BR112018074179B1

BR112018074179B1 - Aparelho para uso em um furo de poço e poço que compreende tal aparelho

Info

Publication number: BR112018074179B1
Application number: BR112018074179-5A
Authority: BR
Inventors: Leslie David Jarvis; Shaun Compton Ross
Original assignee: Metrol Technology Limited
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2023-02-23
Also published as: CN109477378A; MX2018013840A; GB201609295D0; SG11201809974WA; AU2017268923B2; EA201892751A1; US11286769B2; EP3464815B1; CA3024941C; EP3464815A1; US20190212209A1; CA3024941A1; GB2550869A; BR112018074179A2; AU2017268923A1; CN109477378B; MA45111A; WO2017203296A1; GB2550869B; EA039651B1

Abstract

Aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço, que compreende: tubulação que compreende uma pluralidade de módulos de sensor de temperatura fornecidos em locais ao longo do interior da tubulação, os ditos módulos de sensor de temperatura que compreendem sensores de temperatura fornecidos pelo menos em parte por pelo menos um elemento resistente que tem propriedades elétricas que variam com a temperatura; uma rede elétrica configurada para eletricamente conectar aos elementos resistentes para, em uso, permitir a medição das respectivas propriedades elétricas dos elementos resistentes para inferir uma característica térmica do elemento resistente; e pelo menos um módulo de controle eletricamente conectado a múltiplos módulos de sensor de temperatura, por meio da rede elétrica, e configurado para receber e processar um sinal elétrico associado com os módulos de sensor de temperatura para permitir inferência da temperatura dos elementos resistentes e do ambiente ao qual a tubulação está exposta no local do elemento resistente.

Description

CAMPO DA TECNOLOGIA

[0001] A invenção refere-se geralmente à temperatura do sensor ao longo de um furo de poço. Mais particularmente, a invenção refere-se aos métodos e aparelhos para detectar a temperatura ao longo de um furo de poço usando elementos resistentes, e a um poço que incorpora os ditos aparelhos, e aos métodos de calibrar os ditos aparelhos.

FUNDAMENTOS

[0002] Os poços são perfurados para uma variedade de propósitos comumente relacionados à exploração ou extração de hidrocarbonetos. Várias ferramentas e métodos de registros de poço podem ser usados para obter dados de poços durante os estágios de perfuração, teste, conclusão, produção, suspensão e abandono de um poço. Esses dados podem ser usados para várias razões, tais como otimizar a produção a partir do reservatório ou projetar poços adicionais no mesmo reservatório. O desenvolvimento de um modelo para o poço e a taxa de fluxo das formações abertas no poço podem facilitar grandemente a exploração direcionada do reservatório.

[0003] É particularmente importante a exploração e a extração para coletar dados referentes a taxa de fluxo volumétrica e pressão de várias formações dentro do poço. Ferramentas e métodos atuais para registrar taxa de fluxo volumétrica e pressão podem ser dispendiosos e complicados, enquanto seria preferível coletar dados precisos, e de alta resolução com o mínimo de restrições e requisitos técnicos e processuais como possível.

[0004] Coletar os dados de monitoramento de temperatura ao longo de um furo de poço pode ser útil em determinar o tipo e a taxa de fluxo de fluidos que entram em um poço. Por exemplo, o óleo que entra um poço em um dado local geralmente tem um efeito de aquecimento, enquanto a entrada da água em um poço tem um efeito de aquecimento ainda maior. Por outro lado, o gás tipicamente tem um efeito de arrefecimento, assim como, os fluidos pesados que são tipicamente usados para equilibrar e amortecer poços no final de suas vidas. Geralmente, esses efeitos de aquecimento e de arrefecimento são exagerados onde a taxa de fluxo desses fluidos é maior.

[0005] Atualmente, a ferramenta mais comumente usada para detectar com precisão uma temperatura ao longo de um furo de poço é um sistema de sensor de temperatura distribuído (DTS) com base em fibra ótica(DTS). Estes sistemas tipicamente dependem da informação contida na luz de retroespalhamento de locais ao longo do comprimento de uma fibra ao longo de um furo de poço, tal como a frequência, tempo de voo, e sua intensidade, para inferir uma variação de temperatura local da fibra devido ao ambiente local que causou a retrodifusão. Os sistemas de DTS podem fornecer um perfil de temperatura contínuo ao longo do comprimento da fibra até uma resolução espacial de cerca de 1 metro com um alto nível de sensibilidade e precisão. Entretanto, a unidade de interrogação que gera e acopla a luz nas fibras óticas e que detecta e analisa a luz de retroespalhamento para gerar os dados de temperatura tipicamente tem de ser fornecida na superfície do poço, geralmente acoplada através da árvore de Natal. Assim, o comprimento da fibra ótica que deve ser executado no poço pode ser considerável. Por exemplo, onde um teste de poço está sendo executado em uma seção curta de 100 m de poço a uma profundidade de 4000 m (como uma profundidade medida de uma mesa rotatória de um aparelho de perfuração, MDRT), um comprimento de fibra ótica de mais do que 4 km é necessário para testar apenas 100 m do poço. Além disso, como obturadores ou outras vedações anulares contra a superfície de furo de poço são usualmente usados para isolar seções do poço sob teste, por exemplo, durante o Teste da Coluna de Perfuração (DST), o cabeamento de fibra ótica é necessário para penetrar através de ou estender-se além do obturador que pode significantemente complicar o projeto do sistema de DTS, o obturador, e aumentar significantemente o custo do teste.

[0006] Uma alternativa para os sistemas de DTS da técnica anterior que foi introduzida no mercado por Schlumberger é a matriz de temperatura digital WellWatcher FluxTM (http://www.slb.com/~/media/Files/completions/product sh eets/wellwatcher/wellwatcher fluxps.pdf). Neste sistema, em vez de usar fibras óticas, matrizes de sensores de temperatura resistentes, hermeticamente seladas, miniaturizadas são fornecidas em intervalos ao longo do comprimento de uma tubulação de 1/4 de polegadas (6,35 mm) de diâmetro. A tubulação é novamente conectada através da árvore de Natal na cabeça do poço e componentes eletrônicos de controle fornecidos em cada matriz de sensor de temperatura fornecem uma leitura digital dos dados de temperatura detectados nas matrizes por meio de uma conexão RS-485. Enquanto as matrizes de sensores de temperatura são fornecidas em uma tubulação de 1/4 de polegadas (6,35 mm) de diâmetro, os sensores de temperatura produzem seções de maior diâmetro da tubulação, que tem um diâmetro externo de pelo menos 17 mm para pelo menos 400 mm em comprimento.

[0007] Em tais matrizes de temperatura digitais que tem este tipo de construção e operação, as seções maiores contendo os sensores de temperatura e componentes eletrônicos de controle são soldadas à tubulação, o que significa que o processo para fabricar a matriz de temperatura digital pode ser complicado necessitando de vários componentes e etapas diferentes a serem construídos separadamente e reunidos. A provisão de uma quantidade significante de componentes eletrônicos de controle complicados é necessária em cada seção ampliada da tubulação para tentar obter sensores autônomos que tenham uma precisão desejada, o que pode levar a que os módulos de sensor serem volumosos e não se prestem a miniaturização ou robustez dos módulos de sensor para operação confiável em ambientes perigosos no fundo do poço, particularmente em configurações de furo aberto. O uso de módulos de sensor digitais individuais é propenso a desviar, não apenas do sensor, mas também da medição individual e componentes eletrônicos de referência, e pode levar ao desvio indesejável dos dados de temperatura de módulos de sensor em relação uns aos outros. Além disso, como a tubulação tem seções estendidas com um diâmetro externo maior, estas tornam a matriz de temperatura digital complicada e difícil de fabricar, instalar e usar e relativamente frágil no poço. Devido às seções estendidas, com diâmetros externos maiores, a matriz também é difícil de instalar em espaços pequenos e difíceis de vedar. Por exemplo, instalando as matrizes de temperatura digitais deste tipo através de obturadores pode ser particularmente difícil.

[0008] É neste contexto que a presente invenção foi desenvolvida.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0009] Vista de um aspecto, a presente invenção fornece aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço, que compreende: tubulação que compreende pelo menos 6 módulos de sensor de temperatura fornecidos em locais ao longo do interior da tubulação, os ditos módulos de sensor de temperatura que compreendem sensores de temperatura fornecidos pelo menos em parte por pelo menos um elemento resistente que tem propriedades elétricas, por exemplo, resistência elétrica, que varia com a temperatura; uma rede elétrica configurada para conectar eletricamente aos elementos resistentes para, em uso, permitir a medição das respectivas propriedades elétricas dos elementos resistentes para inferir uma característica térmica (que pode ser uma característica de temperatura) do elemento resistente; e pelo menos um módulo de controle eletricamente conectado a múltiplos módulos de sensor de temperatura, por meio da rede elétrica, e configurado para receber e processar um sinal elétrico associado com os módulos de sensor de temperatura para permitir inferência da temperatura dos elementos resistentes e o ambiente ao qual a tubulação está exposta no local do elemento resistente, em que o diâmetro externo da tubulação está na faixa de 3 mm a 14 mm no local na tubulação de pelo menos um dos módulos de sensor de temperatura, preferencialmente pelo menos 50 %, mais preferencialmente pelo menos 90 %, e particularmente 100 % dos módulos de sensor de temperatura.

[0010] Nas modalidades, a tubulação é metálica, preferencialmente, uma de um aço inoxidável, um aço inoxidável duplex ou super-duplex, uma liga de níquel, titânio ou uma liga de titânio. Nas modalidades, o diâmetro externo da tubulação está opcionalmente na faixa de 6 mm a 10 mm. Assim, deve ficar claro, nestas modalidades que a invenção é dirigida à provisão de aparelho para medir temperatura no fundo do poço em uma tubulação de diâmetro pequeno.

[0011] Nas modalidades, o diâmetro externo da tubulação é o mesmo em locais na tubulação de pelo menos um ou todos dos módulos de sensor de temperatura e em locais na tubulação afastados de pelo menos um ou todos dos módulos de sensor de temperatura. Nas modalidades, o diâmetro externo da tubulação não é aumentado no local na tubulação de pelo menos um dos módulos de sensor de temperatura, preferencialmente pelo menos 50 %, mais preferencialmente pelo menos 90 %, e particularmente 100 % dos módulos de sensor de temperatura. Por “no local” queremos dizer locais da tubulação ao longo do comprimento ou de parte do comprimento do módulo de sensor de temperatura. Nas modalidades, o perfil externo da tubulação não é alterado no local na tubulação de pelo menos um dos módulos de sensor de temperatura, preferencialmente pelo menos 50 %, mais preferencialmente pelo menos 90 %, e particularmente 100 % dos módulos de sensor de temperatura. Nas modalidades, o diâmetro externo da tubulação permanece substancialmente constante ao longo da tubulação. Com isto queremos dizer que, o diâmetro externo da tubulação não aumenta e nem diminui ao longo do comprimento da tubulação devido à presença ou ausência de módulos de sensor de temperatura. Certamente, isto não exclui o diâmetro externo que aumenta devido a algum outro componente fornecido na tubulação. Nas modalidades, os módulos de sensor de temperatura são configurados para fornecer um perfil liso do diâmetro externo da tubulação ao longo da tubulação. Fornecendo-se um perfil liso, a tubulação e o aparelho podem ser mais facilmente instalados no poço. De acordo com estas modalidades, grumos e alterações no formato e dimensões externas na tubulação devido à provisão dos módulos de sensor de temperatura podem ser evitados. Isto facilita a instalação do aparelho de detecção de temperatura em um poço, e permite que o aparelho seja facilmente implantado em espaços mais restritos e vedados, o que facilita a instalação através de obturadores. A tubulação de diâmetro externo liso mesmo permite que a matriz de sensor de temperatura seja fixada através de canhões fornecidos para criar perfurações no poço e revestimento uma vez aceso. A matriz de tubulação de diâmetro externo liso é possível usando-se elementos resistentes como o sensor de temperatura, que pode ser pequeno em tamanho, e pela provisão de uma maioria dos componentes eletrônicos de controle em um módulo de controle em um local afastado dos módulos de sensor de temperatura na tubulação. Isso permite que a matriz de sensor de temperatura seja fabricada de maneira mais fácil, eficiente e econômica, e resulta em um tempo de fabricação mais curto para o cliente.

[0012] Nas modalidades, o elemento resistente é um dispositivo de temperatura de resistência (RTD), particularmente um RTD com base em platina ou níquel. RTD’s são particularmente adequados, pois podem fornecer um alto nível de repetibilidade.

[0013] Nas modalidades, o RTD é construído de uma bobina de fio, um fio enrolado, ou uma película fina, particularmente uma película fina depositada em um substrato de cerâmica.

[0014] Nas modalidades o elemento resistente é um termistor.

[0015] O uso de RTDs e termistores de película fina permite um aparelho robusto para medir temperatura em um furo de poço a ser fornecido que pode suportar ondas de choque de pressão induzidas, por exemplo, pela ignição de cargas moldadas ao disparar canhões de perfuração. Assim, o aparelho pode ser montado através de, ao longo de, e ou em torno de canhões de perfuração e conduzidos no poço junto com o canhão de perfuração, dando valiosas medições de temperatura que revelam informação sobre as características de fluxo de fluido e eficácia do canhão depois de perfurações foram criadas, desse modo. Além disso, o uso de sensores de temperatura de RTDs e termistores de película fina permite que pequenos módulos de sensor sejam incorporados dentro de tubulação de diâmetro pequeno, que permite a tubulação a ser criada tenha um pequeno diâmetro e também um perfil externo liso, sem quaisquer protuberâncias, de modo a facilitar a instalação do aparelho em um espaço anular restrito em torno do canhão de perfuração, e através de ou abaixo de vedações anulares no furo de poço.

