BR112014009251B1 - dispositivo para monitoramento em um poço de petróleo, uso do dispositivo, e cabeça de poço - Google Patents

Abstract

SENSOR DE TAMPÃO. A presente invenção está correlacionada a um dispositivo para monitoramento de parâmetros físicos em um poço de petróleo e/ou gás, o dispositivo sendo conectável a uma cabeça de poço do poço de petróleo e/ou gás. O dispositivo compreende um elemento de flange configurado com um furo vazado e um término de extremidade, em cujo furo vazado são dispostos um sensor e associados dispositivos eletrônicos. O sensor, incluindo um primeiro circuito eletrônico, é conectado a um segundo circuito eletrônico através de dispositivos de transmissão que são passados através de um elemento hermético a pressão disposto no furo vazado. A invenção também se refere a uma cabeça de poço para uso em um poço de petróleo e/ou gás, com uma pluralidade de tubos de revestimento definindo uma pluralidade de espaços anulares. A cabeça de poço é configurada com uma pluralidade de furos vazados, cada furo se dirigindo para dentro de um respectivo espaço anular do poço, e cada furo vazado sendo conectado a um dispositivo sensor, conforme acima mencionado.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção está correlacionada a um dispositivo para monitoramento de um poço de petróleo e/ou gás. Mais especificamente, a presente invenção está correlacionada a um dispositivo para monitoramento de parâmetros físicos em um poço de petróleo e/ou gás, o dispositivo sendo conectável a uma cabeça de poço de um poço de petróleo e/ou gás e compreendendo um elemento de flange configurado com um furo vazado e um término de extremidade, em cujo furo vazado são dispostos um sensor e associados dispositivos eletrônicos e em que o sensor é conectado aos dispositivos eletrônicos associados.

Antecedentes da Invenção

[002] Durante o estágio de completação de um poço de petróleo e/ou gás totalmente perfurado, um determinado número de tubos de revestimento de diferentes extensões e diâmetros será cementado à formação do solo. Entre os tubos de revestimento, que são dispostos coaxialmente entre si, será formado um chamado espaço anular. Para prevenir um vazamento no poço de petróleo e/ou gás, uma pluralidade de elementos tipo packer será adequadamente disposta entre os tubos de revestimento. Os tubos de revestimento serão adequadamente suspensos de uma estrutura de cabeça de poço, onde a estrutura de cabeça de poço é disposta na parte superior do poço de petróleo e/ou gás. Durante a operação do poço de petróleo e/ou gás, a estrutura de cabeça de poço irá conduzir a corrente de fluido do poço através da mesma, para posterior processamento da corrente de fluido. A estrutura de cabeça de poço será também um mecanismo de segurança contra uma descontrolada circulação da corrente de fluido do poço para a superfície.

[003] Uma estrutura de cabeça de poço desse tipo é submetida à aplicação de grandes cargas e esforços provenientes do ambiente circundante. Embora essas estruturas e instalações sejam projetadas para isenção de manutenção por um determinado número de anos, elas devem ser inspecionadas constantemente por razões de segurança e financeiras.

[004] Assim, é desejável e necessário realizar uma inspeção dessas instalações offshore, por exemplo, constituída de diversos equipamentos, tubulações, cabeças de poço, etc., não apenas durante a fase de produção, mas, também, durante a fase de perfuração, instalação e trabalho de manutenção e reparo, em que essa inspeção ocorre na forma de operações automatizadas. Isso significa que são feitas exigências bastante diferentes com relação ao equipamento e monitoramento, sistemas de inspeção e comunicação, que são usados em locais offshore, diferentemente do normal para instalações onshore.

[005] Além do exposto acima, será extremamente importante saber como se comporta um poço de petróleo e/ou gás, ou o que acontece no poço de petróleo e/ou gás, isto servindo como base para o caso de todo o tempo de duração do poço, isto é, desde quando começa a real perfuração do poço, até o momento em que o mesmo será finalmente desativado. Isso é feito mediante monitoramento de um determinado número de diferentes parâmetros no poço, cujos parâmetros, podem incluir, por exemplo, a contaminação do poço, vazamentos, pressão do poço, a própria produção, areia/erosão no poço, temperatura da cabeça de poço, estado ou condição de diversos equipamentos (por exemplo, a posição de uma válvula), corrosão, etc.

[006] Em conexão com, por exemplo, poços de produção de petróleo e/ou gás, será extremamente importante quanto ao aspecto de segurança, confiabilidade e custo, prevenir uma chamada perda de pressão do poço através de diferentes espaços anulares nos tubos de revestimento, e para fora para as redondezas. Se, entretanto, ocorre uma indesejável perda de pressão desse tipo, diversos sistemas de segurança são idealizados para possibilitar o fechamento do poço, mesmo que ainda sob pressão, de modo que o fluido do poço que circulou dentro de diferentes espaços anulares possa circular para fora de uma maneira controlada.

[007] Ao constantemente ou repetidamente realizar medições, por exemplo, da pressão no poço, em que isso pode ser feito em diferentes pontos no poço, será possível se dispor de um ponto anterior, a tempo de se ter uma indicação de que um aumento de pressão está prestes a ocorrer no poço, de que uma perda de pressão no poço irá ocorrer ou já ocorreu, pelo que diversas ações poderão ser tomadas para garantir que as conseqüências de tal acúmulo de pressão serão mínimas ou para evitar todo esse conjunto de fatores.

