BR112016028339B1 - Método e sistema para operação e monitoramento de um poço para extração ou armazenagem de fluido - Google Patents
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Abstract
MÉTODO E SISTEMA PARA OPERAÇÃO E MONITORAMENTO DE UM POÇO PARA EXTRAÇÃO OU ARMAZENAGEM DE FLUIDO. A invenção se refere a um sistema para operação e monitoramento de um poço de extração ou armazenamento de um fluido de operação, como gás natural, que compreende uma coluna de produção (20) em que o fluido de operação flui, um compartimento protetor (60) disposto ao redor da coluna de produção (20) e uma bainha de cimento (30) interposta entre o compartimento (60) e uma formação de rocha (70) pela qual o poço se estende. O sistema também compreende, fora do compartimento (60), entre o compartimento e a bainha de cimento (30), uma série de unidades eletrônicas (110) distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento (60) e espaçados axialmente ao longo do compartimento (60). Cada unidade eletrônica (110) compreende meios de comunicação (14) que fazem a unidade eletrônica se comunicar com outra unidade eletrônica (110) ou um terminal de superfície (100), uma unidade de fonte de energia (13) na unidade eletrônica (110), e pelo menos um dos seguintes elementos: a) uma unidade de detector compreendendo pelo menos um sensor (11) para detectar uma magnitude física ou química, e b) uma unidade de processador de sinal (12).
Description
[001] A presente invenção se refere a um sistema para operação e monitoramento de um poço de extração ou armazenamento de um fluido de operação, como gás natural, o poço compreende uma coluna de produção em que o fluido de operação flui, um compartimento protetor disposto ao redor da coluna de produção, e uma bainha de cimento interposta entre o compartimento e uma formação de rocha pela qual o poço se estende.
[002] A invenção também propõe um método de operação e monitoramento de um poço para extração ou monitoramento de um fluido de operação, o monitoramento inclui o rastreamento, a colocação e a integridade da barreira da proteção de cimento.
[003] A integridade de um poço na extração ou no armazenamento de um fluido, como hidrocarbono ou gás natural, pode ser afetada pela presença de vazios enquanto o cimento é utilizado para preencher a fenda anular situada entre o compartimento do poço de extração e a rocha circunvizinha, ou mesmo oriunda do envelhecimento do cimento. Estes dois fatores podem produzir interrupções não desejadas na produção, o que, em função da sua própria natureza, não pode ser previsto, a não ser que a integridade da bainha do cimento seja monitorada regularmente.
[004] Pelas razões acima, é necessária a inspeção da integridade da bainha do cimento de forma segura e eficaz para prever as interrupções na produção e agir de forma correta a fim de minimizar as perdas da produção associadas à operação interrompida.
[005] Existem sondas e métodos relacionados à perfilagem de poços que executam a inspeção do poço em um momento específico. O estado do cimento (rachaduras ou vazios) pode ser observado, além de se identificar a cimentação de qualidade inferior (isto é, os lugares em que o espaço anular é preenchido de forma incompleta). Entretanto, a desvantagem principal do método se dá por ele ser intrusivo e pela produção necessitar ser interrompida, visto que a sonda dever ser inserida dentro do compartimento, o que envolve a remoção da coluna de produção.
[006] As medições indiretas são também conhecidas por detectarem vazamentos, como, por exemplo, na análise de fluidos ou da pressão externa ao poço. Entretanto, os métodos indiretos se prestam para confirmar um problema, porém não o preveem.
[007] Pelas razões supra, as medições de perfilagem indiretas não rastreiam o cimento a longo prazo, nem inspecionam a cimentação a fim de oferecer um método que corresponde à previsão das interrupções na produção.
[008] Neste sentido, são apresentadas propostas sobre a dispersão de sensores na bainha do cimento interposta entre o compartimento e o poço para extrair ou armazenar o fluido e a formação rochosa pela qual o poço se estende, com o objetivo de inspecionar a integridade da bainha do cimento e monitorar seu envelhecimento. Entretanto, o referido procedimento não garante a distribuição dos sensores de maneira uniforme na bainha do cimento. Além disso, o tamanho nanométrico dos sensores embutidos, exigido para incorporar os sensores no cimento, faz com que os sensores independentes sem fio não sejam acionados eletricamente para se intercomunicarem, o que é necessário à sua operação.