[0016] Nas modalidades, a tubulação é preenchida com e encapsula um líquido não condutor, opcionalmente um óleo, e opcionalmente em que a tubulação compreende meios de balanceamento de pressão, opcionalmente incluindo um fole ou bexiga flexível, configurado para atuar para equalizar a pressão interna na tubulação com o meio ambiente. Nas modalidades, os módulos de sensor de temperatura na tubulação são envoltos em um composto de preenchimento. Fornecer os módulos de sensor de temperatura em tubulação preenchida com líquido e opcionalmente balanceados por pressão e/ou envoltos em composto de preenchimento, tais como um plásticos de epóxi e termoendurecíveis ou borracha de silicone, aumenta a proteção, por exemplo, contra choque mecânico e ondas de choque de pressão e, para componentes de sensor de temperatura resistentes, pode ajudar a suportar ondas de choque de pressão causadas pela ignição de cargas moldadas por canhões, por exemplo, para formar perfurações.

[0017] Nas modalidades, a tubulação compreende pelo menos 12 módulos de sensor de temperatura ao longo de seu comprimento, preferencialmente pelo menos 24 modules, mais preferencialmente pelo menos 60 modules, e particularmente pelo menos 80 módulos. O uso de sensores de temperatura resistentes de acordo com presente invenção facilita a provisão de grandes números de módulos de sensor de temperatura dentro de e ao longo de um comprimento de tubulação, que pode ser servido por um único ou múltiplo módulo de controle ou submódulos de controle. Isso pode fornecer sensibilidade e uma resolução espacial muito alta, ou permitir a detecção por uma distância muito longa.

[0018] Nas modalidades, a tubulação compreende vários fios; e em que os fios e vários sensores de temperatura são configurados para fornecer uma rede elétrica disposta como uma matriz pelo qual os fios compreendem um primeiro grupo de fios e um segundo, diferente grupo de fios e cada fio do primeiro grupo é eletricamente conectado a cada fio do segundo grupo uma vez, por diferentes módulos de sensor de temperatura, tal que cada módulo pode ser de forma individual e eletricamente conectado por um par de fios que compreende um primeiro fio do primeiro grupo e um segundo fio do segundo grupo. Este arranjo para conectar os sensores de temperatura permite um grande número de sensores de temperatura a ser acoplado por e de maneira única dirigido ou medido usando os fios da matriz. Por exemplo, por um típico núcleo de fio 19, até 90 sensores de temperatura podem ser acoplados e medições feitas conectando-se combinações de pares de fio.

[0019] Nas modalidades, a tubulação compreende uma matriz de pelo menos 10 fios, preferencialmente pelo menos 15 fios, mais preferencialmente pelo menos 18 fios, e em particular 19 fios.

[0020] Nas modalidades, os módulos de sensor de temperatura cada um compreende um diodo disposto para bloquear a corrente de fluir de volta através dos módulos de sensor de temperatura em a matriz.

[0021] Nas modalidades, o aparelho ainda compreende um módulo de controle (que pode ser um ou mais dos módulos de controle anteriormente mencionados) eletricamente conectado aos módulos de sensor de temperatura e configurados para, em uso, periodicamente comutar através de combinações de pares de fios para eletricamente conectar e inferir uma temperatura em cada um dos módulos de sensor de temperatura. Nas modalidades, o módulo de controle compreende relés dispostos para, em uso, comutar através das combinações de pares de fios, em que os relés são opcionalmente relés eletromecânicos ou comutadores semicondutores. Desta forma, o módulo de controle pode automaticamente comutar através de e fazer medições dos sensores de temperatura conectados usando a matriz.

[0022] Nas modalidades, o aparelho ainda compreende meios de calibração configurados para compensar a resistência de fios na linha que conecta os elementos de resistência dos sensores de temperatura ao módulo de controle, e preferencialmente também para a dependência de temperatura da resistividade dos fios, em que opcionalmente os meios de calibração são fornecidos como parte do módulo de controle. Nas modalidades, os meios de calibração estão configurados para atingir essa compensação de resistência tendo-se, antes do uso, medido a resistência da fiação a cada sensor pelo menos 2 temperaturas conhecidas para determinar a resistência e coeficiente de temperatura da fiação do sensor individual. Esses coeficientes de resistência e temperatura da fiação do sensor individual são armazenados como dados de calibração nos meios de calibração. Em uso, os meios de calibração estão configurados para usar os dados de calibração anterior e a temperatura conhecida de segmentos do fio para calcular a resistência da fiação a um sensor em um determinado momento. Assim, em casos onde uma voltagem aplicada aos sensores de temperatura é afetada pela queda da voltagem nos fios e onde isso afetaria a precisão da medições de temperatura, a provisão dos meios de calibragem anteriormente mencionados pode compensar a resistência dos fios e a voltagem resultante cai. Isto permite que os componentes eletrônicos de controle sejam fornecidos distantes dos módulos de sensor de temperatura, que permitem que o tamanho dos módulos de sensor de temperatura seja mantido pequeno, que permitem que os módulos de sensor de temperatura sejam fornecidos dentro de uma tubulação de diâmetro pequeno enquanto mantém um perfil externo liso, sem protuberância da tubulação. Nas modalidades, os componentes dos meios de calibração acima podem ser fornecidos na superfície ou configurados tal que certas operações, tais como processamento de dados, podem ser realizadas nos dados na superfície por componentes dos meios de calibração ou outros meios de processamento de dados trabalhando junto com os meios de calibração.

[0023] Nas modalidades, o módulo de controle ainda compreende uma gerador de sinal de referência comum usado como uma referência para a medição da voltagem e/ou corrente de pelo menos dois ou cada um de módulos de sensor de temperatura. Nas modalidades, o gerador de sinal de referência comum é uma fonte de voltagem de referência. Fornecer um sinal de referência comum no módulo de controle para comparar o sinal recebido dos módulos de sensor de temperatura (em oposição para fornecer múltiplos geradores de sinal de referência locais a cada módulo de sensor de temperatura, onde o sinal de referência estaria sujeito às variações locais devido a, por exemplo, diferenças de temperatura, e desvio) fornece alta precisão e estabilidade entre sensores, com baixo desvio. Também permite as alterações relativas de temperatura entre sensores serem detectadas mais facilmente. No ambiente de fundo do poço, particularmente nas temperaturas elevadas, o desvio do circuito de referência e a medição podem frequentemente ter um maior impacto em precisão de leitura da temperatura com o passar do tempo do que o desvio do próprio sensor, a provisão de um circuito de referência comum e a medição eliminam o efeito deste desvio em precisão entre sensores.

[0024] Nas modalidades, o comprimento de tubulação contendo os sensores de temperatura está entre 0,25 a 10.000 metros, mais preferencialmente 1 a 1.000 metros, mais preferencialmente 10 a 200 metros. Nas modalidades, a tubulação contendo os sensores de temperatura é pelo menos 0,25 metro de comprimento, preferencialmente pelo menos 1 metro de comprimento, mais preferencialmente pelo menos 10 metros de comprimento. Nas modalidades, a tubulação contendo os sensores de temperatura é no máximo 10.000 metros de comprimento, preferencialmente no máximo 1.000 metros de comprimento, mais preferencialmente no máximo 200 metros de comprimento.

[0025] Nas modalidades, os múltiplos módulos de controle são fornecidos, em que conjuntos de controle de módulos de controle individuais de módulos de sensor de temperatura, e os módulos de controle são ligados a um ou mais módulos de controle mestre.

[0026] Nas modalidades, os módulos de sensor de temperatura são espaçados na tubulação em uma distância de espaçamento na faixa 0,05 a 100 metros, mais preferencialmente 0,25 a 10 metros. A provisão de vários módulos de sensor de temperatura na tubulação permite que um espaçamento seja selecionado para fornecer uma resolução espacial apropriada, e apropriadamente alta ou baixa.

[0027] Nas modalidades, a tubulação contendo os módulos de sensor de temperatura está disposta como um anel ou hélice para se estender em torno de um elemento tubular de um aparelho de poço. De acordo com esta modalidade, a sensibilidade à temperatura dependente do ângulo azimutal em torno do elemento tubular (por exemplo, a broca, teste ou produção, coluna de revestimento ou liner) pode ser fornecida, que pode fornecer uma indicação de, por exemplo, uma direção de fluxo de produto em um poço furo ou revestimento. Organizadores de um aparelho em torno de um canhão podem, depois de disparar (onde o aparelho é suficientemente robusto para suportar o choque), fornecer informação sobre o disparo bem sucedido dos canhões e criação de perfurações do poço.

[0028] Nas modalidades, o aparelho ainda compreende uma fonte de energia configurada para fornecer energia operacional ao aparelho para detectar a temperatura no furo de poço em uso, em que a fonte de energia está disposta para ser fornecida como uma fonte de energia no poço em uso. Nas modalidades, a fonte de energia compreende uma ou mais células primárias, células secundárias e/ou geradores de energia de fundo do poço. Nas modalidades, a fonte de energia pode ser substituível no poço, por exemplo, a bateria ou gerador de energia pode ser substituído usando tubulação com fio, ou enrolada.

[0029] Nas modalidades, o aparelho está configurado para ser alimentado em uso de uma posição mais alta no poço, opcionalmente da superfície, e opcionalmente por meio de acoplamento indutivo ou capacitivo. Nas modalidades, o aparelho ainda compreende um módulo de comunicação de dados sem fio acoplado ao aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço e disposto para, em uso, transmitir sem fio ao longo dos sinais indicativos de poço de uma temperatura detectada no furo de poço pelo aparelho, opcionalmente usando retransmissores ou repetidores. O módulo de comunicação sem fio pode ser acoplado ao aparelho sem fio, por uma conexão sem fio separada, ou eletricamente por uma conexão com fio e opcionalmente também fisicamente. Nas modalidades, a comunicação de dados pode ser por conexões com fio ou sem fio, ou por ambas separadamente ou em combinação. Nas modalidades, onde uma fonte de energia é fornecida de um local mais alto no poço do que a matriz do sensor para alimentar a matriz do sensor, os dados do módulo de controle podem ser transmitidos por uma conexão com fio até o local da fonte de energia no poço, de onde os dados ainda podem ser transmitidos sem fio de um módulo de comunicação sem fio. Nas modalidades, o módulo de comunicação de dados sem fio está configurado para transmitir os ditos sinais acusticamente e/ou eletromagneticamente. De acordo com estas modalidades, o aparelho para detectar uma temperatura que pode ser fornecida como um fundo do poço de sistema autônomo, em que a cablagem para fornecer energia e/ou capacidades de comunicação não precisa ser fornecida. Fornecendo-se uma fonte de energia local e capacidades de comunicação sem fio, o aparelho para detecção de temperatura pode ser facilmente instalado no fundo do poço em poços profundos sem ter que percorrer quilômetros de cablagem para a superfície, através de elementos de vedação, etc. Ao permitir capturar e recuperar dados sem ter que recuperar o hardware, existe a opção de descartar o aparelho no fundo do poço depois do uso. Alternativamente, ou além disso, o aparelho pode ser configurado para armazenar e/ou transmitir dados de sensor. O armazenamento dos dados de sensor pode apenas ser por um curto período tal como até 1 segundo ou 1 minuto, 1 hora ou 1 dia, por exemplo, para os propósitos de armazenamento temporário, ou alternativamente ou além disso, o armazenamento dos dados de sensor pode ser por períodos mais longos tais como pelo menos um dia, pelo menos um mês pelo menos um ano, pelo menos 2 anos, ou pelo menos 5 anos, para os propósitos de armazenamento de dados a longo prazo e recuperação subsequente, ou recuperação parcial, sem fio, por uma conexão com fio ou por recuperação física.

[0030] Nas modalidades, o módulo de comunicação de dados do aparelho sem fio está ainda disposto para receber sinais de controle para controlar a operação do aparelho. Alternativamente, o aparelho pode ainda compreender um receptor, ou transceptor sem fio disposto para receber sinais de controle. O receptor ou transceptor sem fio pode ser fornecido como parte do módulo de comunicação sem fio descrito acima, ou como um módulo de receptor/transceptor de sinal de controle sem fio que pode ser fornecido no aparelho separadamente do módulo de controle sem fio descrito acima. A operação do aparelho pode ser controlada pelos sinais recebidos. Controle pode incluir, controle de aquisição de dados, transmissão de dados, e/ou para controlar o aquecimento ou arrefecimento dos sensores (como descrito em mais detalhe abaixo).

[0031] Nas modalidades, o módulo de sensor de temperatura compreende um circuito eletrônico configurado para variar pelo menos um de uma corrente, uma voltagem, e uma frequência com uma temperatura do sensor.

[0032] Nas modalidades, o aparelho está configurado tal que, em uso, pelo menos um módulo de sensor de temperatura é selecionado pelo módulo de controle que endereça digitalmente o módulo de sensor de temperatura, e em que o módulo de sensor de temperatura selecionado permite uma saída de voltagem ou corrente representativa da temperatura de um elemento resistente ser conectada ao módulo de controle. O endereçamento digital dos módulos de sensor de temperatura permite a recuperação de dados de temperatura detectados em um módulo de controle acoplado aos módulos de sensor de temperatura ao longo de comprimentos de cablagem elétrica sem a necessidade de um número excessivo de cabos.

[0033] Nas modalidades, o módulo de sensor de temperatura compreende um circuito impresso flexível, particularmente um circuito impresso flexível menor do que 1 mm de espessura, e/ou particularmente um circuito impresso flexível que compreende uma substrato de poli- imida ou um de poliariletercetona. Usar um circuito impresso flexível permite que múltiplos componentes sejam montados junto dentro dos limites de um pequeno tubo e facilita o enrolamento do tubo antes de, ou na implantação. Os substratos de poli-imida e de poliariletercetona (por exemplo, poliéter éter cetona, PEEK) são vantajosos, uma vez que combinam alta resistência com altas temperaturas de operação. Nas modalidades o circuito impresso flexível pode compreender um circuito impresso de flexão rígida. Um circuito impresso de flexão rígida combina elementos flexíveis com elementos rígidos, os elementos rígidos são particularmente benéficos dentro de uma módulo senor de temperatura para reduzir tensões nas ligações entre componentes e o circuito impresso, embora elementos flexíveis permitam dobrar o tubo externo sem aplicar significante tensão aos elementos rígidos. Adicionalmente, usar um circuito impresso flexível também pode permitir múltiplos módulos de sensor, e/ou a conexão entre módulos de sensor e módulos de sensor serem combinados em um único circuito impresso flexível, assim, permitir a fabricação mais econômica e uma redução em interconexões que podem ser propensas a falhar. As referências ao fio incluído aqui, podem incluir fiação construída como um circuito impresso flexível.

