BR112019013173A2

BR112019013173A2 - coleta de energia em fundo de poço

Info

Publication number: BR112019013173A2
Application number: BR112019013173A
Authority: BR
Inventors: david jarvis Leslie; Compton Ross Shaun; Martin Hudson Steven
Original assignee: Metrol Tech Ltd
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2019-12-10
Also published as: EP3563031C0; US11199075B2; US20190353010A1; WO2018122543A1; AU2016434207A1; CA3047617A1; AU2016434207B2; EA201991567A1; EP3563031B1; CA3047617C; EP3563031A1; CN110382817A; EA039628B1; MX2019007941A; MY197740A

Abstract

a presente invenção refere-se à coleta de energia elétrica e comunicação em fundo de poço em sistemas para instalações de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, por exemplo, corrente cp. em alguns casos, há um módulo de coleta (4) eletricamente conectado à estrutura metálica (2) em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica fluindo na estrutura (2); e o módulo de coleta (4) sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica. em adição ou alternativamente, pode haver um aparelho de comunicação (4, 5, 6) para comunicação através de modulação da corrente, por exemplo, corrente cp, na estrutura metálica (2).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COLETA DE ENERGIA EM FUNDO DE POÇO.

[0001] A presente invenção refere-se à coleta de energia em fundo de poço. Em um caso particular ela refere-se a métodos e sistemas para alimentar um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica provida com proteção catódica. A invenção refere-se também a métodos e sistemas incorporando métodos e sistemas de coleta de energia bem como aparelhos para uso em tais métodos e sistemas.

[0002] Há um desejo geral de ser possível extrair dados de poços de petróleo e/ou gás bem como dispositivos de controle em poços de petróleo e/ou gás tais como válvulas - por exemplo, válvulas de segurança de subsuperfície.

[0003] No entanto, provisão de energia a tais dispositivos de fundo de poço representa um desafio. Há algumas circunstâncias onde energia pode ser provida diretamente a partir da superfície através de um cabo ou dispositivos podem ser alimentados diretamente a partir da superfície usando energia hidráulica. No entanto, em outras circunstâncias esses métodos de distribuição de energia não são apropriados. Em algumas circunstâncias o uso de baterias se torna uma opção. No entanto, isso em si representa desafios particularmente no ambiente de fundo de poço onde as temperaturas relativamente altas tendem a levar à vida de batería mais curta.

[0004] Desta maneira é desejável prover fontes alternativas de alimentação de dispositivos de fundo de poço que possam ser usadas em circunstâncias onde a distribuição de energia a partir da superfície via um cabo ou hidraulicamente é difícil, impossível ou indesejável enquanto evitando as limitações que são encontradas se depender de energia de batería. É também desejável prover métodos alternativos para comunicação entre locais de fundo de poço e outros locais de

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2/90 fundo de poço e/ou em superfície.

[0005] No presente relatório a expressão superfície compreende a superfície terrestre em um poço terrestre onde uma cabeça de poço estará localizada, o solo oceânico em um poço submarino e um deck de cabeça de poço em uma plataforma. Ela compreende também locais acima desses locais onde apropriado. Em geral, “superfície” é usada para se referir a qualquer lugar conveniente para aplicação e/ou captura de energia/sinais, por exemplo, que esteja fora do furo do poço.

[0006] De acordo com um primeiro aspecto da invenção é provido um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço para coleta de energia elétrica em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo energia elétrica, o sistema compreendendo: um módulo de coleta conectado eletricamente à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido a uma corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica.

[0007] A instalação do poço pode ser uma com proteção catódica de modo que a corrente elétrica seja corrente de proteção catódica. Embora a presente técnica possa ser usada em um sistema onde corrente é especificamente aplicada à estrutura de fundo de poço para uso em distribuição de energia, foi compreendido que é possível coletar energia a partir de sistemas de proteção catódica e que é particularmente preferido se a energia puder ser coletada a partir de correntes que já estão presentes.

[0008] O segundo local será geralmente um local no fundo de poço.

[0009] Em alguns casos a conexão ao segundo local pode ser uma conexão com a formação através de um eletrodo. Mais tipicamente, no entanto, o módulo de coleta será conectado à estrutura metálica nos

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3/90 primeiro e segundo locais espaçados.

[0010] Tais sistemas e métodos são vantajosos porque energia pode ser provida a um dispositivo de fundo de poço sem ter que prover uma fonte de energia separada. Além disso, a energia pode ser fornecida sem ter que depender de baterias locais que tenderão a ter uma vida limitada e pode ser fornecida sem ter que prover um cabo que penetra através da cabeça do poço. Similarmente essas técnicas podem ser implementadas sem uso de toroides para injetar ou extrair sinais. Isso pode reduzir a complexidade e as questões técnicas que incorrerão na implementação de um sistema.

[0011] O módulo de coleta pode ser disposto para coletar energia elétrica a partir de correntes dc.