[009] Outrossim, o documento WO 2011 / 017415 A2 apresenta um orifício disposto em sensores de temperatura e medidores de tensão distribuídos ao longo do compartimento entre o compartimento e a bainha do cimento, cujos sensores podem ser colocados em planos de sucessão horizontal ou dispostos ao longo de um trajeto helicoidal.
[010] A presente invenção propõe solucionar as desvantagens supracitadas tornando possível inspecionar de forma segura e eficaz a colocação correta e a integridade da bainha do cimento, situada entre o compartimento e a formação rochosa, de modo a poder prever interrupções na produção do poço para extração ou armazenagem do fluido para atuar de modo a minimizar as perdas da produção associadas às interrupções da operação.
[011] Estes objetivos são alcançados, de acordo com a invenção, por meio de um sistema para operação e monitoramento de um poço para extração ou armazenagem de um fluido de operação, como hidrocarbono, água geotérmica, dióxido de carbono ou gás natural, o poço compreende uma coluna de produção em que o referido fluido de operação flui, um compartimento protetor disposto ao redor da coluna de produção pelo fluido de um ânulo, e uma bainha de cimento interposta entre o compartimento e uma formação de rocha pela qual o poço se estende, o sistema se caracteriza por compreender, fora do compartimento, entre o compartimento e a bainha do cimento, uma série de unidades eletrônicas distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento e espaçados axialmente ao longo do compartimento, cada unidade eletrônica compreende meios de comunicação que fazem a unidade eletrônica se comunicar com outra unidade eletrônica ou um terminal de superfície, uma unidade de fonte de energia na unidade eletrônica, e pelo menos um dos seguintes elementos: a) uma unidade de detector compreendendo pelo menos um sensor que detecta uma magnitude física ou química, e b) uma unidade de processador de sinal, em que pelo menos uma unidade eletrônica é disposta como uma unidade de relé em que os meios de comunicação incluem meios que recebem sinais transmitidos por unidades eletrônicas circunvizinhas e meios que transmitem sinais recebidos de unidades eletrônicas circunvizinhas e amplificados por uma unidade de processador de sinal.
[012] Cada unidade do detector pode compreender um sensor que corresponde à medição de um único tipo de magnitude física ou química.
[013] Entretanto, em uma modalidade de variação cada unidade do detector compreende uma série de pluralidade de sensores que correspondem à medição de uma pluralidade de diferentes magnitudes físicas ou químicas.
[014] Os sensores independentes medem a magnitude física ou química no volume da bainha do cimento para inspecionar sua integridade podendo, em particular, compreender sensores de ultrassom, sensores de radar e/ou sensores TERAHERTZ, além de sensores de temperatura e/ou medidores de pressão.
[015] Dependendo da utilização visada, são distribuídas entre uma e oito unidades eletrônicas em torno do compartimento de um plano comum perpendicular ao referido compartimento.
[016] Em uma modalidade particularmente preferencial, o meio de comunicação compreende meios de comunicação sem fio, como ondas de rádio, ondas eletromagnéticas, ondas sonoras ou correntes de superfície.
[017] Os meios de comunicação de rádio que retransmitem as informações pela frequência do rádio na bainha do cimento utilizam, preferivelmente, uma frequência na faixa entre 169 megahertz (MHz) e 2,4 gigahertz (GHz). A ação combina uma antena de tamanho razoável (em centímetros) com uma faixa de valores suficientes (em torno de dez metros).
[018] Em outra modalidade possível, os meios de comunicação compreendem meios de comunicação com fio.
[019] As unidades eletrônicas podem ser presas diretamente no compartimento por uma conexão mecânica, como de aderência ou soldagem.
[020] Em uma modalidade específica, as unidades eletrônicas são colocadas diretamente em contato com o compartimento e as unidades eletrônicas, e o compartimento é coberto por uma camada protetora de polímero que protege as unidades eletrônicas e o compartimento garantindo que as unidades eletrônicas são mantidas no compartimento.
[021] Em outra modalidade, as unidades eletrônicas são dispostas em uma tira continua que é ligada por um adesivo na linha de um gerador no compartimento em contato com a bainha do cimento.
[022] A invenção dispõe de sensores em locais muito precisos ao longo do compartimento.