[0034] Nas modalidades, pelo menos um, ou cada módulo de sensor de temperatura compreende um único componente eletrônico integrado que incorpora o elemento resistente. Isto é, os componentes funcionais do módulo de sensor de temperatura que fornecem a sensibilidade são nas modalidades fornecidas por apenas um único componente eletrônico, entretanto, os módulos de sensor de temperatura também podem compreender outros, componentes não eletrônicos, tais como empacotamento e interconexões elétricas, que não contribuem funcionalmente para a sensibilidade à temperatura. O módulo de sensor de temperatura pode incluir outros componentes não eletrônicos, tais como componentes elétricos fornecendo interconexões, e empacotamento para o módulo. Usando um único componente eletrônico para fornecer a sensibilidade à temperatura dos componentes sensíveis à temperatura do aparelho facilita a instalação dos módulos sensíveis à temperatura em uma tubulação de diâmetro externo pequeno (tão baixo quanto 3 a 14 mm de tubulação) ao mesmo tempo que permite o diâmetro externo da tubulação permanecer liso e relativamente constante em locais ao longo de todo ou pelo menos parte do comprimento dos módulos de sensor de temperatura e em locais na tubulação afastados dos módulos de sensor de temperatura. A instalação dos módulos de sensor de temperatura de único componente eletrônico na tubulação de diâmetro externo pequeno também torna a fabricação do aparelho mais barata e relativamente fácil de processar e fabricar (nenhum dos componentes de diâmetro maior necessita ser fabricado e soldado à tubulação), e também instalar.

[0035] Nas modalidades, a extensão física máxima do único componente eletrônico em qualquer eixo é menor do que 7 mm, preferencialmente menor do que 5 mm, mais preferencialmente menor do que 4 mm, mesmo mais preferencialmente menor do que 3 mm. O uso de certos sensores de temperatura resistentes, tais como termistores de esfera, permitem o uso de componentes sensíveis à temperatura muito pequenos, que permitem que os módulos de sensor de temperatura também sejam pequenos. Isto permite que os módulos sejam facilmente incorporados na tubulação em uma maneira eficiente em termos de espaço. Nas modalidades, o único componente eletrônico tem uma massa muito baixa (excluindo empacotamento externo e interconexões), opcionalmente menor do que 1g, opcionalmente menor do que 500 mg, opcionalmente menor do que 250 mg, opcionalmente menor do que 150 mg, opcionalmente menor do que 50 mg. Fornecer o módulo de sensor de temperatura que compreende um único componente eletrônico, pequeno, de massa baixa, para fornecer a sensibilidade à temperatura fornece um muito aparelho robusto como a massa baixa dos componentes resulta em ser capaz de suportar aceleração mais alta, por exemplo, a partir da ignição de canhões para criar perfurações. Também, a integridade estrutural dos componentes pequenos, de massa baixa é relativamente alta. Assim, o aparelho pode ser fornecido através de canhões e pode suportar sua ignição e continuar a operar de forma confiável para fornecer sensor de dados de temperatura depois da ignição das cargas.

[0036] Nas modalidades, o módulo de controle está configurado para medir um corrente, voltagem e/ou frequência análoga associada com os módulos de sensor de temperatura para permitir inferência da temperatura dos elementos resistentes e do ambiente ao qual a tubulação está exposta no local do elemento resistente. A detecção análoga de uma característica elétrica do circuito incluindo os módulos de sensor de temperatura no módulo de controle, por exemplo, endereçar os módulos de sensor de temperatura usando uma matriz, fornecer um meio elegante e eficaz de medição de temperatura, e também permite que os módulos de sensor de temperatura tenham uma construção elegante, evitando a necessidade de quaisquer componentes digitais locais e, é particularmente adequado ser usado junto com uma referência comum no módulo de controle.

[0037] Em outras modalidades, os módulos de sensor de temperatura são configurados para, em uso, codificar e transmitir um sinal digital ao módulo de controle indicativo da propriedade elétrica sensível à temperatura do elemento resistente, e em que o módulo de controle está configurado para, em uso, determinar uma temperatura detectada em cada sensor de temperatura usando os ditos sinais digitais recebidos. Nas modalidades, uma pluralidade de ou opcionalmente todos dos sensores de temperatura são configurados para transmitir sinais digitais ao módulo de controle usando o mesmo fio. Nas modalidades, o módulo de controle está configurado para medir os sinais digitais associados com os módulos de sensor de temperatura para permitir a inferência da temperatura dos elementos resistentes e do ambiente ao qual a tubulação está exposta no local do elemento resistente. A codificação digital de um característica elétrica localmente detectada do elemento sensível à temperatura resistente permite um meio simples, confiável e eficaz de capturar e converter a informação de temperatura dos módulos de sensor de temperatura ao módulo de controle sem necessitar de um grande número de fios. Além disso, o uso de codificação digital permite que um número crescente de módulos de sensor de temperatura seja adicionado a um aparelho para detectar a temperatura fundo do poço conectando-os em paralelo em uma tubulação por conexão por meio da mesma fiação ao módulo de controle. Um único fio pode ser usado para sinalizar, que pode ser o mesmo fio como um que alimenta os módulos de sensor de temperatura.

[0038] Vista de um outro aspecto, a presente invenção fornece um poço que compreende um aparelho de poço que tem aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço como descrito de acordo com o aspecto e modalidades da invenção acima, o aparelho sendo disposto para detectar uma temperatura em um furo de poço do poço. Nas modalidades, o aparelho de poço compreende um elemento tubular e um dispositivo de vedação anular fornecido pelo menos 100 m abaixo de uma superfície do poço, e entre o furo de poço ou um revestimento do furo de poço e um tubular. O dispositivo de vedação anular é um dispositivo que veda entre dois tubulares (ou um tubular e o furo de poço), tal como um conjunto de orifício e vedação polidos ou um elemento obturador. O conjunto de vedação pode ser associado com um orifício polido sub em um revestimento ou liner. O elemento obturador pode ser parte de um obturador, tampão mecânico, ou suporte de liner, especialmente um obturador ou tampão mecânico. O dispositivo de vedação anular pode ser disposto, por exemplo, para vedar o fluxo de fluido entre um revestimento do poço e uma coluna de teste ou de produção. A este respeito, o aparelho de detecção de temperatura pode ser usado na zona de produção do poço abaixo da superfície proximal a uma formação para variações de temperatura do sensor devido a, por exemplo, o fluxo de produto e outros fluidos, em vez de, ser usado perto da cabeça do poço para detectar a temperatura para um outro propósito.

[0039] Nas modalidades, o aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço é fornecido totalmente abaixo do dispositivo de vedação anular. Nas modalidades, a tubulação do aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço não se estende além do dispositivo de vedação anular. Nas modalidades, a tubulação do aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço é fornecida abaixo e se estende através do dispositivo de vedação anular, e em que um módulo de controle do aparelho para o uso na detecção da temperatura é fornecido no furo de poço abaixo do dispositivo de vedação anular. A este respeito, o aparelho para usar na detecção da temperatura em um furo de poço pode ser fornecido como um sistema completamente autônomo que opera como uma unidade autoalimentada, abaixo de um dispositivo de vedação anular, sem ter que para fornecer energia e/ou cablagem de comunicação através do dispositivo de vedação anular por exemplo, da superfície.

[0040] Nas modalidades, a tubulação do aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço é fornecida abaixo e se estende através do dispositivo de vedação anular, e em que um módulo de controle do aparelho para o uso na detecção da temperatura é fornecido no furo de poço acima do dispositivo de vedação anular. O aparelho pode ainda ser fornecido no fundo do poço como um sistema autônomo.

[0041] Nas modalidades, um módulo de controle do aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço está localizado na extremidade da tubulação, opcionalmente na extremidade da tubulação mais próxima à superfície, opcionalmente abaixo do dispositivo de vedação anular.

[0042] Nas modalidades, o aparelho ainda compreende meios de comunicação dentro da tubulação para permitir comunicação de dados ao longo da tubulação, por exemplo, fio adicional (fios adicionais) pode (podem) ser fornecido (fornecidos) para permitir a comunicação entre módulos de controle, ou para permitir a comunicação com outros dispositivos dentro do poço.

[0043] Nas modalidades, o aparelho de poço compreende um elemento tubular e em que a tubulação do aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço se estende ao longo de e/ou em torno do elemento tubular. Nas modalidades, o elemento tubular é um de uma coluna de perfuração geralmente tubular, uma coluna de teste, uma coluna de conclusão, uma coluna de produção (por exemplo, a tubulação de produção do mesmo), uma coluna de injeção, uma coluna de restauração, uma coluna de observação, uma coluna de suspensão, uma coluna de abandono, uma coluna de revestimento, uma tela ou um liner. As colunas podem compreender múltiplos elementos tais como tubo, válvulas, colares, subs, etc., alguns elementos menores os quais podem não ser tubulares. Nas modalidades, a tubulação é fixada ao elemento tubular no poço, pelo qual a fixação é intencionada a ser entendida para incluir fixação por outros meios, por exemplo, gravando, prendendo, aparafusando, colando. Nas modalidades, o aparelho é implantado no poço na tubulação com fio, ou enrolada, e opcionalmente ajustado e/ou colocado em suspensão no poço. O aparelho pode ser implantado no poço por um longo período de tempo, opcionalmente pelo menos 1 semana, opcionalmente pelo menos 1 mês, opcionalmente pelo menos 6 meses, opcionalmente pelo menos 1 ano, opcionalmente pelo menos 2 anos, opcionalmente até 5 anos, para monitorar a temperatura do poço. Os dados do aparelho podem permitir a inferência de taxas de fluxo, e podem ser usados para identificar o tipo de fluido e local de entrada de fluido, e quando usados para monitorar uma barreira podem determinar a presença ou ausência de vazamentos.

[0044] Nas modalidades, a tubulação é fixada a e se estende através de um canhão ou canhões de perfuração. Nesta modalidade, o aparelho para o uso na detecção de uma temperatura em um furo de poço pode ser executado em conjunto com canhões e, como é robusto o suficiente para suportar a onda de choque de pressão, o aparelho é, então disposto para fornecer informação de detecção de temperatura antes de, durante e depois de perfuração do poço usando os canhões. O aparelho, ou múltiplos aparelhos, podem ser implantados ao longo de múltiplos canhões de perfuração independentemente ativados e, assim, fornecer informação sobre a alteração das condições de fundo do poço, como cada canhão de perfuração é ativado.

[0045] Nas modalidades, o aparelho para o uso na detecção de uma temperatura em um furo de poço pode ser executado no poço tal que a tubulação do aparelho está em uma ranhura em um elemento da coluna, tal como um tubular do poço, canhão de perfuração, tela, transportador, sub ou obturador.

[0046] Nas modalidades, o aparelho pode ser implantado em uma barreira no poço tal como um obturador, tampão mecânico, cimento, resina, ou material de tamponamento rígido ou flexível. Os dados do aparelho podem ser usados para confirmar a integridade da barreira, geralmente haverá uma mudança de temperatura associada com qualquer vazamento. O aparelho pode ser implantado em torno de, acima, abaixo, e/ou dentro da barreira,

[0047] Nas modalidades, o aparelho para o uso na detecção de uma temperatura em um furo de poço pode ser implantado em um poço submarino. Isto é, particularmente vantajoso para modalidades com memória e/ou capacidade sem fio, como a complexidade, custo, e risco adicional associado com o uso de sistemas de monitoramento cabeados é especialmente significante em poços submarinos.

[0048] Vista de um outro aspecto, a presente invenção fornece um método de calibrar o aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço como descrito em relação aos aspectos e modalidades acima, o método que compreende: determinar as características de resistência dos circuitos individuais associados com cada sensor de temperatura do aparelho, e compensar a resistência do circuito para isolar a capacidade de resposta das propriedades elétricas dos sensores de temperatura às variações de temperatura. Desta forma, a resistência dos fios, e a sensibilidade à temperatura do mesmo, podem ser compensadas para, por exemplo, onde a queda da voltagem de um sensor de resistência à platina está sendo medida no final de linhas longas e onde a queda da voltagem ao longo das linhas (e onde a sensibilidade à temperatura do mesmo) se torna significante.

[0049] Vista de um outro aspecto, a presente invenção fornece um método de operação de aparelho como descrito em relação ao aspecto e modalidades acima, para determinar uma característica térmica de um sensor de temperatura do mesmo, o método que compreende: aquecer e/ou arrefecer ativamente pelo menos um dos sensores de temperatura na tubulação; e monitorar uma mudança de temperatura do, ou cada, sensor durante e/ou depois do aquecimento e/ou arrefecimento. Nas modalidades, o método ainda compreende, com base na mudança de temperatura, ou em uma taxa de mudança de temperatura, ou a energia para criar uma mudança na temperatura dos sensores durante e/ou depois do aquecimento, inferindo uma característica de fluido (tal como taxa de fluxo ou uma identificação do tipo de componente de fluidos no poço) do ambiente ao qual a tubulação está exposta nos locais dos sensores de temperatura. Nas modalidades, aquecer ativamente pelo menos um sensor de temperatura na tubulação compreende auto-aquecer os sensores aplicando-se uma corrente através deles. Nas modalidades, pelo menos um sensor de temperatura do aparelho é aquecido aplicando-se uma corrente através de um resistor ou resistência associado com o módulo de sensor de temperatura. Desta forma, a sensibilidade à temperatura dos módulos de sensor de temperatura e sua resposta relativa ou absoluta às alterações na temperatura (por exemplo, ativando-se o aquecimento dos sensores, ou detectando-se alterações ambientais na temperatura) pode ser usada para indicar e fornecer informação utilizável para inferir as condições operacionais do poço. Por exemplo, quando o óleo entra no poço pode haver um efeito de aquecimento, e quando a água entra no poço pode haver um efeito de aquecimento ainda maior. Reciprocamente, quando o gás entra no poço geralmente há um efeito de arrefecimento. A temperatura medida pode ser do fluxo que entra no poço, ou do fluxo de fluido combinado dentro de um anel ou furo. A variação de temperatura, e a taxa de aquecimento e arrefecimento podem ser usadas para inferir as taxas de fluxo e os componentes de fluido no poço. Adicionalmente ativar o aquecimento dos sensores pode ainda auxiliar a identificar tipos de fluido como o aquecimento nos sensores será afetado pela massa térmica do fluido circundante, particularmente em baixas taxas de fluxo e em condições estáticas.

