranged, each at one end, and, in the non-limiting example of the present embodiment, the sensors are threaded and welded, in addition to the passages of the "Feedthrough" conductors, which are circular in the branch conductors of the present embodiment, may alternatively have another shape, depending on the geometry of the "Feedthrough" conductor rods.
[0038] A seção transversal da interface “Feedthrough”, não se limita aos casos em que é necessária a comunicação dos sensores com a coluna de produção e região anular, como no caso do sensoriamento de pressão e temperatura, podendo, alternativamente, ter os dois sensores em comunicação somente com uma das regiões, quando se deseja redundância em uma mesma ferramenta.[0038] The cross section of the "Feedthrough" interface is not limited to cases in which the communication of the sensors with the production column and annular region is necessary, as in the case of pressure and temperature sensing, and may alternatively have the two sensors in communication with only one of the regions, when redundancy in the same tool is desired.
[0039] A interface “Feedthrough” pode também não ter orifícios de comunicação direta com o poço, em casos em que se deseja monitorar, por exemplo, as vibrações de um poço, ou aproveitar as energias vibracionais para coleta de energia elétrica, através de materiais piezelétricos, por exemplo.[0039] The "Feedthrough" interface may also not have direct communication holes with the well, in cases where you want to monitor, for example, the vibrations of a well, or take advantage of vibrational energies to collect electrical energy, through piezoelectric materials, for example.
[0040] As vantagens do módulo de derivação da presente invenção, que combina os condutores de derivação, os condutores “Feedthrough” e a interface “Feedthrough”, para aplicação em sensores para poços de petróleo são:
- - Redução do número de peças estruturais, soldas, vedações e componentes elétricos/eletrônicos, uma vez que a derivação da alimentação é interna ao corpo do sensor, por meio do condutor de derivação e da interface “Feedthrough”, sem necessidade de uma peça externa com esse propósito, sendo os sensores montados alinhados coaxialmente;
- - Facilitar a montagem em laboratório e instalação em campo, devido à redução de componentes do equipamento, tornando-a, portanto, mais rápida;
- - Redução de custos com a produção do equipamento, devido à redução de componentes, dentre estes peças em ligas metálicas de níquel, tais como Inconel 718, e conectores elétricos para alta temperatura e alta pressão, menos vedações elastoméricas e menos locais de solda, que devem ser especiais para ambiente altamente corrosivo (contendo H2S e CO2);
- - Aumento na confiabilidade do equipamento, devido à redução de conexões rosqueadas e soldadas, havendo menos pontos de possível falha (vazamento e/ou ruptura), além de permitir configurações com redundância de sensores e dispositivos eletrônicos em geral;
- - Montagem modularizada, possibilitando instalar diversas combinações de sensores alinhados no mesmo equipamento, por exemplo, dois sensores de pressão e temperatura e um sensor de vibração;
- - Possibilidade de combinação do condutor de derivação e da interface “Feedthrough” como simples emenda de cabos.
- - Reduction in the number of structural parts, welds, seals and electrical/electronic components, since the power bypass is internal to the sensor body, through the bypass conductor and the "Feedthrough" interface, without the need for an external part for that purpose, the sensors being mounted coaxially aligned;
- - Facilitate laboratory assembly and field installation, due to the reduction of equipment components, thus making it faster;
- - Cost reduction with the production of the equipment, due to the reduction of components, among these parts in nickel metal alloys, such as Inconel 718, and electrical connectors for high temperature and high pressure, less elastomeric seals and fewer solder locations, which must be special for highly corrosive environment (containing H2S and CO2);
- - Increased equipment reliability, due to the reduction of threaded and welded connections, with fewer points of possible failure (leakage and/or rupture), in addition to allowing configurations with redundancy of sensors and electronic devices in general;
- - Modularized assembly, making it possible to install several combinations of sensors aligned in the same equipment, for example, two pressure and temperature sensors and a vibration sensor;
- - Possibility of combining the lead conductor and the “Feedthrough” interface as a simple cable splicing.