[008] Portanto, diversas soluções foram desenvolvidas para monitorar e/ou controlar a pressão em um poço de petróleo ou gás. Assim, por exemplo, pode ser feita referência à Patente U.S. No. 5.172.112, na qual é conhecido que um dispositivo de aferição de pressão mede a pressão em uma tubulação submarina. O dispositivo inclui uma unidade fixa montada exteriormente à tubulação submarina e uma unidade móvel que é abaixada na posição seguinte à unidade fixa, sempre que a pressão for monitorada ou medida. A unidade fixa que é um aferidor de tensão, irá monitorar a pressão na tubulação mediante medição da “tensão” na tubulação. As medições serão subsequentemente transmitidas a partir da unidade fixa na forma de sinais estáveis, pelo que a unidade móvel irá então converter esses sinais, proporcionando um panorama da pressão que está dentro da tubulação submarina.

[009] Uma solução é conhecida da Patente GB 2.286.682, em que um transdutor indutivo de pressão é usado para medir a pressão dentro de uma tubulação. Isso é conseguido mediante passagem de uma corrente alternada dentro de uma bobina de indução para gerar um campo magnético. O campo magnético passa através de um espaçamento formado entre a tubulação e a bobina de indução e, depois, dentro da tubulação. O fluido que está circulando na tubulação irá devido a sua pressão induzir uma tensão na tubulação, cuja tensão provoca variações nas propriedades eletromagnéticas do material do qual a tubulação é feita, cujas variações podem ser detectadas pelo campo magnético que é formado. As variações detectadas podem depois ser convertidas proporcionando uma aferição de pressão.

[0010] Outro sistema para detecção de um vazamento em um poço de petróleo e/ou gás é descrito na Patente U.S. No. 4.116.044, na qual o sistema compreende uma pluralidade de transdutores sensíveis à pressão, que são dispostos em um furo vazado em uma cabeça de poço. Os transdutores sensíveis à pressão serão dispostos de modo que possam detectar um vazamento em uma pluralidade de espaços anulares no poço. Os transdutores são conectados através de fios com uma caixa de derivação, que será capaz de conduzir sinais para um local de processamento. Durante a substituição dos transdutores, o poço deverá ser fechado, quando a operação de substituição envolver um poço que esteja “aberto”.

[0011] Constitui um objetivo da presente invenção, prover um aperfeiçoado dispositivo para monitoramento de parâmetros físicos em um poço de petróleo e/ou gás, por exemplo, com relação à segurança, incluindo segurança contra incêndio, confiabilidade e/ou custos.

Resumo da Invenção

[0012] A invenção é definida pelas reivindicações anexas. O dispositivo aqui divulgado pode ser usado em um sistema de monitoramento que mede e monitora diferentes parâmetros em um poço de petróleo e/ou gás, por exemplo, pressão e/ou temperatura, o sistema de monitoramento sendo projetado de modo a ser capaz de monitorar um diferente número de diferentes zonas ou áreas em um poço de petróleo e/ou gás. O objetivo do monitoramento pode ser de através das medições feitas, observar em um estágio anterior que uma perda de pressão no poço está em processo de ocorrência, ou que já tenha ocorrido, desse modo, permitindo diversas ações serem tomadas para prevenir ou mesmo limitar os danos causados pela perda de pressão. O dispositivo pode em um típico uso ser conectado a uma cabeça de poço no poço de petróleo e/ou gás. Entretanto, deve ser entendido que o dispositivo para monitoramento de parâmetros físicos possa também ser usado em outras aplicações.

[0013] O dispositivo divulgado compreende um elemento de flange que é configurado com um furo vazado e um término de extremidade, que será vedado ou fechado em uma extremidade do dispositivo. Um sensor e dispositivos eletrônicos associados são dispostos no furo vazado. O sensor inclui um primeiro circuito eletrônico. O sensor é conectado a um segundo circuito eletrônico através de dispositivos de transmissão, por exemplo, na forma de fios ou elementos similares, que são passados através de um elemento hermético à pressão no furo vazado. O elemento hermético à pressão é disposto no furo vazado, de modo a separar duas porções longitudinais do furo vazado.

[0014] O elemento hermético à pressão apresenta, entre outras coisas, o efeito de prevenir a ocorrência de um vazamento de fluido no elemento hermético à pressão. Como resultado, o dispositivo será provido de uma disposição de dupla barreira para a passagem que é dirigida para um espaço anular da cabeça de poço. Essa disposição também proporciona uma barreira de segurança contra incêndio entre diversas partes do dispositivo, em particular, entre o sensor, incluindo o primeiro circuito eletrônico, e o segundo circuito eletrônico.

[0015] Em uma modalidade, o elemento hermético à pressão pode ser um elemento cerâmico.

[0016] O elemento hermético à pressão pode, alternativamente, ser um elemento de vidro.

[0017] Alternativamente, o elemento hermético à pressão pode incluir um disco metálico e os dispositivos de transmissão podem incluir condutores elétricos passados através de furos no disco metálico. Além disso, um material de vidro, safira ou cerâmica pode envolver cada condutor e vedar de forma fluida o espaço entre cada condutor e o correspondente furo no disco metálico.