[0050] O aparelho pode ser usado em pelo menos uma das diferentes fases da vida do poço incluindo perfuração, teste, conclusão, produção/injeção, fraturamento, restauração, observação, suspensão, e abandono, para detectar a temperatura ao longo do furo de poço e inferir características de fluido. O aparelho pode ser implantado no exterior de revestimento, ou liner, ou telas, ou dentro de um pacote de cascalho, ou em tubulares no orifício revestido ou aberto. O aparelho pode ser usado para monitorar a produção de, ou injeção a, fluxo cruzado dentro de, ou tratamento de fluido de um poço ou reservatório.

[0051] Onde “através de” é usado nesta patente no contexto da tubulação, onde apropriado pode ser interpretado como através de, ao longo de, ou em torno de, que pode executar o parcial, total, ou estende-se além do comprimento de um tubular associado, e/ou ser envolvido em torno do dito tubular em um anel ou hélice.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0052] Os aspectos da invenção serão agora descritos em mais detalhe em relação a certas modalidades exemplificativas, com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 mostra uma ilustração esquemática de uma modalidade de um aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço que compreende sensores de temperatura resistentes de acordo com aspectos da presente invenção; A Figura 2 mostra uma ilustração esquemática de uma implantação típica do aparelho mostrado na Figura 1 em um poço submarino; A Figura 3 mostra uma ilustração esquemática de um arranjo para a construção e operação dos módulos de sensor de temperatura resistentes e o módulo de controle de um aparelho como mostrado na Figura 1 para detectar a temperatura, endereçar os módulos de sensor, e processar e recuperar informação de temperatura a partir da mesma de acordo com uma outra modalidade onde referências locais são usadas; A Figura 4 mostra uma ilustração esquemática de um arranjo para a construção e operação dos módulos de sensor de temperatura resistentes e o módulo de controle de um aparelho como mostrado na Figura 1 para detectar a temperatura, endereçar os módulos de sensor, e processar e recuperar informação de temperatura a partir da mesma de acordo com uma outra modalidade onde uma referência comum é usada; A Figura 5 mostra uma ilustração esquemática de um arranjo para o aparelho de acordo com uma modalidade para conectar digitalmente os módulos de sensor de temperatura resistentes ao módulo de controle usando um fio de trilho de energia; A Figura 6 mostra uma ilustração esquemática de um arranjo para o aparelho de acordo com uma outra modalidade para conectar digitalmente os módulos de sensor de temperatura resistentes ao módulo de controle usando um terceiro fio comum; A Figura 7 mostra uma ilustração esquemática de um arranjo para o aparelho de acordo com uma modalidade para conectar os módulos de sensor de temperatura resistentes ao módulo de controle para receber um sinal análogo a partir da mesma usando os fios individuais; A Figura 8 mostra uma ilustração esquemática de um arranjo para o aparelho de acordo com uma outra modalidade para conectar os módulos de sensor de temperatura resistentes ao módulo de controle para receber um sinal análogo a partir da mesma usando primeiro e segundo grupos de fios dispostos como uma matriz; A Figura 9 é um diagrama de fluxo de processo que mostra um método de operação de aparelho descrito acima em relação às Figuras 1 a 8 para determinar uma temperatura ao longo de um furo de poço.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0053] Com referência agora à Figura 1, as modalidades de acordo com aspectos da invenção fornecem aparelho 100 para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço. Como será explicado em mais detalhe em relação à Figura 2, o aparelho 100 é para ser colocado em um furo de poço, por exemplo, durante um teste de poço, para detectar uma temperatura nele e comunicar a temperatura detectada, desse modo, à superfície.

[0054] O aparelho 100 compreende tubulação 110 que compreende uma pluralidade de módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n fornecidos em locais ao longo do interior da tubulação 110. Como será explicado em mais detalhe abaixo, os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n cada um compreende um sensor de temperatura que tem propriedades elétricas que variam com a temperatura.

[0055] Nas modalidades, a tubulação 110 é metálica, preferencialmente, uma de um aço inoxidável, um aço inoxidável duplex ou super-duplex, uma liga de níquel, titânio ou uma liga de titânio. Nas modalidades, o diâmetro externo da tubulação está na faixa de 3 mm a 14 mm. Uma tubulação de diâmetro menor, tal como uma tubulação de 6 mm (1/4 polegadas), pode ser usada para implantações normais. Onde um sistema mais robusto é necessário, por exemplo, para suportar ondas de choque de pressão de canhões para perfurar o revestimento, uma tubulação de diâmetro maior, tal como uma tubulação de 10 mm (3/8 polegadas) pode ser usada. A tubulação 110 é preenchida com e encapsula um óleo não condutor 111 que atua para proteger os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n, particularmente de ondas de choque de pressão. A tubulação 110 compreende um fole 112 configurado para atuar como meios de balanceamento de pressão para equalizar a pressão interna na tubulação com o meio ambiente. Para fornecer proteção adicional de ondas de choque de pressão (tais como de canhões) e do meio ambiente, os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n são envoltos em uma resina de poliuretano ou um outro composto de preenchimento adequado tal como um plástico termoendurecido, resina epóxi ou um gel de silicone ou borracha.

[0056] Como pode ser observado a partir da ilustração esquemática da Figura 1, o perfil externo da tubulação 110 permanece substancialmente constante ao longo do comprimento da tubulação 110 na medida em que todos dos módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n não fazem com que a tubulação 110 necessite ter um diâmetro maior no local dos sensores de modo a acomodá- los. Pelo contrário, os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n são acomodados dentro da tubulação. Nas modalidades, o perfil de tubulação pode variar por outras razões (por exemplo, a presença de outros componentes, ou para permitir conexão de outros componentes à tubulação 110) mas geralmente os módulos de sensor de temperatura 120 pelo menos não fazem com que o perfil externo ou diâmetro da tubulação 110 varie.

[0057] Os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n são eletricamente conectados a uma rede elétrica 115 para, em uso, permitir medição das respectivas propriedades elétricas dos sensores de temperatura para inferir uma característica térmica do mesmo. O aparelho 100 ainda compreende um módulo de controle 130 que está eletricamente conectado aos módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n por meio da rede elétrica 115. O módulo de controle 130 está disposto para, em uso, receber e processo um sinal elétrico associado com os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n para permitir inferência da sua temperatura e do ambiente ao qual a tubulação está exposta no local do módulo de sensor de temperatura. Um elemento de aquecimento resistente (não mostrado) pode ser fornecido na tubulação 110 ao lado de módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n para aquecer os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n em uso de modo a medir, por exemplo, um efeito de aquecimento ou de arrefecimento por um fluxo do fluido circundante no furo de poço. Onde um elemento de aquecimento separado não é fornecido, outros mecanismos adequados para aquecer os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n, tais como auto- aquecimento aplicando-se uma corrente alta através do elemento de detecção resistente, pode ser usado.

[0058] O aparelho 100 também compreende uma fonte de energia 140 e um módulo de comunicações 150 que são fornecidos junto com o módulo de controle 130 em um alojamento de módulo 160. O alojamento de módulo 160 é fornecido em uma extremidade de tubulação 110, e a tubulação 110 é acoplada à mesma. O alojamento de módulo 160 pode ter mais do que um comprimento de tubulação 110 contendo os módulos de sensor de temperatura que se estendem a partir da mesma. Por exemplo, o alojamento de módulo 160 pode ter captado a tubulação 110 que se estende a partir dos lados opostos do mesmo tal que é fornecida no meio do aparelho 100 para detectar a temperatura ao longo de um furo de poço. Na modalidade mostrada, um único módulo de controle 150 é fornecido. Em modalidades alternativas, múltiplos módulos de controle podem ser fornecidos, em que conjuntos de controle de módulos de controle individuais de módulos de sensor de temperatura, e os módulos de controle podem ser ligados a um ou mais módulos de controle mestre.

[0059] A fonte de energia 140 é acoplada ao módulo de controle 130, módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n por meio do módulo de controle 130, e o módulo de comunicações 150, e está configurado para fornecer energia elétrica operacional em uso. A fonte de energia 140 está disposta para ser fornecida como uma fonte de energia no poço (isto é, a energia é gerada ou fornecida localmente para o aparelho no poço, preferencialmente sem qualquer fio conectado a uma fonte de energia remota) em uso e é fornecido como um pacote de bateria que compreende uma pluralidade de células primárias, tais como Células com base em lítio, que fornecem capacidade suficiente para alimentar o aparelho 100 ao longo de sua vida utilizável. Alternativamente, ou além disso, em outras modalidades a fonte de energia 140 também pode compreender células secundárias recarregáveis, e/ou uma unidade de geração de energia de fundo do poço, tal como uma turbina. A bateria pode ser pelo menos uma de uma bateria de cloreto de tionilo de lítio de alta temperatura e uma bateria de cloreto de sulfurilo de lítio. As baterias de alta temperatura são as operáveis acima de 85°C e algumas vezes acima de 100°C. Mais ainda, em outras implementações o aparelho 100 pode alternativamente ou em adição ser configurado para ser alimentado em uso a partir de uma fonte de energia remota acoplada sem fio, por exemplo, por meio de acoplamento indutivo ou capacitivo, tal que a fonte de energia de fundo do poço 140 pode ou não pode necessitar ser fornecida. Em uso, a fonte de energia remota pode ser localizada em uma posição mais alta no poço, ou na superfície.

[0060] O módulo de comunicações 150 está configurado para transmitir, em uso, por exemplo, à superfície, sinais indicativos de uma temperatura detectada no furo de poço por um ou mais módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n do aparelho. Os sinais indicativos transmitidos de uma temperatura detectada no furo de poço podem ser imediatamente representativos das temperaturas medidas (quer sejam temperaturas absolutas ou relativas), significando que o módulo de controle 130 executou o processamento para avaliar os dados de temperatura, embora mais processamento dos dados de temperatura podem ainda ser necessário na superfície para refinar e analisar o resultado. Alternativamente, os sinais indicativos transmitidos de uma temperatura detectada no furo de poço pode ser em um forma mais “bruta” e necessitar de processamento adicional na superfície de modo a revelar as temperaturas medidas (quer sejam temperaturas absolutas ou relativas).

[0061] O módulo de comunicações 150 é um módulo de comunicação de dados sem fio disposto para, em uso, transmitir sem fio ao longo do poço os sinais indicativos de uma temperatura detectada no furo de poço pelo aparelho.

[0062] Preferencialmente, os sinais sem fio são tais que são capazes de passar através de uma barreira, tal como um tampão, quando fixado no lugar. Preferencialmente, portanto, os sinais sem fio são transmitidos em pelo menos uma das seguintes formas: pulso eletromagnético (EM), acústico, pressão codificada e tubulares acoplados indutivamente.

[0063] Os sinais podem ser dados ou sinais de controle que não necessitam ser na mesma forma sem fio. Consequentemente, as opções apresentadas aqui para diferentes tipos de sinais sem fio são independentemente aplicáveis para dados e sinais de controle. Os sinais de controle podem controlar dispositivos de fundo do poço incluindo os sensores. Os dados dos sensores podem ser transmitidos em resposta a um sinal de controle. Além disso, os parâmetros de aquisição e/ou de transmissão de dados, tais como taxa ou resolução de aquisição e/ou transmissão, podem ser variados usando sinais de controle adequados.

[0064] O pulso EM/Acústico e pressão codificada usam o poço, poço inacabado ou formação como o meio de transmissão. O sinal EM/Acústico e de pressão podem ser enviados a partir do poço, ou da superfície. Se fornecido no poço, um sinal EM/acústico pode viajar através de qualquer dispositivo de vedação anular, embora para certas modalidades, possa viajar indiretamente, por exemplo, em torno de qualquer dispositivo de vedação anular.

[0065] Os sinais eletromagnéticos e acústicos são especialmente preferidos - podem transmitir através de um dispositivo de vedação anular ou barreira anular sem infraestrutura de tubulares acoplados indutivamente especiais, e para transmissão de dados, a quantidade de informação que pode ser transmitida é normalmente mais alta em comparação com pulso de pressão codificado, especialmente recebendo informação, tal como, dados do poço.

[0066] Portanto, o dispositivo de comunicação pode compreender um dispositivo de comunicação acústico e o sinal de controle sem fio compreende um sinal de controle acústico e/ou o dispositivo de comunicação pode compreender um dispositivo de comunicação eletromagnético e o sinal de controle sem fio compreende um sinal de controle eletromagnético.

[0067] Similarmente os transmissores e receptores usados correspondem ao tipo de sinais sem fio usado. Por exemplo, um transmissor acústico e receptor são usados se sinais acústicos são usados.

[0068] Assim, os sinais EM/acústico ou de pressão sem fio podem ser transmitidos a uma distância relativamente longa como sinais sem fio, enviar pelo menos 200 m, opcionalmente mais do que 400 m ou mais, o que é um claro benefício sobre outros sinais de curto alcance. As modalidades incluindo tubulares acoplados indutivamente fornecem essa vantagem/efeito pela combinação do fio integral e os acoplamentos indutivos. A distância viajada pode ser muito maior, dependendo do comprimento do poço.

[0069] O sinal de controle, e opcionalmente outros sinais, podem ser enviados em forma sem fio, de acima do dispositivo de vedação anular para abaixo do dispositivo de vedação anular. Do mesmo modo, os sinais podem ser enviados de abaixo do dispositivo de vedação anular para acima do dispositivo de vedação anular em forma sem fio.

[0070] Os dados e os comandos dentro do sinal podem ser retransmitidos ou transmitidos por outros meios. Assim, os sinais sem fio podem ser convertidos para outros tipos de sinais sem fio e com fio, e opcionalmente retransmitidos, pelo mesmo ou por outros meios, tais como linhas hidráulicas, elétricas e fibra ótica. Em uma modalidade, os sinais podem ser transmitidos através de um cabo para uma primeira distância, tal como mais de 400 m, e então, transmitidos por meio de comunicações acústicas ou EM para uma distância menor, tal como 200 m. Em uma outra modalidade são transmitidos para 500 m usando pulso de pressão codificado e, então 1000 m usando uma linha hidráulica.