[0041] Para um melhor entendimento do módulo de conexão da presente invenção, faz-se referência aos desenhos em anexo, onde:
- - As Figuras 1A, 1B e 1C ilustram os sensores “WellWatcher Sapphire”, “WellWatcher Quartz LT” e “WellWatcher Quartz Extend”, todos do estado da técnica, produzidos pela empresa Schlumberger;
- - As Figura 2A, 2B e 2C ilustram sensores de pressão e temperatura, todos do estado da técnica, produzidos pela empresa Weatherford;
- - As Figuras 3A e 3B ilustram os sensores “Multi-Gauge Passthru Quartz Tool” e “Dual Quartz Pressure Gauge”, ambos do estado da técnica, produzidos pela empresa DataCan;
- - A Figura 4 ilustra sensor de pressão e temperatura, do estado da técnica, produzido pela empresa Pioneer Petrotech;
- - As Figuras 5A e 5B ilustram os sensores “Dual Inline Quartz Gauge” e “Dual Quartz Gauge”, ambos do estado da técnica, produzidos pela empresa Geopsi;
- - A
Figura 6 ilustra sensor de pressão e temperatura, do estado da técnica, produzido pela ora requerente; - - A
Figura 7 ilustra vistas em perspectiva anterior e posterior, sólida e transparente, do condutor de derivação - - A
Figura 8 ilustra vista em perspectiva explodida exemplificando a montagem do pino de alimentação e dos condutores “Feedthrough” no condutor de derivação; - - A Figura 9 ilustra vista em perspectiva transparente exemplificando a montagem dos condutores de derivação nas laterais da interface “Feedthrough”, dos sensores e dos condutores “Feedthrough”;
- - A
Figura 10 ilustra vista em perspectiva semi-seccionada da interface “Feedthrough” da Figura 9, com um orifício de comunicação direta com a coluna de produção e um orifício de comunicação direta com a região anular; - - A Figura 10A ilustra vista em perspectiva semi-seccionada da interface “Feedthrough” da Figura 9, com mais de um orifício de comunicação direta, em redundância, com a coluna de produção;
- - A Figura 10B ilustra vista em perspectiva semi-seccionada da interface “Feedthrough” da Figura 9, com mais de um orifício de comunicação direta, em redundância, com a região anular;
- - A Figura 10C ilustra vista em perspectiva semi-seccionada da interface “Feedthrough” da Figura 9, sem orifícios de comunicação direta com o poço;
- - A Figura 11 ilustra vista esquemática da montagem de sensor de pressão e temperatura de acordo com a presente invenção;
- - A Figura 11A ilustra vista esquemática da montagem de sensor e pressão e temperatura, em configuração redundante no sensoriamento da região anular e da coluna de produção com a utilização de duas interfaces “Feedthrough” dada pela
Figura 10, de acordo com a presente invenção. - - A Figura 11B ilustra vista esquemática da montagem de sensor e pressão e temperatura, em configuração redundante no sensoriamento da região anular e da coluna de produção com a utilização de duas interfaces “Feedthrough”, uma dada pela Figura 10A e outra pela Figura 10B, de acordo com a presente invenção.