[0018] Em uma modalidade, por exemplo, quando o elemento hermético à pressão é um elemento cerâmico, o elemento cerâmico pode ser configurado de modo a permitir uma passagem de corrente através do elemento cerâmico. O elemento cerâmico pode em específicas linhas ou áreas de saída direta, através da direção longitudinal do mesmo, ser feito de uma mistura de material cerâmico e um material condutor (por exemplo, platina), de modo que a corrente possa ser transferida ao longo do elemento cerâmico. Em tal contexto, deve ser também entendido que o elemento cerâmico possa ser composto de diversos pedaços de cerâmica ao longo de sua direção longitudinal, cujos pedaços cerâmicos, quando montados, irão formar o elemento cerâmico.

[0019] A passagem de corrente através do elemento hermético à pressão pode ser obtida mediante uso de material metálico ou outros materiais eletricamente condutores. Elementos como fios ou similares podem de uma maneira adequada ser configurados como capazes de serem conectados em cada lado do elemento hermético à pressão, de modo a obter uma passagem de corrente através do elemento hermético à pressão.

[0020] O sensor será capaz de medir diferentes parâmetros no poço de petróleo e/ou gás, após o que, essas “medições” na forma de adequados sinais, serão transmitidas para os dispositivos eletrônicos associados. Os dispositivos eletrônicos associados serão então capazes de processar os sinais recebidos por si próprios ou enviar esses sinais para outra unidade de recebimento e/ou processamento, para posterior processamento. Isso pode ser obtido quando os dispositivos eletrônicos associados podem ser conectados à unidade de recebimento e/ou processamento através de um ou mais fios elétricos, um ou mais cabos de sinal, etc., ou mesmo na condição sem fio.

[0021] O dispositivo divulgado pode ser provido com uma ou mais baterias ou pacotes de baterias, que irão suprir o sensor, os dispositivos eletrônicos associados, etc., no dispositivo, com a necessária energia, conforme exigido. Entretanto, isso também pode ser obtido mediante conexão do dispositivo com um ou mais fios de suprimento de energia.

[0022] Para ser possível conectar o elemento hermético à pressão, por exemplo, o elemento cerâmico, no dispositivo, o elemento hermético à pressão pode ser disposto em uma luva, cuja luva se dispõe ao longo de uma parte de sua extensão, configurada com uma porção rosqueada. Uma correspondente porção internamente rosqueada no furo vazado no dispositivo será então formada, de modo a permitir à luva conter o elemento hermético à pressão, a ser conectado ao dispositivo.

[0023] Numa modalidade da presente invenção, o sensor é apenas projetado para medir a pressão e temperatura, mas, deverá ser entendido que o sensor pode ser também projetado para medir outros parâmetros ou adicionais parâmetros. Deve ser também observado que outros dispositivos podem ser usados para realizar as desejadas medições.

[0024] Além disso, o sensor pode ser configurado com uma porção rosqueada ao longo de uma parte de sua extensão, desse modo, possibilitando ao sensor ser aparafusado em um elemento tubular, por exemplo, uma cabeça de poço.

[0025] O elemento de flange do dispositivo pode ser constituído de uma porção de flange dianteira e uma porção de flange traseira, onde a porção de flange traseira se sobrepõe a uma parte da porção de flange dianteira quando as mesmas estão montadas. As porções de flange dianteira e traseira serão ainda conectadas entre si por meio de cavilhas, parafusos ou elementos similares, sendo ainda adicionalmente providos um ou mais dispositivos de vedação, por exemplo, anéis em “O” ou similares, entre as partes que se sobrepõem das porções de flange dianteira e traseira, de modo a proporcionar uma conexão hermética a fluido entre as mesmas.

[0026] A fim de ser possível a vedação de uma extremidade do dispositivo quando o este dispositivo é fixamente conectado a um elemento tubular, por exemplo, uma cabeça de poço, uma árvore de Natal ou similar, o término de extremidade é configurado com uma projeção, por exemplo, na forma de uma luva, a uma determinada distância de seu perímetro externo, cuja projeção, quando o término de extremidade é conectado à porção de flange traseira, irá se estender por uma distância dentro da porção de flange traseira e estando essencialmente em contato com o interior do furo vazado, na porção de flange traseira. Um ou mais dispositivos de vedação, por exemplo, anéis em “O”, são dispostos entre as porções que se sobrepõem do término de extremidade e da porção de flange traseira, a fim de proporcionar uma conexão hermética a fluido entre as mesmas. A porção de flange traseira e o término de extremidade são conectados entre si por meio de cavilhas, parafusos ou elementos similares.

[0027] Deverá ser entendido que o elemento de flange pode compreender um número maior ou menor de elementos.

[0028] O elemento de flange, o furo vazado no mesmo e o término de extremidade podem apresentar um formato circular, mas, deverá ser também entendido que formatos quadrados, retangulares ou outras formas poligonais podem ser usados, para o elemento de flange e furo vazado.

[0029] O dispositivo pode ser disposto de modo a ser capaz de se comunicar com outros dispositivos similares. Isso pode ser feito mediante conexão de dois ou mais dispositivos, com a ajuda de pelo menos um fio. A comunicação entre as diversas unidades pode ser feita também na condição sem fio.

[0030] O dispositivo aqui divulgado pode ser usado em um sistema de monitoramento de temperatura e pressão, para monitorar um poço de petróleo e/ou gás.