[023] Em uma modalidade, uma primeira série de unidades eletrônicas de um primeiro tipo é disposta em planos perpendiculares ao compartimento espaçados axialmente em uma primeira malha longa, e uma segunda série de unidades eletrônicas de um segundo tipo é disposta em planos perpendiculares ao compartimento e espaçados axialmente em uma segunda malha menor.
[024] Por exemplo, as unidades eletrônicas incluem pelo menos uma unidade de detector em que são dispostas em planos perpendiculares ao compartimento e espaçadas axialmente uma da outra entre 10 centímetros (cm) a 10 metros (m).
[025] As unidades eletrônicas que não incluem uma unidade de detector podem ser dispostas em planos perpendiculares ao compartimento e espaçadas axialmente uma da outra entre 5 m e 100 m.
[026] Em particular, a invenção propõe um sistema em que as unidades de detector incluem ao menos um sensor selecionado dos sensores de temperatura, pressão, tensão ou integridade, como um sensor que detecta densidade, a presença de material ou o ambiente químico, como a presença de água ou enxofre.
[027] Em uma modalidade específica, as unidades eletrônicas têm uma espessura que varia ente 1 milímetro (mm) e 20 (milímetros) mm.
[028] A unidade da fonte de energia de cada unidade eletrônica compreende meios de armazenagem de energia elétrica, como uma bateria ou um supercapacitor.
[029] Em particular, podem ser utilizadas baterias de alta temperatura, como as baterias de lítio catódico em estado sólido, com uma capacidade em torno de 10 watts-horas (Wh) a 50 Wh, como uma função do protocolo de transmissão de dados utilizado, ou mesmo um sistema de células de microcombustível.
[030] A unidade da fonte de energia de cada unidade eletrônica pode também compreender meios de recebimento de energia, como a energia eletromagnética transmitida ao longo do compartimento ou da energia térmica ou mecânica coletada pelos transdutores magneto-indutores, piezelétricos ou de Seebeck.
[031] Assim, em uma modalidade específica, ao menos uma unidade eletrônica disposta, como uma unidade de relé, recupera a energia do meio circunvizinho para acionar ao menos uma unidade de detector compreendendo ao menos um sensor que detecta a magnitude física ou química e/ou ao menos uma unidade do processador de sinal. A energia também pode ser obtida, particularmente, com a coleta de energia térmica do poço utilizando o gradiente de temperatura entre o meio circunvizinho e o fluido de operação.
[032] A invenção também propõe um método de fabricação para fabricar o compartimento de um poço para extração ou armazenagem de um fluido de operação, o método se caracteriza por compreender as etapas consistindo em: - fornecer uma conjunto de elementos no compartimento; - antes da inserção de cada elemento do compartimento no poço de extração, uma série de unidades eletrônicas são presas nele e distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento e espaçadas axialmente ao longo do compartimento, cada unidade eletrônica compreende meios de comunicação que fazem a unidade eletrônica se comunicar com outra unidade eletrônica ou o terminal de uma superfície, uma unidade de fonte de energia da unidade eletrônica, e pelo menos um dos seguintes elementos: a) uma unidade de detector compreendendo pelo menos um sensor que detecta uma magnitude física ou química, e b) uma unidade de processador de sinal, em que pelo menos uma unidade eletrônica é disposta como uma unidade de relé em que os meios de comunicação incluem meios que recebem sinais transmitidos por unidades eletrônicas circunvizinhas e meios que transmitem sinais recebidos de unidades eletrônicas circunvizinhas transformados por uma unidade de processador de sinal; e - fixação dos elementos do compartimento unidos de ponta a ponta para formar o compartimento.
[033] No método de fabricação do compartimento do poço de extração, a etapa de fixação das unidades eletrônicas no compartimento é executada na linha de um gerador no elemento do compartimento por aderência, brasagem ou soldagem, e as unidades eletrônicas são cobertas por uma camada protetora de polímero.
[034] A invenção também propõe um método de operação e monitoramento de um poço na extração ou armazenagem de um fluido de operação como hidrocarbono, água geotérmica, dióxido de carbono ou gás natural, o método compreende as etapas que compõem a execução de um poço em uma formação geológica, a disposição de um compartimento protetor no poço e a interposição de uma bainha de cimento entre o compartimento e a formação geológica, o método se caracteriza pelo compartimento ser feito de acordo com o método de fabricação definido acima.