- - Figures 1A, 1B and 1C illustrate the sensors “WellWatcher Sapphire”, “WellWatcher Quartz LT” and “WellWatcher Quartz Extend”, all of the state of the art, produced by the company Schlumberger;
- - Figures 2A, 2B and 2C illustrate pressure and temperature sensors, all state of the art, produced by Weatherford;
- - Figures 3A and 3B illustrate the sensors “Multi-Gauge Passthru Quartz Tool” and “Dual Quartz Pressure Gauge”, both from the state of the art, produced by the company DataCan;
- - Figure 4 illustrates pressure and temperature sensors, state of the art, produced by Pioneer Petrotech;
- - Figures 5A and 5B illustrate the sensors “Dual Inline Quartz Gauge” and “Dual Quartz Gauge”, both state of the art, produced by the company Geopsi;
- - Figure 6 illustrates a pressure and temperature sensor, from the state of the art, produced by the applicant;
- - Figure 7 illustrates solid and transparent anterior and posterior perspective views of the shunt conductor
- - Figure 8 illustrates an exploded perspective view exemplifying the assembly of the power pin and the "Feedthrough" conductors in the derivation conductor;
- - Figure 9 illustrates a transparent perspective view exemplifying the assembly of the derivation conductors on the sides of the “Feedthrough” interface, the sensors and the “Feedthrough” conductors;
- - Figure 10 illustrates a semi-sectioned perspective view of the "Feedthrough" interface of Figure 9, with a hole for direct communication with the production column and a hole for direct communication with the annular region;
- - Figure 10A illustrates a semi-sectioned perspective view of the "Feedthrough" interface of Figure 9, with more than one direct communication hole, in redundancy, with the production column;
- - Figure 10B illustrates a semi-sectioned perspective view of the "Feedthrough" interface of Figure 9, with more than one direct communication hole, in redundancy, with the annular region;
- - Figure 10C illustrates a semi-sectioned perspective view of the "Feedthrough" interface of Figure 9, without direct communication holes with the well;
- - Figure 11 illustrates a schematic view of the pressure and temperature sensor assembly according to the present invention;
- - Figure 11A illustrates a schematic view of the sensor assembly and pressure and temperature, in a redundant configuration in the sensing of the annular region and the production column with the use of two "Feedthrough" interfaces given by Figure 10, according to the present invention.
- - Figure 11B illustrates a schematic view of the sensor assembly and pressure and temperature, in a redundant configuration in the sensing of the annular region and the production column, using two "Feedthrough" interfaces, one given by Figure 10A and the other by Figure 10B, according to the present invention.
[0042] Em conformidade com o quanto ilustra a Figuras 7, o módulo de derivação inclui um condutor de derivação (1) que possui, de um lado, entrada (2) de alimentação de energia elétrica, vinda da superfície ou de qualquer outro local, por conector de alimentação (C), de pelo menos um pino, sendo dito condutor de derivação responsável por distribuir a energia elétrica que entra por um lado, pelos pontos de saída do lado oposto do dito condutor de derivação, sendo um central (3) para alimentação do sensor (S), e os periféricos (4), radialmente distribuídos, para passagem dos condutores “Feedthrough” (5), que são hastes condutoras de eletricidade revestidas com material isolante, encaixáveis nos ditos pontos de saída periféricos, e que conduzem a corrente elétrica até outro condutor de derivação, que a transmite para a próxima zona de produção, ou para outros sensores montados em série, fazendo parte da mesma ferramenta, sendo previsto ainda pelo menos um anel de vedação (6) na região externa do corpo do condutor de derivação, funcionando como barreira de vedação interna, adicional às soldas e vedações nas conexões do invólucro externo, a fim de manter a integridade da eletrônica dos sensores.[0042] As shown in Figures 7, the branch module includes a branch conductor (1) that has, on one side, an input (2) of electrical power supply, coming from the surface or from any other location , by power connector (C), of at least one pin, said lead conductor responsible for distributing the electrical energy that enters on the one hand, through the output points on the opposite side of said lead conductor, being a central one (3 ) to supply the sensor (S), and the peripherals (4), radially distributed, for the passage of the "Feedthrough" conductors (5), which are electrically conductive rods coated with insulating material, fit in said peripheral output points, and which conduct the electrical current to another shunt conductor, which transmits it to the next production area, or to other sensors mounted in series, forming part of the same tool, with at least one sealing ring (6) being provided in the external region. outside of the branch conductor body, functioning as an internal sealing barrier, in addition to the welds and seals in the external casing connections, in order to maintain the integrity of the sensor electronics.