[0031] Também, é aqui divulgada uma cabeça de poço, para uso em um poço de petróleo e/ou gás, o poço tendo uma pluralidade de tubos de revestimento, os tubos de revestimento definindo uma pluralidade de espaços anulares. A cabeça de poço é configurada com uma pluralidade de furos vazados, cada um se dirigindo para um respectivo espaço anular do poço. Cada furo vazado é conectado a um dispositivo, conforme divulgado no presente relatório descritivo.

[0032] Assim, através da presente invenção é proporcionado um dispositivo que pode ser usado em conexão com um sistema de monitoramento de temperatura e pressão, que permite aos sensores no sistema serem montados ou desmontados sob pressão, isto é, que o poço de petróleo e/ou gás pode se encontrar em estágio de produção, enquanto a montagem/desmontagem é realizada; o sistema irá ainda conservar as barreiras no sistema de segurança e qualquer perda de pressão no poço de petróleo e/ou gás será acentuadamente prevenida, pelo fato de que uma indicação de condições de “anormalidade” no poço é apresentada em um estágio anterior.

[0033] Outras vantagens e especiais características da presente invenção se tornarão mais claras na seguinte descrição detalhada, nos desenhos anexos e nas reivindicações apresentadas em anexo.

Breve Descrição dos Desenhos

[0034] A presente invenção será agora descrita fazendo-se referência a diversas modalidades da mesma, conforme mostrado nas figuras, nas quais: - a figura 1 é um esboço esquemático de uma típica strutura de cabeça de poço, compreendendo um sistema de monitoramento de temperatura e pressão; - a figura 2 mostra uma primeira modalidade de um dispositivo de acordo com a presente invenção, visto em uma vista lateral parcial e em seção transversal; - a figura 3 mostra uma segunda modalidade do dispositivo de acordo com a presente invenção, visto em seção transversal; e - a figura 4 mostra uma terceira modalidade do dispositivo de acordo com a presente invenção, visto a partir da parte traseira e em seção transversal.

Descrição Detalhada da Invenção

[0035] A figura 1 mostra uma típica estrutura de cabeça de poço usada em conexão com um poço de petróleo e/ou gás, onde uma cabeça de poço (1) na sua extremidade superior é conectada a um riser (2) que se estende entre uma estrutura flutuante (não mostrado), por exemplo, uma plataforma ou similar, e a cabeça de poço (1). Um primeiro tubo revestimento (3) se estende a uma determinada distância descendente, dentro de uma formação de superfície, sendo cementado à formação de superfície (O).

[0036] A extremidade superior do primeiro tubo revestimento (3) é adequadamente suspensa da cabeça de poço (1), e dispositivos de vedação (4) na forma de um ou mais elementos tipo packer são dispostos entre a superfície exterior do primeiro tubo revestimento (3) e uma superfície interior da carcaça pressurizada (H) da cabeça de poço (1). Dentro do primeiro tubo de revestimento (3) se dispõe um segundo tubo de revestimento (5), que será então estendido através do primeiro tubo de revestimento (3), e a uma maior distância descendente dentro da formação de superfície (O) do que o primeiro tubo de revestimento (3).

[0037] O segundo tubo de revestimento (5), como o primeiro tubo de revestimento (3), será cementado na formação de superfície (O). O segundo tubo de revestimento (5), além disso, será parcialmente suportado (suspenso) pelo primeiro tubo de revestimento (3). A fim de se obter uma conexão hermética entre uma superfície interna do primeiro tubo de revestimento (3) e a superfície externa do segundo tubo de revestimento (5), são providos dispositivos de vedação (4) entre os primeiro e segundo tubos de revestimento (3, 5).

[0038] Como o segundo tubo de revestimento (5) apresenta um menor diâmetro do que o primeiro tubo de revestimento (3), um espaço será formado entre os primeiro e segundo tubos de revestimento (3, 5), cujo espaço é chamado de espaço ou coluna anular. O espaço que é delimitado pela superfície interna do primeiro tubo de revestimento (3), segundo tubo de revestimento (5) e suspensor do tubo de revestimento nos primeiro e segundo tubos de revestimento (3, 5) irá definir um primeiro espaço anular (A).

[0039] Conforme descrito acima para os primeiro e segundo tubos de revestimento (3, 5), um terceiro tubo de revestimento (6) irá se deslocar internamente através do segundo tubo de revestimento (5), e será suportado (suspenso) pelo segundo tubo de revestimento (5). O terceiro tubo de revestimento (6) terá um diâmetro menor que o diâmetro do segundo tubo de revestimento (5). Nesse caso, os segundo e terceiro tubos de revestimento (5, 6) juntos com o suspensor de revestimento nos segundo e terceiro tubos de revestimento (5, 6) irão definir um segundo espaço anular (B). Dentro do terceiro tubo de revestimento (6) é disposto um último e quarto tubo de revestimento (7), através do qual uma tubagem de produção (não mostrado) irá se deslocar quando o poço de petróleo e/ou gás se encontrar em regime de produção. O quarto tubo de revestimento (7) terá um diâmetro menor que o diâmetro do terceiro tubo de revestimento (6). O espaço que é formado entre os terceiro e quarto tubos de revestimento (6, 7) e o suspensor de tubo de revestimento nos terceiro e quarto tubos de revestimento (6, 7) irá formar um terceiro espaço anular (C). Para se obter uma conexão hermética entre uma superfície interna dos segundo e terceiro tubos de revestimento (5, 6) e a superfície externa dos terceiro e quarto tubos de revestimento (6, 7), são providos dispositivos de vedação (4) entre os segundo e terceiro tubos de revestimento (5, 6) e terceiro e quarto tubos de revestimento (6, 7).