[0071] Assim, embora os meios sem fio não possam ser usados para transmitir o sinal além dos meios sem fio, configurações preferidas preferencialmente usam comunicação sem fio. Assim, embora a distância viajada pelo sinal seja dependente da profundidade do poço, frequentemente o sinal sem fio, incluindo relés mas não incluindo qualquer transmissão não sem fio, viaja para mais do que 1000 m ou mais do que 2000 m. As modalidades preferidas também têm sinais transferidos por sinais sem fio (incluindo relés mas não incluindo meios não sem fio) pelo menos metade da distância da superfície do poço para o aparelho.

[0072] Diferentes sinais sem fio podem ser usados no mesmo poço para comunicações que vão do poço para a superfície, e para comunicações que vão da superfície no poço.

[0073] Assim, o sinal sem fio pode ser enviado para o dispositivo de comunicação, de forma direta ou indiretamente, por exemplo, fazendo uso de relés em poço acima de e/ou abaixo de qualquer dispositivo de vedação anular. O sinal sem fio pode ser enviado da superfície ou de uma sonda de corrida de tubulação fixa/enrolada (ou trator) em qualquer ponto no poço acima de qualquer dispositivo de vedação anular. Para certas modalidades, a sonda pode ser posicionada relativamente próxima a qualquer dispositivo de vedação anular por exemplo, menor do que 30 m a partir da mesma, ou menor do que 15 m.

[0074] As técnicas de transmissão de sinal sem fio mencionadas acima serão agora brevemente descritas por sua vez.

Tubulares Acoplados Indutivamente

[0075] Onde tubulares acoplados indutivamente são usados, existem normalmente pelo menos dez, usualmente muito mais, comprimentos individuais de tubular acoplado indutivamente que são reunidos em uso, para formar uma coluna de tubulares acoplados indutivamente. Eles têm um fio integral e podem ser formados de tubulares tais como tubo de perfuração de tubulação ou revestimento. Em cada conexão entre comprimentos adjacentes existe um acoplamento indutivo. Os tubulares acoplados indutivamente que podem ser usados podem ser fornecidos por N O V sob a marca Intellipipe®. Pulsos de Pressão Codificados

[0076] Os pulsos de pressão incluem métodos de comunicação de/para dentro do poço/poço inacabado, de/a pelo menos um de um local adicional dentro do poço/poço inacabado, e a superfície do poço/poço inacabado, usando alterações de pressão positivas e/ou negativas, e/ou alterações de taxa de fluxo de um fluido em um espaço tubular e/ou anular.

[0077] Os pulsos de pressão codificados são tais pulsos de pressão onde um esquema de modulação foi usado para codificar comandos e/ou dados dentro das variações de pressão ou taxa de fluxo e um transdutor é usado dentro do poço/poço inacabado para detectar e/ou gerar as variações, e/ou um sistema eletrônico é usado dentro do poço/poço inacabado para codificar e/ou decodificar comandos e/ou os dados. Portanto, os pulsos de pressão usados com uma interface eletrônica em poço/poço inacabado são aqui definidos como pulsos de pressão codificados.

[0078] Onde pulsos de pressão codificados são usados para transmitir sinais de controle, vários esquemas de modulação podem ser usados para codificar dados tais como mudança de taxa de pressão, tecla liga/desliga (OOK), modulação de posição de pulso (PPM), modulação de largura de pulso (PWM), modulação por desvio de frequência (FSK), modulação por desvio de pressão (PSK), modulação por desvio de amplitude (ASK), combinações de esquemas de modulação também podem ser usados, por exemplo, OOK-PPM-PWM. As taxas de dados para esquemas de modulação de pressão codificados são geralmente baixas, tipicamente menores do que 10 bps, e podem ser menores do que 0,1 bps. Uma vantagem de pulsos de pressão codificados, como definido aqui, é que podem ser enviados para interfaces eletrônicas e podem fornecer maior taxa de dados e/ou largura de banda do que pulsos de pressão enviados para interfaces mecânicas.

[0079] Os pulsos de pressão codificados podem ser induzidos em fluidos estáticos ou fluidos e podem ser detectados medindo-se de forma direta ou indiretamente alterações em pressão e/ou taxa de fluxo. Os fluidos incluem líquidos, gases e fluidos multifásicos, e podem ser fluidos de controle estáticos, e/ou fluidos sendo produzidos de ou injetados no poço.

Acústico

[0080] Os sinais e comunicação acústicos podem incluir transmissão através de vibração da estrutura do poço incluindo tubulares, revestimento, liner, tubo de perfuração, colares de perfuração, tubulação, tubulação de bobina, haste de bombeio, ferramentas de fundo do poço; transmissão por meio de fluido (incluindo através de gás), incluindo transmissão através de fluidos em seções não revestidas do poço, dentro de tubulares, e dentro de espaços anulares; transmissão através de fluidos estáticos ou fluidos; transmissão mecânica através de fixa, cabo de aço ou haste enrolada; transmissão através da terra; transmissão através de equipamento de cabeça de poço. A comunicação através da estrutura e/ou através do fluido é preferida.

[0081] A transmissão acústica pode ser em frequências subsônicas (<20 Hz), sônicas (20 Hz - 20 kHz), e ultrassônicas (20 kHz - 2 MHz). Preferencialmente a transmissão acústica é sônica (20 Hz - 20 kHz).

[0082] Os sinais e comunicações acústicos podem incluir Modulação por desvio de frequência (FSK) e/ou Métodos de modulação de modulação por desvio de fase, e/ou derivados mais avançados destes métodos, tais como Modulação por desvio de fase em Quadratura (QPSK) ou Modulação de Amplitude por Quadratura (QAM), e preferencialmente que incorporam Técnicas de Espectro por Espalhamento. Tipicamente, eles são adaptados para automaticamente sintonizar frequências e métodos de sinalização acústicos para adequar-se às condições de poço.

[0083] Os sinais e comunicações acústicos podem ser unidirecionais ou bidirecionais. Podem ser utilizados transdutores piezoelétricos, de bobina móvel ou transdutores magnetostritivos para enviar e/ou receber o sinal. EM

[0084] A comunicação sem fio eletromagnética (EM) (algumas vezes denominada como Quasi-Estática (QS)) é normalmente nas bandas de frequência de: (selecionado com base em características de propagação) sub-ELF (frequência extremamente baixa) <3 Hz (normalmente acima de 0,01 Hz); ELF 3 Hz a 30 Hz; SLF (frequência super baixa) 30 Hz a 300 Hz; ULF (frequência ultra baixa) 300 Hz a 3 kHz; e, VLF (frequência muito baixa) 3 kHz a 30 kHz.

[0085] Uma exceção para a frequências acima é a comunicação EM usando o tubo como um guia de onda, particularmente, mas não exclusivamente quando o tubo é preenchido com gás, caso este em que frequências de 30 kHz a 30 GHz podem tipicamente ser usadas dependendo do tamanho do tubo, do fluido no tubo, e da faixa de comunicação. O fluido no tubo é preferencialmente não condutivo. US 5.831.549 descreve um sistema de telemetria que envolve transmissão de gigahertz em um guia de onda tubular preenchido com gás.

[0086] Sub-ELF e/ou ELF são preferidos para comunicações de um poço para a superfície (por exemplo, em uma distância acima de 100 m). Para mais comunicações locais, por exemplo, menor do que 10 m, VLF é preferido. A nomenclatura usada para estas faixas é definida pela União de Telecomunicação Internacional (ITU).

[0087] As comunicações EM podem incluir transmitir dados por um ou mais dos seguintes: impor uma corrente modulada em um membro alongado e usar a terra como retorno; transmitir corrente em um tubular e fornecer um trajeto de retorno em um segundo tubular; usar um segundo poço como parte de um trajeto de corrente; transmissão de campo próximo ou de campo afastado; criar um loop de corrente dentro de uma porção da usinagem de metal do poço de modo a criar uma diferença potencial entre a usinagem de metal e terra; usar contatos espaçados para criar um transmissor de dipolo elétrico; usar um transformador toroidal para impor corrente na usinagem de metal do poço; usar um sub isolante; uma antena de bobina para criar um campo magnético que varia o tempo modulado para local ou através de transmissão de formação; transmitir dentro do revestimento do poço; usar membro alongado e terra como uma linha de transmissão coaxial; usar um tubular como um guia de onda; transmitir fora do revestimento do poço.

[0088] É especialmente útil impor uma corrente modulada em um membro alongado e usar a terra como retorno; criar um loop de corrente dentro de uma porção da usinagem de metal do poço de modo a criar uma diferença potencial entre a usinagem de metal e terra; usar contatos espaçados para criar um transmissor de dipolo elétrico; e usar um transformador toroidal para impor corrente na usinagem de metal do poço.

[0089] Para controlar e dirigir corrente vantajosamente, várias técnicas diferentes podem ser usadas. Por exemplo, um ou mais de: usar um liner isolante ou espaçadores em tubulares de poço; selecionar fluidos de controle de poço ou cimentos dentro de ou fora tubulares para conduzir eletricamente com ou isolar tubulares; usar um toróide de permeabilidade magnética alta para criar indutância e consequentemente um impedância; usar um fio isolado, cabo ou condutor alongado isolado para parte do trajeto de transmissão ou antena; usar um tubular como um guia de onda circular, usando bandas de frequência SHF (3 GHz a 30 GHz) e UH F (300 MHz a 3 GHz).

[0090] Os meios adequados para receber o sinal transmitido são também fornecidos, estes podem incluir detecção de uma fluxo de corrente; detectar uma diferença potencial; usar uma antena dipolo; usar uma antena de bobina; usar um transformador toroidal; usar um efeito Hall ou detector de campo magnético similar; usar seções da usinagem de metal do poço como parte de uma antena dipolo.

[0091] Onde a frase “membro alongado” é usada, para os propósitos de transmissão EM, isto também pode significar qualquer condutor elétrico alongado incluindo: liner; revestimento; tubulação ou tubular; tubulação de bobina; haste de bombeio; fixa; cabo de aço ou haste enrolada.

[0092] Um meio para comunicar sinais dentro de um poço com revestimento eletricamente condutivo é divulgado em US 5.394.141 por Soulier e US 5.576.703 por MacLeod et al ambos dos quais são incorporados aqui por referência em sua totalidade. Um transmissor que compreende o oscilador e amplificador de energia é conectado para contatos espaçados em um primeiro local dentro do revestimento de resistividade finita para formar um dipolo elétrico devido à diferença potencial criada pela corrente que flui entre os contatos como uma carga primária para o amplificador de energia. Essa diferença potencial cria um campo elétrico externo ao dipolo que pode ser detectado por um segundo par de contatos espaçados e amplificador em um segundo local devido ao fluxo de corrente resultante no revestimento ou alternativamente na superfície entre uma cabeça de poço e um eletrodo de referência terra.

Relê

[0093] UM relê compreende um transceptor (ou receptor) que pode receber um sinal, e um amplificador que amplia o sinal para o transceptor (ou um transmissor) para transmiti-lo em diante.

[0094] Pode ser pelo menos um relê. O pelo menos um relê (e os transceptores ou transmissores associados com o aparelho ou na superfície) pode ser operável para transmitir um sinal para pelo menos 200 m através do poço. Um ou mais relés podem ser configurados para transmitir por mais de 300 m, ou mais de 400 m.

[0095] Para comunicação acústica pode ser mais do que cinco, ou mais do que dez relés, dependendo da profundidade do poço e da posição do aparelho.

[0096] Geralmente, menos relés são necessários para comunicações EM. Por exemplo, pode ser apenas um único relê. Opcionalmente, portanto, um relê EM (e os transceptores ou transmissores associados com o aparelho ou na superfície) pode ser configurado para transmitir para mais de 500 m, ou mais de 1000 m.

[0097] A transmissão pode ser mais inibida em algumas áreas do poço, por exemplo, quando transmitir através de um obturador. Neste caso, as resinas transmitidos pode viajar uma distância menor. Entretanto, onde uma pluralidade de relés acústicos são fornecidos, preferencialmente pelo menos três são operáveis para transmitir um sinal para pelo menos 200 m através do poço.

[0098] Para tubo indutivamente acoplado, um relê também pode ser fornecido, por exemplo, a cada 300 500 m no poço.

[0099] Os relés podem manter pelo menos uma proporção dos dados para posterior recuperação em um meio de memória adequado.

[0100] Tomando estes fatores em conta, e também a natureza do poço, os relés podem, portanto, estar espaçados em conformidade no poço.

[0101] Os sinais sem fio podem causar, com efeito, ativação imediata, ou podem ser configurados para ativar o aparelho depois de um tempo de atraso, e/ou se outras condições estão presentes tais como uma mudança de pressão particular.

[0102] O aparelho 100, em particular, módulos de sensor de temperatura 120a...n, o módulo de controle 130 e/ou o módulo de comunicações 150, podem compreender um ou mais microprocessadores. Os componentes eletrônicos no aparelho, para alimentar vários componentes tais como o microprocessador, sistemas de controle e comunicação, são preferencialmente componentes eletrônicos de baixa energia. Os componentes eletrônicos de baixa energia podem incorporar recursos tais como microcontroladores de baixa voltagem, e o uso de modos de “dormir” onde a maioria dos sistemas eletrônicos são desligados e um oscilador de baixa frequência, tal como um oscilador 10 — 100 KHz, por exemplo, 32 kHz, usado para manter sistema timing e funções de “acordar”. As técnicas de comunicação sem fio de curto alcance sincronizadas (por exemplo, EM na faixa VLF) podem ser usadas entre diferentes componentes do sistema para minimizar o tempo que componentes individuais necessidade ser mantidos “acordados”, e consequentemente maximizar o tempo de “dormir” e economia de energia.

[0103] Os componentes eletrônicos de baixa energia facilitam o uso a longo prazo de vários componentes do aparelho. O mecanismo de controle pode ser configurado para ser controlado pelo sinal de controle sem fio até mais do que 24 horas depois de ser executado no poço, opcionalmente mais do que 7 dias, mais do que 1 mês, ou mais do que 1 ano ou mais do que 5 anos. Pode ser configurado para permanecer inativo antes de e/ou depois de ser ativado.