[0043] A Figura 8 ilustra o condutor de derivação alimentado por conector de alimentação (C) de um pino convencional, sendo a corrente elétrica distribuída, através do condutor de derivação, para os condutores “Feedthrough” (5), que podem ter ou não geometria cilíndrica, e que, por sua vez, conduzem a energia elétrica até o condutor de derivação subsequente, sendo que, para dar suporte mecânico aos condutores “Feedthrough”, além de guiar as hastes condutoras e limitar as vibrações, é previsto revestimento suporte anti-vibração (7), que é um tubo de material isolante que também reveste o sensor, limitando, da mesma forma, as vibrações deste.[0043] Figure 8 illustrates the shunt conductor fed by the power connector (C) of a conventional pin, with the electrical current being distributed, through the shunt conductor, to the "Feedthrough" conductors (5), which may have or not cylindrical geometry, and which, in turn, conduct the electrical energy to the subsequent shunt conductor, and to provide mechanical support to the "Feedthrough" conductors, in addition to guiding the conductive rods and limiting vibrations, a support coating is provided. anti-vibration (7), which is a tube of insulating material that also covers the sensor, limiting its vibrations in the same way.
[0044] Para permitir aos condutores “Feedthrough” (5) conduzir a energia elétrica através de dois condutores de derivação (1) associados, ao mesmo tempo em que permite, por exemplo, o sensoriamento da pressão e temperatura da coluna de produção e da região anular de um poço, é utilizada interface “Feedthrough” (8), montada com os condutores “Feedthrough” (5) e os sensores (S) dispostos em cada extremidade, podendo ditos sensores serem rosqueados e soldados, não sendo, porém, limitado a este tipo de conexão, conforme ilustrado na Figura 9.[0044] To allow "Feedthrough" conductors (5) to conduct electrical energy through two associated bypass conductors (1), while allowing, for example, the sensing of the pressure and temperature of the production column and the the annular region of a well, the "Feedthrough" interface (8) is used, mounted with the "Feedthrough" conductors (5) and the sensors (S) arranged at each end, said sensors may be threaded and welded, but not limited to this type of connection, as illustrated in Figure 9.
[0045] As passagens (4) dos condutores “Feedthrough” (5) podem ser de formato circular, ou qualquer outro, a depender da geometria das hastes condutoras que atravessam a interface “Feedthrough” (8).[0045] The passages (4) of the conductors "Feedthrough" (5) can be circular, or any other, depending on the geometry of the conductor rods that cross the interface "Feedthrough" (8).
[0046] A Figura 10 ilustra a seção transversal da interface “Feedthrough” (8) para os casos em que é necessária a comunicação dos sensores com a coluna de produção e região anular, como no caso do sensoriamento de pressão e temperatura, que são obtidos através das tomadas de comunicação (9a e 9b) destas regiões, não sendo, no entanto, a dita interface “Feedthrough” limitada a essa condição, podendo, alternativamente, ter os dois sensores em comunicação apenas com uma das regiões, quando se deseja redundância em uma mesma ferramenta, conforme ilustrado na Figura 10A e na Figura 10B.[0046] Figure 10 illustrates the cross section of the "Feedthrough" interface (8) for cases where communication of the sensors with the production column and annular region is necessary, as in the case of pressure and temperature sensing, which are obtained through the communication sockets (9a and 9b) of these regions, however, the so-called "Feedthrough" interface is not limited to this condition, and may, alternatively, have the two sensors in communication with only one of the regions, when desired redundancy in the same tool, as illustrated in Figure 10A and Figure 10B.
[0047] A Figura 10C ilustra a seção transversal da interface “Feedthrough” (8), para os casos em que não é necessária a comunicação dos sensores com a coluna de produção e região anular, como no caso do sensoriamento, por exemplo, de vibrações de um poço, ou aproveitar as energias vibracionais para coleta de energia elétrica, através de materiais piezelétricos, por exemplo.[0047] Figure 10C illustrates the cross section of the "Feedthrough" interface (8), for cases where the communication of the sensors with the production column and annular region is not necessary, as in the case of sensing, for example, of vibrations from a well, or harnessing vibrational energies to collect electrical energy, through piezoelectric materials, for example.