[0040] A cabeça de poço (1), além disso, pode ser conectada a uma válvula de surgência descontrolada (blowout) (não mostrado), um chamado BOP (Blow Out Preventer - Preventor de Blowout).

[0041] A estrutura de cabeça de poço indicada acima irá proporcionar um sistema hermético a pressão e fluido, mas, as condições de operação no poço de petróleo e/ou gás, devem fazer com que os dispositivos de vedação (4), devido, por exemplo, a grandes acúmulos de pressão no poço, variações de temperatura ou ao tempo de vida de manutenção, comecem a “vazar”, de modo que irá ocorrer no poço uma perda de pressão, quando isso não é desejável.

[0042] A fim de evitar esses indesejados vazamentos ou perdas de pressão, uma pluralidade de dispositivos para aferição de diferentes parâmetros (8), conforme explicado em maiores detalhes em conexão com as figuras restantes 2 e 4, será disposta ao longo da extensão da cabeça de poço (1), de modo que a aferição e monitoramento de diferentes parâmetros, por exemplo, pressão e/ou temperatura, possa ser realizada em cada dos espaços anulares (A-C) que se apresentam no poço. A cabeça de poço (1) será então configurada com uma pluralidade de furos vazados (não mostrado), em cujos furos o dispositivo (8) pode adequadamente ser conectado. As aferições feitas em cada dos espaços anulares (A-C) podem ser adequadamente transmitidas, por exemplo, para uma estrutura flutuante, para processamento e monitoramento.

[0043] A figura 2 mostra uma primeira modalidade de um dispositivo de medição ou monitoramento (8), de acordo com a presente invenção, em que o dispositivo (8) é mostrado parcialmente lateralmente e em seção transversal, quando conectado à cabeça de poço (1). A cabeça de poço (1) será então configurada com uma pluralidade de furos ou passagens vazadas (9), cujas passagens (9) serão então de tal modo posicionadas, que serão dirigidas para cada dos espaços anulares (A-C). O dispositivo (8) compreende um sensor (10) e um elemento de flange (11), que são firmemente conectados entre si. O elemento de flange (11) é constituído de uma porção de flange dianteira (12) e uma porção de flange traseira (13), as quais, através de uma pluralidade de parafusos (14) ou elementos similares são conectadas entre si. Uma extremidade da porção de flange traseira (13) será então configurada de modo a se sobrepor a uma extremidade da porção de flange dianteira (12), quando as porções de flange dianteira e traseira (12, 13) são montadas. Ambas as porções de flange dianteira e traseira (12, 13) serão ainda configuradas com uma fenda ou recesso (16), em cujo recesso (16) um anel em “O” (17) é disposto, quando as porções de flange dianteira e traseira (12, 13) são conectadas entre si, de modo a proporcionar uma conexão hermética a fluido entre as mesmas.

[0044] O elemento de flange (11) é ainda configurado com um furo vazado (141), em cujo furo vazado (141) o sensor (10) e os associados dispositivos eletrônicos (15) são dispostos. Uma segunda extremidade (oposta à extremidade que está conectada à porção de flange traseira (13)), da porção de flange dianteira (12) será então configurada com uma face de contato (18) para o sensor (10), a dita face de contato (18) formando uma aresta de batente para o sensor (10). O sensor (10) será então, similarmente, configurado com uma face (19) que se apoiará contra a face de contato (18) na porção de flange dianteira (12), de modo que o sensor (10) seja posicionado corretamente em relação à cabeça de poço (1). O sensor (10), além disso, ao longo de uma parte de sua extensão, será configurado com uma porção rosqueada (20), de modo que o sensor (10) possa ser aparafusado dentro da passagem (9) na cabeça de poço (1). A passagem (9) na cabeça de poço (1) será então configurada com uma porção completar rosqueada (não mostrado).

[0045] O sensor (10) compreende um primeiro circuito eletrônico, por exemplo, na forma de uma placa eletrônica de circuito impresso (21), que através de fios (22) é conectada a um segundo circuito eletrônico na forma de uma placa principal separada de circuito impresso (23), disposta no furo (141) na porção de flange dianteira (12). Mediante essa configuração, o sensor (10) compreendendo a placa eletrônica de circuito impresso (21) será separado da placa principal de circuito impresso (23), pelo que o sensor (10) é então disposto na extremidade da porção de flange dianteira (12), disposta mais próximo da cabeça de poço (1), enquanto a placa principal separada de circuito impresso (23) será disposta em uma extremidade oposta da porção de flange dianteira (12), adjacente à porção de flange traseira (13).

[0046] Entre o sensor (10) e a placa principal separada de circuito impresso (23), é disposto um elemento hermético à pressão (24), por exemplo, um elemento cerâmico com fios (22) conectando o sensor (10) e a placa principal separada de circuito impresso (23), que se estende através do elemento cerâmico.