[0104] Desta forma, pelo uso de uma fonte de energia em poço 140 e um módulo de comunicações sem fio 150 e/ou um dispositivo de memória para transmitir sem fio/localmente armazenar dados incluindo os dados de sensor, o aparelho 100 para o uso na detecção de uma temperatura ao longo de um furo de poço pode ser configurado para operar como um fundo de poço de sistema “autônomo”. O aparelho pode incluir um ou mais alojamentos ou compartimentos que suportam uma ou mais da fonte de energia em poço 140, módulo de comunicações sem fio 150 e/ou dispositivo de memória tal que está configurado como um sistema autônomo para instalação no fundo do poço. Nestas configurações, o aparelho pode, em uso, não necessitar de cablagem para receber energia de ou transmitir sinais à superfície. Isto significa que o aparelho 100 pode ser confiável e fácil de instalar, e além disso, onde apenas uma seção pequena do poço está sendo medida, a cablagem e o aparelho necessitam apenas ser fornecidos na região do poço em teste. Que é diferente dos sistemas de sensor de temperatura de fibra ótica da técnica anterior e o WellWatcher FluxTM em que a cablagem necessita ser fornecida desde o local detectado até a superfície, que pode ser incrivelmente inconveniente e problemática onde, por exemplo, a temperatura de uma seção pequena do poço (digamos, 20 m de comprimento) necessita ser testada em uma profundidade de poço de mais do que 500 m, que é submarina a uma profundidade de 3 km da superfície da água. Usando o aparelho 100, apenas um comprimento curto de 20 m de tubulação 110 e o alojamento de módulo 160 necessita ser fornecido no poço, enquanto que na técnica anterior, a cablagem superior a 3,5 km é necessária para obter uma temperatura detectada na seção de 20 m do furo de poço.

[0105] A esse respeito, a tubulação 110 é tipicamente 10 a 200 metros de comprimento, e os módulos de sensor de temperatura são tipicamente espaçados na tubulação em uma distância de espaçamento na faixa de 0,25 a 10 metros. O comprimento da tubulação e o espaçamento dos módulos de sensor podem ser escolhidos de modo a obter um intervalo de medição desejado e resolução espacial. Embora a tubulação 110 mostrada na Figura 1 seja “reta” em que está disposta para se estender ao longo do furo de poço substancialmente ao longo do eixo do furo de poço, em outras modalidades a tubulação 110 pode ser disposta como um anel ou hélice para se estender em torno de um elemento tubular de um aparelho de poço. Aqui, o comprimento de tubulação e/ou espaçamento do sensor podem ser mais curtos, e o aparelho neste arranjo pode revelar informação sobre a variação azimutal na temperatura detectada em locais no furo de poço, que podem revelar informação sobre uma direção de fluxo de fluido no furo de poço.

[0106] A referência será feita agora à Figura 2, que mostra uma implantação típica do aparelho 100 mostrada na Figura 1 em um poço submarino 200.

[0107] O poço 200 compreende um furo de poço 201 que foi perfurado usando um barco perfurador ou plataforma semissubmersível e que foi subsequentemente alinhado e revestido (não mostrado). Por furo de poço nesta divulgação é significado, como necessário, a parede voltada para dentro de um poço de furo aberto perfurado, ou a ou parte do vazio definido, desse modo, ou como o contexto necessita, mesmo a superfície voltada para dentro de um revestimento de um poço revestido, ou a ou parte do vazio definido, desse modo. O furo de poço 201 é frequentemente um pelo menos poço parcialmente vertical. No entanto, pode ser um poço desviado ou horizontal. As referências tais como “acima” e abaixo” quando aplicadas aos poços desviados ou horizontais devem ser interpretadas como seus equivalentes em poços com alguma orientação vertical. Por exemplo, “acima” está mais próximo à superfície do poço.

[0108] Um Teste da Coluna de Perfuração está sendo executado agora usando um elemento tubular fornecido por uma coluna de Teste da Coluna de Perfuração (DST) 210 em que a broca de perfuração foi removida da coluna de perfuração e substituída com equipamento de teste e detecção como uma coluna de sensor 210 conduzida no poço para avaliar a formação geológica 220.

[0109] Um obturador reimplantável é fornecido como uma vedação anular 230 disposta acima de uma formação 220 a ser testada. Um módulo de canhão 240 que compreende uma série de cargas moldadas é fornecido na coluna 210 que, em uso, é disparada para formar perfurações 225 através do revestimento e na formação 220 para estimular um fluxo de produto.

[0110] O aparelho 100 mostrado na Figura 1 para detectar uma temperatura em um furo de poço é fornecido na coluna DST 210 disposta abaixo do dispositivo de vedação anular 230 tal que a tubulação 110 não é necessária para atravessar a vedação. O alojamento de módulo 160 é anularmente configurado para permitir fluxo através dele e está disposto na coluna 210 abaixo da vedação anular 230 e a tubulação 110 gira ao longo da superfície externa da coluna 210 (por exemplo, em uma ranhura) ao longo do furo de poço e através de canhões e é fixada nela usando braçadeiras 250. As braçadeiras 250 podem ser configuradas para atuar como cintas, para amarrar a tubulação 110 à coluna 210. Além disso, as braçadeiras (não mostradas) podem ser fornecidas, em particular, ao longo do canhão de perfuração, para assegurar que a tubulação é mantida livre das cargas de perfuração.

[0111] Uma luva portada 260 é fornecida, abrindo o orifício revestido no elemento tubular da coluna de perfuração 210, através do qual, após a abertura da válvula 265, o produto é permitido fluir sob pressão das perfurações 225 na formação 220 no elemento tubular da coluna DST 210 para a cabeça de poço 280, que é vedada por um dispositivo antierupção (BOP), ou semelhantes, fornecido na superfície do poço. A superfície do poço é o topo do revestimento superior do poço.

[0112] À medida que o produto flui, os módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n do aparelho 100 estão detectando a temperatura no poço revestido e gerando sinais elétricos que são recebidos e processados pelo módulo de controle 130 por meio da rede elétrica 115. O módulo de comunicações 130 então, gera um sinal indicativo da temperatura em um ou mais dos módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c ..., 120n que é então, processado pelo módulo de comunicações 150 e codificado em pulsos acústicos e transmitidos ao longo da coluna DST 210. Um receptor de sinal acústico 270 localizado na coluna DST na ou perto da cabeça do poço 280 detecta e decodifica o sinal acústico transmitido sem fio (que foram transmitidos para a cabeça do poço por uma rede de relés e repetidores (não mostrados)). Os dados ou os sinais de controle podem ser retransmitidos entre dois ou mais locais acima do dispositivo de vedação anular sem fio, por fios e/ou por fibras óticas. Similarmente, os dados ou os sinais de controle podem ser retransmitidos entre dois ou mais locais abaixo do dispositivo de vedação anular sem fio, por fios e/ou por fibras óticas.

[0113] O sinal de dados decodificados é, então transmitido por meio de um acoplamento elétrico 285 para uma plataforma ou barco 290 na superfície onde pode ser processado adicionalmente para permitir análise dos dados de temperatura detectados. Analisando-se os dados de temperatura, a informação detalhada pode ser obtida indicando o tipo de fluido que flui no poço, a taxa de fluxo e/ou o local do mesmo. Se a tubulação 110 estiver disposta ao longo de canhões de perfuração 240, o efeito de aquecimento dos canhões como um resultado de sua ignição pode ser detectado, que permite uma determinação a ser feita como se ou não os canhões todos disparados. Antes de, durante, e depois da perfuração o perfil de temperatura da seção perfurada pode ser continuamente monitorado, e fluxo de/para a formação avaliada. Similarmente, Se a tubulação 110 estiver disposta em torno de um dispositivo de vedação anular tal como um obturador, o efeito de aquecimento ou de arrefecimento devido ao fluxo de fluido de vazamentos pode ser detectado, que permite que uma identificação seja feita como quando os elementos de vedação são e não são eficazes.

[0114] Em vez do aparelho 100 para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço sendo fornecido totalmente abaixo e não se estendendo através do dispositivo de vedação anular 230, em outros arranjos, a tubulação 110 pode estender-se além do dispositivo de vedação anular 230 através de uma porta bypass do mesmo.

[0115] O aparelho 100 pode compreender um dispositivo de memória, que pode armazenar dados para recuperação a qualquer momento. Os dados podem ser recuperados por uma variedade de métodos. Por exemplo, podem ser transmitidos sem fio a qualquer momento, opcionalmente em resposta a uma instrução para transmitir. Ou podem ser recuperados por uma sonda conduzida no poço na tubulação fixa/enrolada ou um trator. A sonda pode opcionalmente acoplar com o dispositivo de memória fisicamente ou sem fio.

[0116] O aparelho pode ser configurado para armazenar e/ou transmitir dados de sensor. O armazenamento dos dados de sensor pode apenas ser por um curto período tal como até 1 segundo ou 1 minuto, 1 hora ou 1 dia, por exemplo, para os propósitos de armazenamento temporário, ou alternativamente ou além disso, o armazenamento dos dados de sensor pode ser por períodos mais longos tais como pelo menos um dia, pelo menos um mês pelo menos um ano, pelo menos 2 anos, ou pelo menos 5 anos, para os propósitos de armazenamento de dados a longo prazo e recuperação subsequente, ou recuperação parcial, sem fio, por uma conexão com fio ou por recuperação física.

[0117] Embora a Figura 2 ilustre uma possível configuração, deve ser entendido que o aparelho 100 pode ser fornecido no fundo do poço para detectar uma temperatura do mesmo em várias possíveis configurações. O aparelho 100 pode ser implantado no poço na tubulação com fio, ou enrolada, e pode ser ajustado e/ou colocado em suspensão no poço. Como observado acima, a tubulação 110 do aparelho 100 para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço pode nas modalidades se estender ao longo de e/ou em torno do elemento tubular 210, que é tipicamente para transportar o produto para a superfície ou ferramentas para dentro e para fora do furo de poço. Em vez de ser uma coluna de Teste da Coluna de Perfuração, em outras modalidades o elemento tubular pode ser uma coluna de perfuração, uma coluna de teste, uma coluna de conclusão, uma coluna de produção, uma coluna de injeção, uma coluna de restauração, uma coluna de observação, uma coluna de suspensão, uma coluna de abandono, uma coluna de revestimento, uma coluna de fraturamento, uma coluna de filtro de cascalho, uma tela ou um liner. O aparelho 110 pode ser usado em outras operações de poço, tais como durante produção, restauração e outras intervenções, e durante operações de amortecimento do poço. A Figura 2 ilustra um exemplo particularmente útil de um uso do aparelho 100 em que a tubulação 110 é fixada através de um canhão, e pode ser conduzida no poço 201 junto com o canhão. O aparelho pode ser implantado com e fixado através de várias ferramentas possíveis diferentes de fundo do poço, e fixação através de um canhão em um Teste da Coluna de Perfuração operação é apenas um possível exemplo. Depois do uso, o aparelho 100 pode ser descartado, por exemplo, junto com canhões gastos. Por outro lado, o aparelho 100 pode, em vez disso, ser recuperado e reutilizado em outros locais. Nas modalidades onde nenhuma unidade de comunicação é fornecida para transmissão sem fio de dados de temperatura detectados, os dados de temperatura podem em vez disso, ser registrados e armazenados no aparelho e recuperados mais tarde após a recuperação do aparelho do poço.

[0118] As disposições para a construção e operação dos módulos de sensor de temperatura 120a, 120b, 120c, ..., 120n e o módulo de controle 130 para detectar a temperatura, endereçar os módulos de sensor, e processar e recuperar informação de temperatura de acordo com modalidades será agora descrito.

[0119] Uma possível disposição é mostrada na Figura 3. Aqui, o aparelho 300 compreende vários módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n conectados a um módulo de controle 330. Cada módulo de sensor de temperatura compreende um sensor de temperatura 321 fornecido pelo menos em parte por pelo menos um elemento resistente que tem propriedades elétricas que variam com a temperatura, e um módulo de medição 322 que recebe um sinal ou mede uma propriedade elétrica que depende da temperatura do sensor de temperatura 321, compara-o com uma referência local calibrada por temperatura 323 que está disposta para fornecer um sinal contra o qual as variações na temperatura da medição do sensor de temperatura 321 podem ser reveladas pelo módulo de medição 322. Os módulos de medição 322 produzem, assim dados representativos da temperatura medidos a cada módulo de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n e transmitem dados ao módulo de controle 330 por meio da rede elétrica 115. Os dados de temperatura detectados podem ser transmitidos ao módulo de controle 330 como um sinal análogo, onde os módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n são individualmente isoláveis na rede elétrica 115 ou pelos quais os sinais análogos são multiplexados no mesmo canal na rede elétrica.

[0120] Alternativamente, os dados podem ser digitalmente codificados nos módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n e transmitidos ao módulo de controle 330 usando um protocolo de endereçamento digital ou por multiplexação, onde múltiplos módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n usar o mesmo canal na rede elétrica. O módulo de miniaturização do sensor pode ser obtido montando-se componentes em um circuito impresso flexível em miniatura e/ou circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs) podem ser usados.

[0121] No módulo de controle 330, um módulo de armazenamento e transmissão 331 é fornecido para amortecer eficazmente os dados de temperatura medidos com o que pode ser passado para o módulo de comunicações 150 para comunicação com a superfície. Uma vantagem de fornecer um módulo de medição e referência local em cada módulo de sensor de temperatura é que os dados podem ser facilmente transmitidos ao módulo de controle 330 e a rede elétrica pode ser relativamente simples, necessitando apenas de um ou dois fios para transportar os dados. Por exemplo, um sistema de endereçamento digital adequado, tal como os protocolos I2CTM, SENT ou 1-WireTM podem ser usados para transmitir os dados dos módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n ao módulo de controle 330 usando um pequeno número de fios ou mesmo apenas um fio, que pode ser o fio de energia que fornece energia para os módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n. Cada módulo de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c ... 320n pode ser fornecido com um conversor analógico para digital e um controlador de entrada/saída (não mostrado) de modo a controlar o protocolo de mensagem para enviar os dados ao módulo de controle 330. Uma outra vantagem é que apenas comprimentos muito curtos de fio são usados para acoplar o módulo de medição 322 ao sensor de temperatura 321 significando que a resistência do fio e a variação de temperatura do mesmo é insignificante, e nenhuma compensação para a resistência do fio necessita ser feita.