[0012] Preferivelmente o fluxo de corrente dentro das porções da estrutura metálica em regiões entre o primeiro local e o segundo local está na mesma direção longitudinal.

[0013] Preferivelmente há um caminho de fluxo de corrente sem interrupção entre o primeiro local e o segundo local que é pelo menos parcialmente através da estrutura metálica.

[0014] Essas representam características que estarão geralmente presentes em uma instalação a menos que modificação seja feita na configuração. As presentes idéias geralmente não precisam de modificações na configuração padrão da instalação do poço como um todo, isto é, elas têm como objetivo trabalhar ao lado de uma instalação padrão.

[0015] O módulo de coleta pode ser eletricamente conectado à estrutura metálica no segundo local.

[0016] A ou cada conexão à estrutura metálica pode ser feita a um curso de membros alongados metálicos/um curso de tubo metálico.

[0017] Em um conjunto de modalidades os locais espaçados podem ser espaçados axialmente. As conexões podem ser feitas a um curso

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4/90 comum de membros alongados metálicos, por exemplo, um curso comum de tubo metálico que é parte da estrutura metálica. A superfície mais alta dos dois locais espaçados pode estar adjacente ao local de um suporte de revestimento provido no poço. Frequentemente isso vai representar o local prático mais alto para o local mais alto. Em alguns casos a conexão superior pode ser feita a um tubo de subida.

[0018] Desta maneira, por exemplo, as conexões podem ser ambas feitas à tubulação de produção provida no poço, ou ambas feitas a um primeiro curso de tubo de revestimento de poço separado por um primeiro anel, “A”, da tubulação de produção, ou ambas feitas a um segundo curso de tubo de revestimento de poço separado por um segundo anel, “B”, do primeiro curso de tubo de revestimento de poço, ou assim por diante.

[0019] Em outros casos, conexões axialmente separadas podem ser feitas a cursos diferentes de membros alongados metálicos, por exemplo, cursos diferentes de tubo metálico com resultados similares, mas é geralmente mais conveniente fazer as conexões ao mesmo curso de membros alongados metálicos/tubo metálico se não houver nenhuma razão para fazer diferente.

[0020] Onde os locais espaçados são axialmente espaçados e há dependência disso para que haja uma diferença de potencial entre eles, o espaçamento entre os locais é provável ser considerável - tipicamente 100 m ou mais. Mais preferivelmente 300 m a 500 m.

[0021] A conexão elétrica à estrutura metálica no primeiro local pode ser uma conexão galvânica.

[0022] A conexão elétrica à estrutura metálica no segundo local pode ser uma conexão galvânica.

[0023] O módulo de coleta pode ser posicionado em um ou mais de externo aos membros alongados do poço, dentro de um anel do poço e dentro de um furo interno do poço.

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5/90 [0024] A conexão a pelo menos um dos primeiro e segundo locais pode ser através de um cabo correndo ao longo da estrutura metálica.

[0025] Preferivelmente se o segundo contato espaçado for feito com o pelo menos um curso de membros alongados metálicos então a corrente elétrica fluindo no pelo menos um curso de membros alongados metálicos onde o primeiro contato é feito flui na mesma direção longitudinal que a corrente elétrica fluindo no pelo menos um curso de membros alongados metálicos onde o segundo contato é feito.

[0026] Preferivelmente se o primeiro contato espaçado e o segundo contato espaçado forem ambos feitos com o mesmo curso de membros alongados metálicos, este curso de membros alongados metálicos é continuamente condutor entre os primeiro e segundo locais.

[0027] Pelo menos uma conexão entre o pelo menos um dos contatos elétricos e o módulo de coleta pode ser provida por um cabo isolado.

[0028] O cabo pode ser selecionado para ter um condutor com uma área em seção transversal relativamente grande. Quando selecionado um cabo o objetivo é escolher uma área de seção transversal que seja grande o suficiente para permitir o nível desejado de coleta - uma que proveja resistência baixa o suficiente no cabo.

[0029] Preferivelmente o cabo isolado tem uma área condutora de pelo menos 10 mm^A2, preferivelmente pelo menos 20 mm^A2, mais preferivelmente pelo menos 80 mm^A2.

[0030] O cabo pode ser um condutor encapsulado em tubulação. [0031] Uma das conexões pode ser feita sem um cabo externo. Uma das conexões pode ser feita através de um alojamento condutor de ou circundando o módulo de coleta.

[0032] Tipicamente haverá um espaçamento ótimo entre as conexões. Quanto maior o espaçamento maior a mudança em potencial entre os locais de contato, mas também maior a resistência do cabo. O

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6/90 método pode compreender determinação de um espaçamento ótimo, entre os locais espaçados. Isso pode ser determinado através de modelagem de uma instalação particular.