[0047] Em uma modalidade, os fios (22), entretanto, não irão se deslocar através de todo o elemento cerâmico (24), somente em uma determinada extensão dentro do elemento cerâmico (24), de modo que os fios (22) do sensor (10) e os fios (22) da placa principal de circuito impresso (23), quando dispostos no elemento cerâmico (24), serão localizados a uma determinada distância entre si. Entretanto, o elemento cerâmico (24) é de tal modo configurado, que através de pelo menos uma porção ou área de saída direta do elemento cerâmico (24), é disposta uma mistura de um material cerâmico e um material eletricamente condutor (por exemplo, platina). Isso irá significar que o elemento cerâmico (24) irá formar uma barreira hermética à pressão no dispositivo (8). O elemento cerâmico (24) está em um modo hermético a fluido ou à pressão conectado a uma luva (25). A luva (25) é ainda configurada com uma porção rosqueada (não mostrado) e uma seção transversal variável ao longo de sua extensão. A passagem de corrente através do elemento cerâmico (24) pode, entretanto, ser conseguida, por exemplo, mediante uso de materiais metálicos ou outros materiais eletricamente condutores.

[0048] O elemento hermético à pressão (24), conforme descrito acima, por exemplo, é um elemento cerâmico. Nesse caso, o elemento hermético à pressão (24) pode ser provido na forma de um disco cerâmico de alimentação vazado, no qual fios ou outros condutores elétricos podem ser embutidos no elemento cerâmico. O material cerâmico pode ser cristalino ou não-cristalino. O material cerâmico pode incluir, por exemplo, óxido de alumínio.

[0049] Alternativamente, o elemento hermético à pressão (24) pode ser um elemento de vidro ou, alternativamente, o elemento hermético à pressão (24) pode incluir um disco metálico (por exemplo, feito de aço ou titânio) e os dispositivos de transmissão podem ser condutores elétricos (por exemplo, feitos de platina) passados através de furos no disco metálico. Além disso, um material de vidro, safira ou cerâmica pode envolver cada condutor e vedar de forma fluida o espaço entre cada condutor e o correspondente furo no disco metálico.

[0050] O elemento hermético à pressão (24) pode ser localizado em uma porção do furo (141), onde o diâmetro é reduzido. O elemento hermético à pressão (24) é mostrado encaixado dentro de uma porção do furo, tendo um diâmetro correspondente ao diâmetro do elemento hermético à pressão (24). Uma luva (25) é localizada no furo (141) em um modo de engate com um primeiro lado do elemento hermético à pressão, se opondo à passagem (9). A luva (25) nessa posição exerce pressão sobre o elemento de isolamento (24). A luva pode ser configurada com roscas, providas para rosqueamento com as roscas no furo (141), e pode ser provida com uma porção ampliada de diâmetro (25b), disposta para encaixe com uma restrição do furo (141), que pode proporcionar um batente terminal para a luva (25). Mediante engate das roscas da luva (25) com as roscas do furo (141), a luva pode ser aparafusada em uma posição, exercendo uma pressão sobre o elemento hermético à pressão (24). Um segundo lado do elemento de isolamento (24), que se opõe à passagem (9), se dispõe contra uma restrição no diâmetro do furo, proporcionando uma porção de contato (26). Entre a porção de contato (26) e uma porção do segundo lado do elemento de isolamento, pode ser provida uma vedação, por exemplo, uma vedação metálica. Ao mover a luva (25) em relação ao furo (141), por exemplo, mediante aparafusamento da luva (25) em relação ao furo (141), o elemento de isolamento (24) exerce uma força sobre a vedação, de um tamanho que proporciona um engate isolante entre a porção de contato (26), a vedação e o elemento de isolamento (24). Essa disposição pode possibilitar ou ainda melhorar as propriedades de hermeticidade à pressão do dispositivo.

[0051] O furo vazado (141) na porção de flange dianteira (12), disposto ao longo de uma parte de sua extensão, será configurado com uma seção transversal variável, cuja seção transversal variável será configurada de modo complementar com a seção transversal variável da luva (25). Uma aresta traseira (26) de seção transversal variável no furo vazado (141) irá, quando a luva (25) com o elemento hermético à pressão (24), por exemplo, um elemento cerâmico, for disposta na seção transversal variável do furo vazado (141), juntamente com a extremidade da luva (25), formar uma conexão hermética entre a porção de flange dianteira (12) e a luva (25). Essa disposição pode formar uma conexão à prova de fogo no dispositivo (8).

[0052] A porção de flange traseira (13) é configurada com um furo vazado e rosqueado (27), de modo a possibilitar um cabo de entrada (28), compreendendo uma porca de tensionamento (29) ser conectado ao furo rosqueado (27). Entre as faces de contato da porção de flange traseira (13) e o cabo de entrada (28) é disposta uma vedação (30) na forma de um anel em “O”. Um cabo elétrico (E) é então passado através do cabo de entrada (28) e conectado a uma placa de circuito impresso de conectora (31) no furo vazado (141) no elemento de flange (11).