[0122] Embora o arranjo mostrado na Figura 3 seja vantajoso para o uso em uma faixa de circunstâncias diferentes, a estabilidade entre sensores pode não ser alta para alguns, particularmente a longo prazo, usos como as referências do local em cada módulo de sensor de temperatura pode desviar com o passar do tempo. O que é importante em aplicações práticas onde a informação sobre o fluxo de fluido no furo de poço é revelada pelo aparelho, o não monitoramento de temperatura absoluta que é importante, mas as alterações relativas na temperatura entre sensores de temperatura. Onde um grau de desvio entre sensores pode ocorrer com o passar do tempo, as alterações relativas na temperatura nos diferentes sensores podem ser medidas menos confiáveis com o passar do tempo de instalação. Além disso, a provisão do módulo de medição 322 e referência local 323 (e também um controlador de entrada/saída digital) em cada módulo de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n significa que os módulos 320a, 320b, 320c ... 320n podem necessitar de miniaturização significativa e projeto de embalagem sofisticado de modo a permitir que sejam pequenos o suficiente para serem integrados dentro da tubulação de diâmetro pequeno 110 sem ter que montar ou soldar os módulos de sensor de temperatura como seções de diâmetro externo maior na tubulação. Além disso, a provisão de vários componentes eletrônicos dentro dos módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c, ...,320n significa que necessitam de maior robustez para assegurar que podem suportar de maneira confiável ondas de choque de pressão significativas, tais como a partir da ignição de cargas moldadas de canhões 240.

[0123] O arranjo mostrado na Figura 4, entretanto, fornece uma disposição alternativa para o aparelho que pode ser de uso particular em numerosas aplicações. No aparelho 400, cada módulo de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n compreende um sensor de temperatura 421 fornecido pelo menos em parte por pelo menos um elemento resistente que tem propriedades elétricas que variam com a temperatura. A referência local e o módulo de medição em cada módulo de sensor de temperatura do aparelho 300 é omitido e, em vez disso, o módulo de controle 430 é fornecido com um módulo de medição 432 e uma referência comum 433 que são usados para determinar uma característica térmica de cada sensor de temperatura 421 de cada módulo de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n. Nas modalidades, o gerador de sinal de referência comum é uma fonte de voltagem de referência. Aqui, o uso de uma referência comum para todos módulos de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n localizados no módulo de controle 430 permite que o aparelho forneça uma estabilidade relativamente alta entre sensores como em comparação com o arranjo mostrado na Figura 3, com desvio relativamente baixo. Isso fornece o aparelho 400 com uma alta precisão e confiabilidade de alterações de temperatura detectadas ao longo do comprimento da tubulação 110 com o passar do tempo. A provisão de uma referência comum permite que o aparelho 400 desta modalidade seja preciso e confiável para a medição das alterações relativas entre os sensores, o que é importante onde a informação é recolhida sobre a taxa de fluxo e natureza de fluidos no furo de poço. Além disso, o módulo de medição 432 e referência comum 433 são fornecidos no próprio módulo de controle 430, significando que os módulos de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n não necessitam incluir esses componentes. De fato, os módulos de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n podem não incluir outros componentes eletrônicos exceto o sensor de temperatura 421, que pode ser fornecido por um único componente eletrônico (e quaisquer interconexões elétricas e embalagens necessárias). Como um resultado, os módulos de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n podem ser muito pequenos, o que permite que os componentes de sensor de temperatura sejam facilmente integrados na tubulação de diâmetro pequeno 110. Mais ainda, como os componentes eletrônicos relativamente sensíveis do módulo de medição 432 e referência comum 433 são fornecidos no próprio módulo de controle 430, os módulos de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n podem facilmente ser feitos robustos suficiente para suportar ondas de choque de pressão devido a, por exemplo, a ignição de cargas moldadas de canhões 240. Isto é, particularmente o caso onde sensores de temperatura apropriadamente robustos 421 são usados e embalados e protegidos usando um composto de preenchimento e/ou onde a tubulação 110 é preenchida com um líquido tal como um óleo. Mais ainda, a coluna de sensor 410 é relativamente simples e econômica para fabricar, com os módulos de sensor de temperatura cada um sendo pequeno com muito poucos componente e tão fáceis de integrar dentro da tubulação de diâmetro pequeno, e para os componentes eletrônicos de controle a serem fornecidos em um módulo de controle montado separadamente fornecido, por exemplo, em uma extremidade de ou adjacente à tubulação.

[0124] Enquanto a Figura 4 mostra o gerador de sinal de referência comum sendo usado como uma referência para a medição da voltagem e/ou corrente de cada um dos módulos de sensor de temperatura, nas modalidades, o gerador de referência comum pode ser usado como uma referência para a medição em relação a menos do que todos mas pelo menos dois dos sensores de temperatura.

[0125] Na Figura 4, o módulo de medição 432 está localizado no módulo de controle 430, distante dos módulos de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n. O módulo de medição 432 é preferencialmente configurado para medir uma característica elétrica análoga dos sensores de temperatura 421 em uma distância, endereçando ou conectando exclusivamente a um sensor de temperatura 421 de um módulo de sensor de temperatura específico 420a, 420b, ..., 420n através da rede elétrica 115, ou de outro modo discernir a característica elétrica de um sensor de temperatura particular 421 em um medido sinal análogo. Isto pode ser obtido fornecendo-se a rede elétrica 115 configurada de modo a permitir o recebimento e processamento de um sinal análogo separado dos diferentes sensores de temperatura 421 no módulo de controle 430. Exemplos de configurações de rede elétrica adequadas são descritas abaixo com referência às Figuras 7, 8 e 9. Alternativamente, de modo a transportar o sinal elétrico indicativo da temperatura detectada pelos sensores de temperatura 421 ao módulo de controle 430 para recepção e processamento pelo módulo de medição 432, um sistema de endereçamento digital pode ser novamente usado pelo qual cada módulo de sensor de temperatura 420a, 420b, ..., 420n é fornecido com um módulo de codificador digital (não mostrado) pelo qual um sinal com base na referência comum é passado para os módulos de sensor de temperatura e um sinal elétrico detectado pelo sensor de temperatura 421 é digitalizado e transmitido como dados digitalmente codificados ao módulo de controle usando um protocolo de comunicação digital apropriado.

[0126] Alternativamente, um híbrido das Figuras 3 e 4 pode ser usado (não mostrado), onde uma referência comum no módulo de controle é fornecida a cada módulo de sensor de temperatura, e um módulo de medição fornecido em cada módulo de sensor de temperatura. Um sinal digital representativo de temperatura pode ser usado para comunicar a medição ao módulo de controle.

[0127] Na verdade, as Figuras 5 e 6 mostram disposições para conectar digitalmente os módulos de sensor de temperatura ao módulo de controle, enquanto as Figuras 7, 8 e 9 mostram métodos de endereçamento dos sensores de temperatura e recebimento e processamento de sinais análogos a partir dele no módulo de controle.

[0128] No arranjo da Figura 5, uma série de módulos de sensor de temperatura 520a, 520b, 520c, ..., 520n são conectados conectando-os em paralelo entre dois trilhos de fornecimento de energia fornecendo voltagens V+, V- do módulo de controle 530. Os módulos de sensor de temperatura 520a, 520b, 520c, ..., 520n são fornecidos com codificadores digitais configurados para transmitir sinais indicativos da medição pelo sensor de temperatura (seja uma medição de temperatura, ou um sinal elétrico ainda não processado indicativo de uma característica térmica medida) ao módulo de controle 530 modulando-se o sinal em um ou ambos dos trilhos de energia, de acordo com um protocolo de comunicação digital adequado.

[0129] Uma possível implementação elegante do arranjo mostrado na Figura 5 para permitir comunicação digital com os módulos de sensor de temperatura seria acoplar os módulos de sensor de temperatura dentro do comprimento da tubulação 110 usando um fio, e acoplar cada um dos módulos de sensor de temperatura ao corpo da própria tubulação para usar o corpo da tubulação como o trajeto de retorno para o sinal.

[0130] No arranjo da Figura 6, uma série de módulos de sensor de temperatura 620a, 620b, 620c, ..., 620n são conectados conectando-os em paralelo entre dois trilhos de fornecimento de energia fornecendo voltagens V+, V- do módulo de controle 630. Os módulos de sensor de temperatura 620a, 620b, 620c, ..., 620n são fornecidos com codificadores digitais configurados para transmitir sinais indicativos da medição pelo sensor de temperatura (seja uma medição de temperatura, ou um sinal elétrico ainda não processado para indicar uma característica térmica medida) ao módulo de controle 630 modulando-se o sinal em um fio comum (terceiro), de acordo com um protocolo de comunicação adequado.

[0131] Alternativamente, no arranjo mostrado na Figura 6, os módulos de sensor de temperatura 620a, 620b, 620c, ..., 620n podem ser endereçados digitalmente pelo módulo de controle 630, usando um canal de comunicação digital adequado sobre os dois trilhos de fornecimento de energia, e os módulos de sensor de temperatura 620a, 620b, 620c, ..., 620n podem ser configurados para fornecer um sinal análogo ao módulo de controle 630 em resposta usando o terceiro fio.

[0132] De acordo com os arranjos de comunicação digital ilustrados nas Figuras 5 e 6, um grande número de módulos de sensor de temperatura (limitados pela capacidade de endereçamento do protocolo usado) pode ser conectado em paralelo na rede elétrica necessitando apenas de um pequeno número de fios. Isto permite que o comprimento da tubulação 110 sobre qual o arranjo sensível à temperatura possa ser espalhado seja longo e/ou a resolução espacial que pode ser obtida espaçando- se estreitamente os módulos de sensor de temperatura para serem elevados. Estes arranjos permitem que o número de módulos de sensor de temperatura sejam fornecidos na tubulação seja muito alto, por exemplo, maior do que noventa, que seria mais difícil atingir usando o arranjo de endereçamento de matriz descrito abaixo em relação às Figuras 8 e 9.

[0133] Embora os sensores de temperatura de circuito integrado digital podem ser usados nos módulos de sensor de temperatura 320a, 320b, 320c ... 320n para fornecer o sensor de temperatura 321, este geralmente têm uma resolução de temperatura, precisão e estabilidade que é muito baixa para as aplicações de detecção de furo de poço desejadas.

[0134] Onde sinais análogos devem ser transmitidos ao módulo de controle, fios separados podem ser usados. Assim, no arranjo da Figura 7, uma série de módulos de sensor de temperatura 720a, 720b, 720c, ..., 720n são conectados entre dois trilhos de fornecimento de energia fornecendo voltagens V+, V- do módulo de controle 730. Os módulos de sensor de temperatura 720a, 720b, 720c, ..., 720n, em resposta à voltagem aplicada V+, V-, fornecem em fios separados 725a, 725b, 725c, ...,725n sinais indicativos da medição pelo sensor de temperatura (seja uma medição de temperatura, ou um sinal elétrico ainda não processado para indicar uma característica térmica medida) que é recebido e processado no módulo de controle 730 por meio dos fios separados 725a, 725b, 725c, ..., 725n. O módulo de controle 730 pode processar os sinais elétricos recebidos para determinar uma medida de temperatura.

[0135] No arranjo mostrado na Figura 7, para cada sensor adicional que é adicionado à matriz, um fio adicional é necessário. Em um feixe de fio de núcleo normal 19 que pode ser encaixado na tubulação de diâmetro pequeno, isso limitaria o número de sensores que poderiam ser fornecidos. Entretanto, o arranjo mostrado na Figura 7 pode ser combinado com o arranjo mostrado na Figura 6 em que múltiplos módulos de sensor de temperatura, endereçados digitalmente, são fornecidos comuns a cada fio de retorno.

[0136] Para obter um alto número de sensores na matriz sem usar um protocolo de comunicação digital, quando o número de fios na tubulação 110 é limitado, nas modalidades os fios e módulos de sensor de temperatura podem ser dispostos na rede elétrica como uma “matriz” como mostrado esquematicamente na Figura 8. Neste arranjo 800, a tubulação 110 contendo a rede elétrica 115 compreende vários fios que conectam os vários módulos de sensores de temperatura resistentes 820. Os fios são configurados para fornecer a rede elétrica 115 disposta como uma matriz pela qual os fios compreendem um primeiro grupo de fios 815a e um segundo, grupo diferente de fios 815b e cada fio do primeiro grupo 815a é eletricamente conectado a cada fio do segundo grupo 815b uma vez, por diferentes módulos de sensor de temperatura 820, tal que cada módulo 820 pode ser de forma individual eletricamente conectado por um par de fios que compreende um primeiro fio do primeiro grupo 815a e um segundo fio do segundo grupo 815b.

[0137] Desta forma, um número significantemente maior de sensores de temperatura pode ser operado em um regime de endereçamento análogo usando o mesmo número de fios. Por exemplo, para um feixe de fio 19 de núcleo padrão, o arranjo da Figura 7 pode ser usado para fornecer apenas até 17 sensores de temperatura. O uso de uma matriz permite que um número maior do que este seja fornecido, e para um feixe de fio 19 de núcleo, agrupado em um grupo de 10 e um grupo de 9 fios, até 90 módulos de sensor de temperatura 820 podem ser fornecidos, como mostrado na Figura 8. Estes podem ser individualmente dirigidos conectando-os ao módulo de controle (não mostrado) por provisão de comutadores, que podem ser operados por um relê ou relés 823, e que pode comutar através de combinações de pares de fios para eletricamente conectar e inferir uma temperatura em cada um dos módulos de sensor de temperatura 820. Por exemplo, um módulo de sensor de temperatura particular 820ij pode ser conectado comutando-se o relê para conectar o ith fio 815ai do primeiro grupo de fio e o jth fio 815bj do segundo grupo de fio, onde todos os outros fios podem ser desconectados. O relê 823 pode periodicamente comutar através de combinações de pares de fios para eletricamente conectar e inferir uma temperatura em cada um dos módulos de sensor de temperatura.