[035] Outras características e vantagens da invenção são apresentadas na descrição a seguir nos exemplos das modalidades específicas, com referência às seguintes figuras a ela anexadas: - Figura 1 é uma vista da seção do diagrama vertical de um poço instalado com um sistema de operação e monitoramento da invenção; - Figura 2 é uma vista da seção na linha II-II da Figura 1; e - Figura 3 é um diagrama de bloco mostrando os componentes essenciais do exemplo de uma unidade eletrônica a ser utilizada no sistema de operação e monitoramento da invenção.
[036] Figura 1 mostra um exemplo de um poço para extração ou armazenagem de um fluido de operação, como hidrocarbono, água geotérmica, dióxido de carbono ou gás natural, que se aplica à invenção. Figura 1 mostra um poço vertical, porém a invenção se aplica também a um poço inclinado no sentido vertical.
[037] Figura 1 mostra uma coluna de produção 20 em que o fluido de operação flui, um compartimento protetor 60 disposto ao redor da coluna de produção 20 pelo fluido de um ânulo 25, e uma bainha de cimento 30 interposta entre o compartimento 60 e uma formação de rocha 70 pela qual o poço se estende. Fora do compartimento 60, entre o compartimento e a bainha do cimento 30, uma série de unidades eletrônicas 110 são distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento 60 e espaçados axialmente ao longo do compartimento 60.
[038] Como mostrado no diagrama da Figura 3, cada unidade eletrônica 110 compreende ao menos meios de comunicação 14 que fazem a unidade eletrônica 110 se comunicar com outra unidade eletrônica ou um terminal de superfície 100, e uma unidade de fonte de energia 13 na unidade eletrônica com pelo menos um dos seguintes elementos: a) uma unidade de detector compreendendo pelo menos um sensor 11 que detecta uma magnitude física ou química; e b) uma unidade de processador de sinal (12).
[039] Uma unidade eletrônica 110 que apresenta somente uma unidade de detector de um ponto a) é uma unidade independente disposta para medir ao menos uma magnitude física ou química e transmitir as medições obtidas para outra unidade eletrônica 110 que atua como um relé durante as medições, ou mesmo para o terminal de uma superfície 100 que atua para colher e analisar os dados da medição que foram medidos.
[040] Uma unidade eletrônica que apresenta somente uma unidade de processador 12 de um ponto b) é um relé disposto para receber dados de outras unidades eletrônicas 110, particularmente sensores de magnitude física ou química, e encaminhar os dados para outra unidade eletrônica 110 que também atua como um relé, ou mesmo para o terminal de uma superfície 100. A unidade do processador de sinal 12 atua para filtrar e transformar os sinais que ela recebe visando preservar a qualidade do sinal encaminhado. A unidade eletrônica 110 também inclui um meio de receptor de sinal, como uma antena, que corresponde ao sinal. Para fins de maior clareza, a unidade eletrônica 110 que corresponde ao relé dos sinais é indicada abaixo como uma unidade de relé.
[041] As unidades eletrônicas 110 podem ser dispostas para compreender uma unidade de detector com um sensor 11 e uma unidade de processador de sinal 12 para combinar as funções que correspondem ao relé e à medição de magnitudes física ou química, como mostra a Figura 3.
[042] Cada unidade de detector pode apresentar um sensor 11 que corresponde a um único tipo de magnitude física ou química, ou mesmo uma série compreendendo uma pluralidade de sensores 11 que detectam diferentes magnitudes físicas ou químicas.
[043] Figura 2 mostra uma disposição compreendendo uma única unidade eletrônica 110 situada em um plano horizontal específico e perpendicular ao compartimento vertical 60, porém a quantidade pode ser diferente. De modo geral, uma a oito unidades eletrônicas 110 podem se dispostas em torno do compartimento 60 em um único plano perpendicular ao compartimento 60.
[044] Os meios de comunicação 14 associados às unidades eletrônicas 110 podem compreender meios de comunicação sem fio, como a utilização de ondas de rádio, ondas eletromagnéticas, ondas sonoras ou correntes de superfície, podendo compreender em outra modalidade meios de comunicação com fio.