[0053] A placa separada principal de circuito impresso (23) e a placa de circuito impresso conectora (31) são, por meio de um dispositivo de fixação (32), conectadas a uma parede traseira (33) da porção de flange dianteira (12). O dispositivo de fixação (32) irá ainda garantir que a placa principal de circuito impresso (23) e a placa de circuito impresso conectora (31) sejam dispostas a uma determinada distância entre si. Os sinais recebidos do sensor (10) irão então ser transmitidos em um modo sem fio a partir da placa principal de circuito impresso (23) para a placa de circuito impresso conectora (31), a fim de que, através do cabo elétrico (E), sejam transmitidos para processamento em uma estrutura flutuante (não mostrado).

[0054] A porção de flange traseira (13) que é uma luva “aberta” é em uma extremidade oposta à extremidade que se sobrepõe, conectada à porção de flange dianteira (12), configurada para ser conectada a um término de extremidade (34), de modo que o dispositivo (8) possa ser fechado ou vedado na extremidade oposta à conexão da cabeça de poço (1). O término de extremidade (34) é então configurado com uma pluralidade de aberturas (35), cujas aberturas vazadas (35) são usadas para passagem de parafusos (36). Um término de extremidade na porção de flange traseira (13) será então configurada com uma pluralidade de furos rosqueados (37), para recebimento e fixação por meio de parafusos (36).

[0055] O término de extremidade (34) será, por um lado, configurado com uma projeção (38), cuja projeção (38) será tal que possa essencialmente corresponder ao furo vazado (141), de modo que a projeção (38) se estenda a uma determinada distância dentro da porção de flange traseira (13), quando o término de extremidade (34), através de parafusos (36), é conectado à porção de flange traseira (13). Uma vedação (39) na forma de um anel em “O” é disposta entre a superfície interna da porção de flange traseira (13) e a superfície externa da projeção (38), uma ou ambas dessas superfícies sendo então configuradas com uma fenda para recebimento da vedação (39).

[0056] Além disso, a porção de flange dianteira (12), numa face (A) que faz contato com a cabeça de poço (1), é configurada com uma pluralidade de furos (41), de modo que parafusos e porcas (42) possam ser usadas para firmemente conectar o dispositivo (8) à cabeça de poço (1). A face (A) é ainda configurada com um recesso (43) para recebimento de um elemento de vedação (44), de modo que seja provida uma conexão hermética entre o dispositivo (8) e a cabeça de poço (1) quando estes são conectados entre si.

[0057] A figura 3 mostra outra modalidade do dispositivo (8), de acordo com a presente invenção, em que o dispositivo (8) é agora configurado para transmitir sinais a partir do sensor (10) numa condição sem fio. Com exceção de como ocorre a transmissão de sinais de acordo com a presente modalidade, a composição geral do componente do dispositivo (8) e seu princípio de operação são os mesmos que os descritos para a primeira modalidade da invenção, conforme mostrado na figura 2, e por razões de maior simplicidade não serão mais aqui descritos.

[0058] A modalidade mostrada na figura 3 usa uma transmissão de sinais sem fio a partir do sensor (10), em que a porção de flange traseira (13) será configurada com um furo vazado e rosqueado (27), possibilitando a uma antena sem fio (44) ser conectada ao furo vazado e rosqueado (27). Um dispositivo de fixação (32) é também usado nessa modalidade para conectar a placa principal separada de circuito impresso (23) e a placa conectora de circuito impresso (31) com a parede traseira (33) da porção de flange dianteira (12). Entretanto, a distância entre a placa principal de circuito impresso (23) e a placa conectora de circuito impresso (31) será agora maior que na modalidade descrita com referência à figura 2, visto em relação ao fato de que uma parte da antena sem fio (44) irá se estender a uma determinada distância dentro do furo vazado (141), no elemento de flange (11). Os sinais recebidos do sensor (10) serão transmitidos em um modo sem fio a partir da placa principal de circuito impresso (23) para a placa conectora de circuito impresso (31), depois, ainda transmitidos em um modo sem fio a partir da placa conectora de circuito impresso (31) para a antena sem fio (44), com seguinte transmissão ainda em um modo sem fio para processamento em uma estrutura flutuante (não mostrado). Para amplificação do sinal, uma pluralidade de unidades de amplificação de sinal (não mostrado) pode ser provida entre a cabeça de poço e a estrutura flutuante.

[0059] Para operar o sensor (10) e/ou a antena sem fio (44) no dispositivo (8), uma bateria ou um pacote de baterias (45) é provido no dispositivo (8) quando o dito dispositivo (8) é montado. Essa modalidade significa que a bateria ou pacote de baterias (45) pode facilmente ser substituída mediante desaparafusamento de parafusos (36) no término de extremidade (34) e mediante remoção do término de extremidade (34) da porção de flange traseira (13). A bateria ou pacote de baterias (45) pode, de uma maneira adequada, ser conectada, por exemplo, por meio de fios, etc., (não mostrado) à placa conectora de circuito impresso (31).

[0060] A bateria ou pacote de baterias (45) pode ser também conectada ou compreender um dispositivo (não mostrado), capaz de garantir que a bateria ou pacote de baterias (45) seja desligada em determinados intervalos de tempo. O dispositivo pode, então, ligar a bateria ou pacote de baterias (45) por uma unidade de tempo previamente especificada (minutos, horas ou dias), de modo a permitir um desejado número de medições, por exemplo, realização de aferição de pressão e temperatura, após o que o dispositivo irá desligar a bateria ou pacote de baterias (45). Entretanto, deverá ser entendido que tal dispositivo deve também compreender a possibilidade de ser cancelado, tendo em vista ao fato de que as medições com o dispositivo (8) podem também ser realizadas fora das unidades de tempo previamente especificadas.