[0138] Para evitar o fluxo de corrente inversa indesejado e vazamento de corrente através da rede elétrica, cada módulo de sensor de temperatura 820 inclui, ou é conectado em série com um diodo de bloqueio 826. Assim, os diodos 826 são diodos de vazamento de corrente inversa baixos, que tem um vazamento de corrente inverso de menos do que 50 nA na voltagem operacional do aparelho 800 e em uma temperatura de 25 graus Celsius. A sensibilidade à temperatura de cada um dos módulos de sensor de temperatura 820 é fornecida pelo menos em parte por um componente resistente, que pode ser um sensor de temperatura de circuito integrado ou um segundo diodo fornecido além do diodo de bloqueio. Alternativamente, em vez de fornecer um diodo de bloqueio 826, o efeito de bloqueio pode ser fornecido por um outro componente tal como um FET, e o componente de bloqueio e o componente resistente que fornecem sensibilidade à temperatura dos módulos de sensor de temperatura podem ser combinados juntos ou integrados em um IC.

[0139] Onde apropriado, a queda da voltagem devido à resistividade dos fios e a sensibilidade à temperatura do mesmo pode ser compensada por meios de calibração configurados para compensar a resistência de fios nas linhas que conectam os elementos resistentes dos sensores de temperatura ao módulo de medição (fornecido no módulo de controle), e também para a dependência de temperatura da resistividade dos fios. Os meios de calibração são fornecidos como parte do módulo de controle. Os meios de calibração compensa a resistência do fio determinando-se as características de resistência dos fios ou os circuitos individuais associados com cada sensor de temperatura do aparelho. Essa caracterização de resistência do fio pode ser executada primeiro em um ambiente de teste controlado antes de implantação. Os meios de calibração, então compensam a resistência do fio/circuito para isolar a capacidade de resposta das propriedades elétricas dos sensores de temperatura às variações de temperatura. Especificamente, nas modalidades, os meios de calibração estão configurados para atingir essa compensação de resistência tendo-se, antes do uso, medido a resistência da fiação a cada sensor pelo menos 2 temperaturas conhecidas para determinar a resistência e o coeficiente de temperatura da fiação do sensor individual. Esses coeficientes de resistência e temperatura da fiação do sensor individual são armazenados como dados de calibração nos meios de calibração. Em uso, os meios de calibração estão configurados para usar os dados de calibração anterior e a temperatura conhecida de segmentos do fio para calcular a resistência da fiação a um sensor em um determinado momento.

[0140] Em cada um dos arranjos mostrados nas Figuras 3 a 8, a sensibilidade à temperatura dos módulos de sensor de temperatura é fornecida pelo menos em parte ou somente por pelo menos um elemento resistente que tem propriedades elétricas que variam com a temperatura, tal como uma ou mais sensores de resistência de película fina de platina ou um circuito integrado com um sensor de temperatura resistente incorporado. Estes podem fornecer uma ou mais das vantagens de robustez, tamanho pequeno, capacidade de integrar o perfil de tubulação de diâmetro pequeno para facilitar a instalação do aparelho, simplicidade e economia para fabricar, capacidade para fornecer um grande número de módulos de sensor em uma única tubulação, e medições de temperatura de desvio suficientemente estáveis, precisas e baixas úteis para uma faixa de aplicações.

[0141] Um método 1100 de operação de aparelho descrito acima em relação às Figuras 1 a 8 para determinar uma temperatura ao longo de um furo de poço será agora descrito com referência à Figura 9.

[0142] Em primeiro lugar, na etapa 1101 os sensores de temperatura na tubulação são ativamente aquecidos aplicando-se uma corrente através de um resistor disposto adjacente ao sensor de temperatura ou usando-se a resistência associada com o próprio módulo de sensor de temperatura, ou por auto-aquecimento dos sensores aplicando-se uma corrente através deles. Por exemplo, uma corrente alta carga pode ser aplicada aos sensores de temperatura resistentes para aquecê-los. Alternativamente, os sensores de temperatura podem ser ativamente arrefecidos, por exemplo, usando-se um ou mais dispositivos peltier, ou linhas de arrefecimento e um trocador de calor.

[0143] Em seguida, na etapa 1102, uma mudança de temperatura do ou cada sensor é monitorada durante e/ou depois do aquecimento.

[0144] Em seguida, para traduzir uma temperatura medida em 1102 em informação no fluido (tal como taxa de fluxo, uma indicação do tipo de componentes de fluido, etc.), na etapa 1103, um fluxo de fluido característico do ambiente ao qual a tubulação está exposta nos locais dos sensores de temperatura são inferidos com base na mudança de temperatura, ou em uma taxa de mudança de temperatura, ou a energia para criar uma mudança na temperatura dos sensores durante e/ou depois do aquecimento. Uma indicação do tipo de componentes de fluido (por exemplo, gás/óleo/água) a qual o aparelho 100 é exposto é possível, uma vez que a capacidade de calor de específica, condutividade térmica e densidade dos diferentes fluidos levam a diferentes respostas térmicas quando os sensores são aquecidos.

Claims

1. Aparelho (100) para o uso em um furo de poço, para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço, que compreende: tubulação (110) sendo uma tubulação metálica que compreende pelo menos 6 módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) fornecidos em locais ao longo do interior da tubulação (110), os ditos módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) que compreendem sensores de temperatura fornecidos pelo menos em parte por um elemento resistente cuja resistência elétrica é dependente da temperatura; uma rede elétrica (115) configurada para eletricamente conectar aos elementos resistentes para, em uso, permitir medição das respectivas propriedades elétricas dos elementos resistentes para inferir uma característica térmica do elemento resistente; e pelo menos um módulo de controle (130) no fundo do poço eletricamente conectado a múltiplos dos ditos módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n), por meio da rede elétrica (115), e configurado para receber e processar um sinal elétrico associado com os módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) para permitir inferência da temperatura dos elementos resistentes e o ambiente ao qual a tubulação (110) está exposta no local do elemento resistente, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um módulo de controle (130) no fundo do poço compreende adicionalmente um gerador de sinal de referência comum, usado como referência para medição de pelo menos uma entre voltagem e corrente de pelo menos dois módulos de sensor de temperatura; e em que o diâmetro externo da tubulação (110) está na faixa de 3mm a 14mm no local na tubulação (110) de pelo menos um dos módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n).

2. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tubulação (110) é de um aço inoxidável, um aço inoxidável duplex ou super-duplex, uma liga de níquel, titânio ou uma liga de titânio.

3. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o diâmetro externo da tubulação (110) é de 6mm a 10mm.

4. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o diâmetro externo da tubulação (110) é o mesmo em locais na tubulação (110) de pelo menos um ou todos dos módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) e em locais na tubulação afastados de pelo menos um ou todos dos módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n).

5. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o elemento resistente é um dispositivo de temperatura de resistência (RTD), particularmente um RTD com base em platina ou níquel.

6. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de em que o RTD é construído de uma bobina de fio, um fio enrolado, ou uma película fina, particularmente uma película fina depositada em um substrato de cerâmica.

7. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o elemento resistente é um termistor.

8. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a tubulação (110) é preenchida com e encapsula um líquido não condutor, opcionalmente um óleo, e opcionalmente em que a tubulação compreende meios de balanceamento de pressão, opcionalmente incluindo um fole (112) ou bexiga flexível, configurados para atuar para equalizar a pressão interna na tubulação com o meio ambiente.

9. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os módulos de sensor de temperatura na tubulação (110) são envoltos em um composto de preenchimento.

10. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a tubulação (110) compreende vários fios da rede elétrica (115) e, em que, os fios e vários sensores de temperatura são configurados tal que a rede elétrica (115) está disposta como uma matriz pelo qual os fios compreendem um primeiro grupo de fios (815a) e um segundo, grupo diferente de fios (815b) e cada fio do primeiro grupo (815a) é eletricamente conectado a cada fio do segundo grupo (815b) uma vez, por diferentes módulos de sensor de temperatura, tal que cada módulo pode ser de forma individual e eletricamente conectado por um par de fios que compreende um primeiro fio do primeiro grupo (815a) e um segundo fio do segundo grupo (815b).

11. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ainda compreende meios de calibração configurados para compensar a resistência de fios na linha que conecta os elementos resistentes dos sensores de temperatura ao módulo de controle (130), e preferencialmente também para a dependência de temperatura da resistividade dos fios, em que, opcionalmente os meios de calibração são fornecidos como parte do módulo de controle (130).

12. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o gerador de sinal de referência comum é uma fonte de voltagem de referência.

13. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que múltiplos módulos de controle no fundo do poço são fornecidos, em que, conjuntos de controle de módulos de controle individuais de módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n), e os módulos de controle são ligados a um ou mais módulos de controle mestre no fundo do poço.

14. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a tubulação (110) contendo os módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) está disposta como um anel ou hélice para se estender em torno de um elemento tubular de um aparelho de poço.

15. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma fonte de energia (140) configurada para fornecer energia operacional ao aparelho (100) para detectar a temperatura no furo de poço em uso, em que, a fonte de energia (140) está disposta para ser fornecida como uma fonte de energia no poço em uso, em que, opcionalmente a fonte de energia (140) pode ser substituível no poço.

16. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia (140) compreende uma ou mais células primárias, células secundárias e/ou geradores de energia de fundo do poço.

17. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia (140) compreende um gerador de eletricidade ou uma bateria, e em que a fonte de energia (140) é substituível por cabo de aço ou tubulação espiralada.

18. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o aparelho está configurado para ser alimentado em uso de uma posição mais alta no poço, opcionalmente da superfície, e opcionalmente por meio de acoplamento indutivo ou capacitivo.

19. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um módulo de comunicação de dados sem fio (150) acoplado, sem fio, por uma conexão sem fio separada, ou eletricamente por uma conexão com fio e opcionalmente fisicamente, ao aparelho (100) para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço e disposta para, em uso: transmitir sem fio ao longo dos sinais indicativos de poço de uma temperatura detectada no furo de poço pelo aparelho (100), opcionalmente usando retransmissores ou repetidores; e opcionalmente receber sem fio sinais de controle para controlar a operação do aparelho (100), opcionalmente para o controle de aquisição de dados, transmissão de dados, e/ou para controlar o aquecimento ou arrefecimento dos sensores, e em que o módulo de comunicação de dados sem fio (150) está configurado para transmitir os ditos sinais acusticamente e/ou eletromagneticamente.

20. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) compreende um circuito eletrônico configurado para variar pelo menos um de uma corrente, uma voltagem, e uma frequência com uma temperatura do sensor.

21. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aparelho (100) está configurado tal que, em uso, pelo menos um módulo de sensor de temperatura é selecionado pelo módulo de controle (130) no fundo do poço que endereça digitalmente o módulo de sensor de temperatura, e em que o módulo de sensor de temperatura selecionado permite uma voltagem, corrente ou saída de frequência representativa da temperatura de um elemento resistente a ser conectada ao módulo de controle (130) no fundo do poço.

22. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) compreende um circuito impresso flexível, particularmente um circuito impresso flexível menor do que 1mm de espessura, e/ou particularmente um circuito impresso flexível que compreende um substrato de poli-imida ou um de poliariletercetona.

23. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um, ou cada módulo de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) compreende um único componente eletrônico integrado que incorpora o elemento resistente.

24. Aparelho (100), de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a extensão física máxima do único componente eletrônico em qualquer eixo é menor do que 7mm, preferencialmente menor do que 5mm, mais preferencialmente menor do que 4mm, mesmo mais preferencialmente menor do que 3mm.

25. Aparelho (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo de controle (130) no fundo do poço está configurado para medir uma corrente, voltagem e/ou frequência análoga associada com os módulos de sensor de temperatura (120a, 120b, 120c... 120n) para permitir a inferência da temperatura dos elementos resistentes e do ambiente ao qual a tubulação (110) está exposta no local do elemento resistente.

26. Poço, caracterizado pelo fato de compreender um aparelho de poço que tem o aparelho (100) para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 25, disposto para detectar uma temperatura em um furo de poço do poço.

27. Poço, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de o aparelho de poço compreender um dispositivo de vedação anular (230) fornecido pelo menos 100m abaixo de uma superfície do poço, e entre um furo de poço ou um revestimento do furo de poço e um tubular.

28. Poço, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de o aparelho (100) para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço ser fornecido totalmente abaixo do dispositivo de vedação anular (230).

29. Poço, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de a tubulação (110) do aparelho para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço não se estender além do dispositivo de vedação anular (230).

30. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 29, caracterizado pelo fato de o aparelho de poço compreender um elemento tubular e em que a tubulação (110) do aparelho (100) para o uso na detecção da temperatura em um furo de poço se estende ao longo de e/ou em torno do elemento tubular.

31. Poço, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o elemento tubular é uma coluna de perfuração em que a coluna de perfuração compreende uma broca de perfuração ou moinho.

32. Poço, de acordo com a reivindicação 30 ou 31, caracterizado pelo fato de que a tubulação (110) é fixada ao elemento tubular no poço.

33. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 30, caracterizado pelo fato de que o aparelho (100) é implantado no poço na tubulação com cabo de aço, ou enrolada, e opcionalmente ajustado e/ou colocado em suspensão no poço.

34. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 32, caracterizado pelo fato de que a tubulação (110) é fixada a e se estende através de um canhão ou canhões de perfuração (240).

35. Poço, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o aparelho (100) está configurado para monitorar o disparo do canhão de perfuração (240).

36. Poço, de acordo com a reivindicação 34 ou 35, caracterizado pelo fato de que o aparelho (100), ou uma pluralidade do aparelho, estender-se além de múltiplos canhões (240), e múltiplos canhões de perfuração são independentemente ativáveis.

37. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 29, caracterizado pelo fato de que o aparelho (100) está configurado para monitorar a temperatura em uma barreira no poço.

38. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 36, caracterizado pelo fato de que o aparelho (100) está configurado para monitorar o poço durante um teste de poço ou teste da coluna de perfuração.

39. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 38, caracterizado pelo fato de que o poço é um poço de produção e/ou de injeção.

40. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 39, caracterizado pelo fato de que o aparelho (100) está configurado para monitorar uma reação exotérmica associada com um tratamento de fluido do poço.

41. Poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 40, caracterizado pelo fato de que o poço está em uma fase suspensa ou abandonada, e o aparelho (100) está configurado para monitorar o poço.