[045] Os meios de comunicação de rádio que retransmitem informações pelo rádio na bainha do cimento utilizam, preferivelmente, uma frequência na faixa entre 169 MHz e 2,4 GHz. O procedimento propicia a combinação de uma antena de tamanho razoável (em centímetros) operando em uma faixa suficiente (em torno de dez metros).
[046] As unidades eletrônicas 110 podem ser presas diretamente no compartimento 60 ou dispostas em uma faixa contínua 61 ligada por um adesivo na linha de um gerador no compartimento 60 em contato com a bainha do cimento 30. Em uma modalidade específica, os sensores são presos em uma tira de metal que é fechada e cingida ao redor do compartimento 60.
[047] As unidades eletrônicas 110 podem incluir meios de transmissão 12 adaptados para transmitir os sinais de medição de um para o outro em direção à base 100 situada na superfície do solo.
[048] As unidades eletrônicas 110 podem ser presas no compartimento 60 por adesão ou em um suporte flexível que envolve o compartimento 60.
[049] Quando o compartimento 60 é feito de aço, as unidades eletrônicas 110 também podem ser presas no compartimento 60 por aderência ou soldagem.
[050] Em uma modalidade preferida, as unidades eletrônicas 110 são postas diretamente em contato com o compartimento 60, as unidades eletrônicas 110 e o compartimento 60 são cobertos por uma camada protetora de polímero 61 que protege as unidades eletrônicas e o compartimento ao se encurvar e condicionar o compartimento, e durante manipulações, antes e durante a disposição do compartimento, além de reter as unidades eletrônicas 110 no compartimento 60.
[051] As unidades eletrônicas 110 incluem geralmente microcomponentes que reduzem o tamanho de cada unidade eletrônica. É comum as unidades eletrônicas 110 apresentarem uma espessura na faixa de 1 mm a 20 mm. As unidades eletrônicas 110 podem ser cobertas por uma camada protetora de polímero 61.
[052] Além disso, a incorporação de alguns componentes, como baterias, podem tornar as unidades eletrônicas 110 mais espessas, isto é, com uma espessura até 50 mm. Nas referidas circunstâncias, o compartimento 60 deve incluir alojamentos de tamanho e profundidade correspondentes às unidades eletrônicas 110 para serem embutidos no compartimento antes da aplicação da camada protetora de polímero 61.
[053] Em uma configuração vantajosa, porém não exclusiva, uma primeira série de unidades eletrônicas 110, cada uma com um elemento detector 11 que detecta um primeiro tipo de magnitude física ou química, é disposta em planos perpendiculares ao compartimento 60 que são espaçados axialmente em uma primeira malha longa de comprimento L1 e, na Figura 1, eles correspondem às unidades 111, 112, 115, 116 e 118.
[054] Nas referidas circunstâncias, uma segunda série de unidades eletrônicas 110, incluindo cada uma um elemento detector 11 que detecta um segundo tipo de magnitude química ou física, é disposta em planos perpendiculares ao compartimento 60 que são espaçados axialmente em uma segunda malha menor de comprimento L2 em ao menos uma fração da altura do compartimento 60 correspondendo, na Figura 1, às unidades 113 e 114 niveladas à formação 40, e às unidades 116 e 117 niveladas à formação 50. Deve-se observar que as unidades, como a unidade 16, podem ser comuns às duas malhas em cujo caso elas apresentam elementos detectores 11 que detectam o primeiro e segundo tipo de magnitude física ou química.
[055] As unidades eletrônicas 110 podem ser dispostas em planos perpendiculares ao compartimento 60 e espaçadas axialmente uma da outra, isto é, na faixa de 10 cm a 100m, entretanto pode haver outras faixas de valores dependendo das aplicações.
[056] Vantajosamente, as unidades eletrônicas 110 que apresentam pelo menos uma unidade de detector são dispostas em planos perpendiculares ao compartimento 60 e espaçadas axialmente uma da outra na faixa de 10 cm a 10 m, para criar uma malha no sensor destinada a detectar modificações na bainha do cimento 30. Além disso, a malha dos sensores 11 pode ser modulada dependendo das camadas geológicas identificadas. Ademais, a malha dos sensores de pressão ou temperatura pode ser adaptada à profundidade do poço em que a malha se torna mais densa com o aumento da profundidade do poço.