[0048] Exemplo de aplicação do conjunto condutor de derivação (1), condutores “Feedthrough” (5) e interface “Feedthrough” (8) é ilustrado na Figura 11, onde um sensor PDG para monitoração da pressão e temperatura da coluna de produção e região anular em uma mesma ferramenta, através de um conector de alimentação (C) de um pino, que recebe energia elétrica por um “TEC” (tubing encapsulated cable – não ilustrado) conectado ao condutor de derivação (1), responsável por conduzir energia elétrica para o sensor (S) de pressão e temperatura da coluna, com os condutores “Feedthrough” (não ilustrados) acoplados ao condutor de derivação (1), atravessando a interface “Feedthrough” (8), conduzindo corrente, e que se conectam ao condutor de derivação (1) que alimenta o sensor (S) de pressão e temperatura do anular e o conector de alimentação (C) da próxima zona. Essa montagem permite que a ferramenta cumpra suas funções de monitoramento das variáveis do poço, fornecendo energia elétrica às ferramentas e equipamentos subsequentes, sem a necessidade de uma derivação externa.[0048] Example of application of the shunt conductor assembly (1), "Feedthrough" conductors (5) and "Feedthrough" interface (8) is illustrated in Figure 11, where a PDG sensor for monitoring the pressure and temperature of the production column and annular region in the same tool, through a power connector (C) of one pin, which receives electrical energy through a "TEC" (encapsulated tubing cable - not illustrated) connected to the derivation conductor (1), responsible for conducting electrical power to the column pressure and temperature sensor (S), with the "Feedthrough" conductors (not shown) coupled to the bypass conductor (1), crossing the "Feedthrough" interface (8), conducting current, and that they connect to the bypass conductor (1) that supplies the pressure and temperature sensor (S) of the annular and the supply connector (C) of the next zone. This assembly allows the tool to fulfill its functions of monitoring the variables of the well, providing electrical energy to the tools and subsequent equipment, without the need for an external bypass.
[0049] A Figura 11A ilustra a solução da presente invenção que cumpre com as mesmas funcionalidades, porém com o arranjo onde sensores redundantes são montados no mesmo invólucro metálico conforme descrito em Fundamentos da Invenção. Na imagem observa-se quatro sensores (S) de pressão e temperatura conectados em série, sendo dois destes direcionados para medições no anular e dois direcionados para medições na coluna, com a utilização de duas interfaces “Feedthrough” (8), na configuração ilustrada na Figura 10. Esse arranjo é possibilitado através da utilização de dois condutores de derivação (1), montados de forma espelhada, conectados através da entrada de alimentação (2), ou através de conector de derivação com arranjo constitutivo equivalente ao descrito. Esta configuração de montagem aumenta a confiabilidade do sistema de monitoramento e atende os requisitos técnicos e operacionais muitas vezes exigidos para aplicações em poço.[0049] Figure 11A illustrates the solution of the present invention that fulfills the same features, but with the arrangement where redundant sensors are mounted in the same metallic casing as described in Fundamentals of the Invention. The image shows four pressure and temperature sensors (S) connected in series, two of which are directed to ring measurements and two to column measurements, using two "Feedthrough" interfaces (8), in the illustrated configuration in Figure 10. This arrangement is made possible through the use of two branch conductors (1), mounted in a mirror, connected through the power input (2), or through a branch connector with constitutive arrangement equivalent to the one described. This mounting configuration increases the reliability of the monitoring system and meets the technical and operational requirements often required for downhole applications.
[0050] A Figura 11B ilustra a solução da presente invenção que cumpre com as mesmas funcionalidades apresentadas no parágrafo anterior, porém com os sensores (S) para medições na coluna da produção montados na interface “Feedthrough” (8), na configuração de redundância da Figura 10A, e os sensores (S) para medições na região anular montados na interface “Feedthrough” (8), na configuração de redundância da Figura 10B.[0050] Figure 11B illustrates the solution of the present invention that fulfills the same features presented in the previous paragraph, but with the sensors (S) for measurements in the production column mounted in the "Feedthrough" interface (8), in the redundancy configuration of Figure 10A, and the sensors (S) for measurements in the annular region mounted on the “Feedthrough” interface (8), in the redundancy configuration of Figure 10B.
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Date | Code | Title | Description |
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B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] |