[0061] A figura 4 mostra uma adicional modalidade do dispositivo (8), de acordo com a presente invenção, em que a porção de flange traseira (13) no dispositivo (8) é configurada com diversos furos vazados e rosqueados (27). A composição geral do componente do dispositivo (8) e seu princípio de operação são os mesmos que os descritos para a primeira modalidade da invenção, conforme mostrado na figura 2, e por razões de maior simplicidade não serão mais aqui descritos.

[0062] Ao se configurar a porção de flange traseira (13) com diversos furos vazados e rosqueados (27), será possível para o dispositivo (8) ser conectado a dois cabos elétricos (E), a um cabo elétrico (E) e a uma antena sem fio (44) ou mesmo duas antenas sem fio (44). Alternativamente, um dos furos vazado e rosqueado (27) pode ser inicialmente fechado por um tampão tipo batente (46). Se, por exemplo, o fio elétrico (E) ou a antena sem fio (44), por alguma razão, for rompido ou danificado, haverá a possibilidade de conexão ao dispositivo (8) mediante remoção do tampão de batente (46) e, por exemplo, acoplamento de uma antena sem fio (44) ao outro furo vazado e rosqueado (27).

[0063] Além disso, essa modalidade irá também permitir diversos dispositivos similares serem conectados na mesma linha, pelo que os dispositivos serão então capazes de se comunicarem entre si de um modo digital.

[0064] A invenção foi até então explicada fazendo- se referência a alguns exemplos não-limitativos. Um especialista versado na técnica irá entender que será possível fazer um determinado número de variações e modificações no sistema de monitoramento de temperatura e pressão conforme descrito, de acordo com o escopo da invenção, o qual é definido pelas reivindicações anexas.

Claims (13)

1. Dispositivo (8) para monitoramento de parâmetros físicos em um poço de petróleo e/ou gás, o dispositivo (8) sendo conectável a uma cabeça de poço (1) do poço de petróleo e/ou gás, o dispositivo (8) compreendendo um elemento de flange (11) configurado com um furo vazado (141) e um término de extremidade (34), em cujo furo vazado (141) são dispostos um sensor (10) e associados dispositivos eletrônicos (15), e em que um primeiro circuito eletrônico inclui uma placa eletrônica de circuito impresso (21), caracterizado pelo fato de que o sensor (10) incluindo o primeiro circuito eletrônico é conectado a um segundo circuito eletrônico que inclui uma segunda placa eletrônica de circuito impresso (23) disposta no furo vazado (141), através de dispositivos de transmissão que são passados através de um elemento hermético a pressão (24) disposto no furo vazado (141) de tal maneira que separa duas porções longitudinais do furo vazado (141), os dispositivos de transmissão incluem fios (22) conectados entre a primeira placa de circuito impresso (21) e a segunda placa de circuito impresso (23), e em que o elemento hermético à pressão é disposto em uma luva (25), cuja luva (25) ao longo de uma parte de sua extensão é configurada com uma parte rosqueada a qual se encaixa com uma parte internamente rosqueada no furo vazado (141) e conecta a luva (25) contendo o elemento hermético à pressão (24) ao dispositivo (8).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor (10) inclui um transdutor de temperatura.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor (10) inclui um transdutor de pressão.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor (10) inclui um transdutor de pressão e temperatura.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento hermético a pressão (24) é um elemento cerâmico.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o elemento hermético a pressão (24) é um elemento de vidro.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o elemento hermético a pressão (24) inclui um disco metálico, os dispositivos de transmissão sendo condutores elétricos passados através de furos no disco metálico, e em que um material de vidro, safira ou cerâmica envolve cada condutor, vedando de forma fluida o espaço entre cada condutor e o correspondente furo no disco metálico.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o elemento cerâmico é configurado com pelo menos uma área ou porção de saída direta de uma mistura de material cerâmico e um ou materiais condutores, de modo a proporcionar passagem de corrente através do elemento cerâmico.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de transmissão são embutidos no elemento cerâmico.

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de flange (11) apresenta uma porção de flange dianteira (12) e uma porção de flange traseira (13), e em que o sensor (10), incluindo a primeira placa de circuito impresso (21) é disposto em uma extremidade da porção de flange dianteira (12), que se dispõe mais próxima da cabeça de poço (1).

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a segunda placa de circuito impresso (23) é disposta numa extremidade oposta da porção de flange dianteira (12), adjacente à porção de flange traseira (13).

12. Uso do dispositivo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o dito uso se faz em um sistema de monitoramento de temperatura e pressão, para monitorar um poço de petróleo e/ou gás.

13. Cabeça de poço (1) para uso em um poço de petróleo e/ou gás, o poço tendo uma pluralidade de tubos de revestimento (3, 5, 6, 7), os tubos de revestimento (3, 5, 6, 7) definindo uma pluralidade de espaços anulares (A, B, C), a cabeça de poço (1) sendo configurada com uma pluralidade de furos vazados (9), cada furo se dirigindo para dentro de um respectivo espaço anular (A, B, C) do poço, caracterizada pelo fato de que cada furo vazado (9) é conectado a um dispositivo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

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