[057] De modo semelhante, as unidades eletrônicas 110 que não apresentam ao menos uma unidade de detector, particularmente as unidades de relé, são dispostas em planos perpendiculares ao compartimento 60 que são espaçados axialmente um do outro em uma distância na faixa de 5 m a 100 m, isto é, em uma malha maior, porém favorecendo às unidades eletrônicas 110 a comunicação entre uma e outra.
[058] De modo mais geral, em uma modalidade preferida da invenção, cada sensor 11 apresenta sua própria malha, as unidades de relé são dispostas de modo que cada sensor 11 pode enviar dados para o terminal da superfície 100. Quando possível, os sensores e/ou relés são agrupados em uma unidade eletrônica 110 para facilitar a implementação.
[059] As unidades de detector compreendem ao menos um sensor 11 selecionado dos sensores que detectam as seguintes magnitudes físicas: temperatura, pressão, tensão e integridade, como a densidade ou presença de material para detectar a falta de cimento, o ambiente químico, como a presença de água ou enxofre, além de detectar a infiltração da água ou dos elementos que podem afetar o compartimento 60.
[060] Por exemplo, as unidades eletrônicas 113, 114 e 116, 117 podem compreender uma primeira série de unidades de detector, compreendendo cada uma um sensor de pressão, e as unidades eletrônicas 111, 112, 115, 116 e 118 podem compreender uma segunda série das unidades de detector em que cada uma compreende um sensor de temperatura.
[061] Nas referidas circunstâncias, as unidades eletrônicas 113, 114 e 116, 117 da primeira série podem ser dispostas em planos perpendiculares ao compartimento 60 sendo espaçados axialmente um do outro em um comprimento L2 na faixa de 50 cm a 150 cm, e as unidades eletrônicas 111, 112, 115, 116 e 118 da segunda série podem ser dispostas em planos perpendiculares ao compartimento 60 que são espaçados axialmente um do outro em um comprimento L1 na faixa de 5 m a 15 m.
[062] De acordo com uma característica específica, as unidades de detector das unidades eletrônicas 110 são acionadas eletricamente pela energia recebida, como a energia eletromagnética transmitida ao longo do compartimento 60. A fonte de energia elétrica também pode ser obtida com a coleta de energia termomecânica, isto é, por transdutores Seebeck, piezelétricos ou induzidos por magneto.
[063] Em uma modalidade específica, ao menos uma unidade eletrônica disposta como uma unidade de relé recupera energia do meio circunvizinho para acionar ao menos uma unidade de detector apresentando ao menos um sensor que detecta uma magnitude física ou química e/ou ao menos uma unidade de processador de sinal. A energia também pode ser obtida particularmente com a coleta da energia térmica do poço utilizando o gradiente de temperatura entre o meio circunvizinho e o fluido de operação.
[064] Em outra modalidade, cada unidade eletrônica 110 tem uma bateria independente ou capacitores na fonte de energia elétrica que compõem a fonte de energia 13.
[065] Além do supracitado, a invenção propõe um método de fabricação do compartimento 60 de um poço para extrair ou armazenar um fluido de operação, o método consiste no seguinte: - apresentação de uma série de elementos no compartimento; - antes da inserção de cada elemento no poço de extração, uma série de unidades eletrônicas é presa nele e distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento 60 e espaçadas axialmente ao longo do compartimento 60, cada unidade eletrônica 110 compreende meios de comunicação 14 que fazem a unidade eletrônica 110 se comunicar com outra unidade eletrônica 110 ou o terminal de uma superfície 100, uma unidade de fonte de energia 13 da unidade eletrônica 110, e pelo menos um dos seguintes elementos: a) uma unidade de detector compreendendo pelo menos um sensor 11 que detecta uma magnitude física ou química e b) uma unidade de processador de sinal (12); e - fixação dos elementos do compartimento unidos de ponta a ponta para formar o compartimento.
[066] Os elementos do compartimento são tubos feitos geralmente de aço com um comprimento de 10 m, por exemplo, e produzidos em uma fábrica, sendo obtido um compartimento integral, por exemplo, ao aparafusar os vários elementos juntos de ponta a ponta. Na invenção, os elementos do compartimento são equipados com unidades eletrônicas 110, na forma definida acima, na fábrica. Os elementos do compartimento são montados durante a operação do poço de extração.
[067] Mais precisamente, em uma modalidade preferida da invenção, as unidades eletrônicas 110 são dispostas no compartimento 60 com adesão temporária. Em seguida, o compartimento 60 e as unidades eletrônicas 110 são cobertos por uma camada protetora de polímero 61 que prende as unidades eletrônicas 110 no compartimento 60. A camada 61 é selecionada para os sensores 11 serem utilizados, ao mesmo tempo que as unidades eletrônicas 110 são presas no compartimento 60.
[068] O método também inclui as etapas que consistem na instalação, fora do compartimento 60, entre o compartimento e a bainha do cimento 30, uma série de unidades eletrônicas 110 que compreende unidades de detector e/ou unidades de relé distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento 60 e espaçados axialmente um do outro ao longo do compartimento 60. Cada unidade de detector compreende ao menos um sensor 11 que detecta uma magnitude física ou química, meios de comunicação 14 dos sinais oriundos do sensor 11, uma unidade de fonte de energia 13 e, se for o caso, uma unidade de processador de sinal 12 que processa os sinais do sensor 11. Cada unidade de relé compreende um meio de transmissão de sinal 14, uma unidade de fonte de energia 13 e, se for o caso, uma unidade 12 que processa os relés do sinal. Figura 3 mostra uma unidade eletrônica 110 que combina as funções de uma unidade de detector e as funções de uma unidade de relé.
Claims (21)
1. Sistema para operação e monitoramento de um poço de extração ou armazenamento de um fluido de operação, como hidrocarbono, água geotérmica, dióxido de carbono ou gás natural, o poço compreende uma coluna de produção (20) em que o referido fluido de operação flui, um compartimento protetor (60) disposto ao redor da coluna de produção (20) pelo fluido de um ânulo (25), e uma bainha de cimento (30) interposta entre o compartimento (60) e uma formação de rocha (70) pela qual o poço se estende, o sistema é caracterizado por compreender, fora do compartimento (60), entre o compartimento e a bainha de cimento (30), uma série de unidades eletrônicas (110) distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento (60) e espaçados axialmente ao longo do compartimento (60), cada unidade eletrônica (110) compreende meios de comunicação (14) que fazem a unidade eletrônica se comunicar com outra unidade eletrônica (110) ou um terminal de superfície (100), uma unidade de fonte de energia (13) na unidade eletrônica (110), e pelo menos um dos seguintes elementos: a) uma unidade de detector compreendendo pelo menos um sensor (11) para detectar uma magnitude física ou química, e b) uma unidade de processador de sinal (12), em que pelo menos uma unidade eletrônica (110) é disposta como uma unidade de relé em que os meios de comunicação (14) incluem meios que recebem sinais transmitidos por unidades eletrônicas circunvizinhas (110) e meios para transmitir sinais recebidos de unidades eletrônicas circunvizinhas (110) transformados por uma unidade de processador de sinal (12).
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada unidade de detector compreender um sensor (11) que corresponde à medição de um único tipo de magnitude física ou química.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada unidade de detector compreender uma série de pluralidade de sensores (11) que correspondem à medição de uma pluralidade de diferentes magnitudes físicas ou químicas.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 3, caracterizado por uma a oito unidades eletrônicas (110) serem distribuídas ao redor do compartimento (60) em um plano perpendicular comum no referido compartimento (60).
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 4, caracterizado pelo referido meio de comunicação (14) compreender meios de comunicação sem fio, como ondas de rádio, ondas eletromagnéticas, ondas sonoras ou correntes de superfície.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 4, caracterizado pelos referidos meios de comunicação (14) compreenderem meios de comunicação com fio.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 6, caracterizado pelas unidades eletrônicas (110) serem presas diretamente no compartimento (60) por uma conexão mecânica, como de aderência ou soldagem.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 6, caracterizado por incluir também uma camada protetora de polímero (61) que protege as unidades eletrônicas (110) e o compartimento (60) garantindo que as unidades eletrônicas (110) são mantidas no compartimento (60).
9. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 6, caracterizado pelas unidades eletrônicas (110) serem dispostas em uma tira continua que é ligada por um adesivo na linha de um gerador no compartimento (60) em contato com a bainha do cimento (30).
10. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 9, caracterizado por uma primeira série de unidades eletrônicas (111, 112, 115, 116, 118) de um primeiro tipo ser disposta em planos perpendiculares ao compartimento (60) espaçados axialmente em uma primeira malha longa (L1), e uma segunda série de unidades eletrônicas (113, 114, 116, 117) de um segundo é disposta em planos perpendiculares ao compartimento (60) espaçados axialmente em uma segunda malha menor (L2).
11. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 10, caracterizado pelas unidades eletrônicas (110), incluindo pelo menos uma unidade de detector, serem dispostas em planos perpendiculares ao compartimento (60) espaçadas axialmente uma da outra entre 10 cm a 10 m.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 10, caracterizado pelas unidades eletrônicas (110), não incluindo uma unidade de detector, serem dispostas em planos perpendiculares ao compartimento (60) espaçadas axialmente uma da outra entre 10 cm a 10 m.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 12, caracterizado pelas unidades de detector incluírem pelo menos um sensor (11) selecionado dos sensores de temperatura, pressão, tensão ou integridade, como um sensor que detecta densidade, a presença de material ou o ambiente químico, como a presença de água ou enxofre.
14. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 13, caracterizado pelas unidades eletrônicas (110) terem uma espessura que varia ente 1 mm e 20 mm.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 14, caracterizado pela unidade da fonte de energia (13) de cada unidade eletrônica (110) compreender meios de armazenagem de energia elétrica, como uma bateria ou um supercapacitor.
16. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 15, caracterizado pela unidade da fonte de energia (13) de cada unidade eletrônica (110) compreender meios que recebem energia, como a energia eletromagnética transmitida ao longo do compartimento (60) ou energia mecânica ou térmica coletada por transdutores de indução magnética, piezoelétricos ou Seebeck.
17. Sistema de acordo com a reivindicação 1 a 15, caracterizado por pelo menos uma unidade eletrônica (110), disposta como uma unidade de relé, recupera a energia do meio ao redor para acionar pelo menos a referida unidade de detector de tom compreendendo pelo menos um sensor (11) para detectar uma magnitude física ou química e/ou pelo menos a referida unidade de processador de sinal (12).
18. Método de fabricação para fabricar o compartimento de um poço para extrair ou armazenar um fluido de operação, o método é caracterizado por compreender as etapas que consistem em: - fornecer uma conjunto de elementos no compartimento; - antes da inserção de cada elemento do compartimento no poço de extração, uma série de unidades eletrônicas (110) são presas nele e distribuídas em posições predeterminadas em uma sucessão de planos perpendiculares ao compartimento (60) e espaçadas axialmente ao longo do compartimento (60), cada unidade eletrônica (110) compreende meios de comunicação (14) que fazem a unidade eletrônica se comunicar com outra unidade eletrônica (110) ou o terminal de uma superfície (100), uma unidade de fonte de energia (13) da unidade eletrônica (110), e pelo menos um dos seguintes elementos: a) uma unidade de detector compreendendo pelo menos um sensor (11) para detectar uma magnitude física ou química, e b) uma unidade de processador de sinal (12), em que pelo menos uma unidade eletrônica (110) é disposta como uma unidade de relé em que os meios de comunicação (14) incluem meios para receber sinais transmitidos por unidades eletrônicas circunvizinhas (110) e meios que transmitem sinais recebidos de unidades eletrônicas circunvizinhas (110) transformados por uma unidade de processador de sinal (12); e - fixação dos elementos do compartimento unidos de ponta a ponta para formar o compartimento.
19. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelas unidades eletrônicas (110) serem fixadas na linha de um gerador no elemento do compartimento por aderência, brasagem ou soldagem.
20. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 18 ou reivindicação 19, caracterizado pelas unidades eletrônicas serem cobertas por uma camada protetora de polímero.
21. Método de operação e monitoramento de um poço de extração ou armazenamento de um fluido de operação, como hidrocarbono, água geotérmica, dióxido de carbono ou gás natural, o método compreendendo as etapas que compõem a execução de um furo em uma formação geológica, disposto de um compartimento protetor (60) no furo e a interposição de uma bainha de cimento (30) entre o compartimento (60) e a formação geológica, o método caracterizado pelo compartimento (60) ser feito de acordo com uma das reivindicações entre 18 e 20.
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