[0033] O espaçamento entre os locais pode ser pelo menos 100 m. [0034] Em um outro conjunto de modalidades os locais espaçados podem ser espaçados radialmente. Uma primeira das conexões pode ser feita a um primeiro curso de membros alongados metálicos, por exemplo, um primeiro tubo metálico de curso que é parte da estrutura metálica e uma segunda das conexões pode ser feita a um segundo curso, distinto, de membros alongados metálicos, por exemplo, um segundo curso, distinto, de tubo metálico que é parte da estrutura metálica. Desta maneira a conexão pode ser através de um anel definido por dois cursos de tubo metálico.

[0035] Por exemplo, uma conexão pode ser feita à tubulação de produção provida no poço e uma a um primeiro curso de tubo de revestimento de poço separado por um anel, “A”, da tubulação de produção, ou uma conexão pode ser feita a um primeiro curso de tubo de revestimento de poço provido no poço e a um segundo curso de tubo de revestimento de poço separado por um segundo anel, “B”, do primeiro curso de tubo de revestimento de poço, e assim por diante.

[0036] Em alguns casos os locais espaçados podem ser ambos axialmente espaçados e radialmente espaçados.

[0037] As conexões podem ser feitas a um curso comum de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.

[0038] Em algumas modalidades uma primeira das conexões é feita a um primeiro curso de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica e uma segunda das conexões é feita a um segundo curso, distinto, de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.

[0039] Meios de isolamento podem ser providos para isolamento

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7/90 elétrico do primeiro curso de membros alongados metálicos do segundo curso de membros alongados metálicos na região das conexões.

[0040] Meios de isolamento podem ser providos para isolamento elétrico do primeiro curso de membros alongados/tubo metálico do segundo curso de membros alongados/tubo metálico na região de pelo menos uma das conexões. Isso pode ajudar a assegurar que haja uma diferença de potencial entre os cursos de membros alongados/tubo metálico nos locais onde as conexões são feitas. Isso sendo devido ao caminho diferente para a terra visto a partir de cada curso de membros/tubo.

[0041] Notar que nas presentes técnicas as correntes a partir das quais energia é coletada estarão geralmente fluindo na mesma direção nos primeiro e segundo cursos de membros alongados metálicos/tubos. Desta maneira o isolamento não é provido para formar um caminho de retorno separado, mas sim alterar o caminho para a terra para um dos cursos em relação ao outro.

[0042] O meio de isolamento pode compreender uma camada ou revestimento de isolamento provido em pelo menos um dos cursos de membros alongados/tubo metálico. O meio de isolamento pode compreender pelo menos um centralizador de isolamento para manter os cursos de membros alongados/tubo metálico separados uns dos outros.

[0043] O meio de isolamento pode ser provido para evitar contato elétrico entre os dois cursos de membros alongados/tubo metálico por uma distância de pelo menos 100 m, preferivelmente pelo menos 300 m.

[0044] Pelo menos uma das conexões pode estar localizada dentro da região de isolamento. Ambas as conexões podem estar localizadas dentro da região de isolamento. Pelo menos uma das conexões pode estar localizada em direção a um ponto médio da região de isolamento. O local de pelo menos uma das conexões pode ser determinado através

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8/90 da modelagem de uma instalação particular para determinar um local ótimo que é então selecionado.

[0045] O módulo de coleta pode ser provido no furo de um curso central de tubulação, em um anel ou fora do tubo de revestimento de poço - entre o tubo de revestimento de poço e a formação. Desta maneira, dentre outros locais possíveis, o módulo de coleta pode ser provido no anel “A”, no anel “B”, no anel “C”, no anel “D” ou qualquer outro anel.

[0046] Isso dá origem à possibilidade de provisão de energia em locais onde geral mente não é possível e/ou desejável prover cabos a partir da superfície. Isso é particularmente útil para poços submarinos. Ainda isso é possível sem depender do uso de baterias primárias ou outra fonte de energia local, e então há uma possibilidade de provisão de energia de “vida de poço” em tais locais.

[0047] O módulo de coleta pode compreender um meio de impedância variável para variação da carga vista entre as duas conexões. O meio de impedância variável pode ser controlado por microprocessador. [0048] O meio de impedância variável pode ser usado para variar a carga de modo a otimizar coleta de energia.

[0049] O meio de impedância variável pode ser usado para modular a carga de modo a comunicar dados a partir do módulo de coleta em direção à superfície.

[0050] Meio de comunicação de fundo de poço pode ser provido para transmissão de dados a partir do fundo do poço em direção à superfície. O meio de comunicação de fundo de poço pode também ser disposto para recebimento de dados, por exemplo, a partir da superfície. [0051] O módulo de coleta pode compreender meio de comunicação de fundo de poço. Em outros casos o meio de comunicação de fundo de poço pode ser provido separadamente. Um dispositivo de

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9/90 fundo de poço que é alimentado pelo módulo de coleta pode compreender o meio de comunicação de fundo de poço.

[0052] O meio de comunicação de fundo de poço pode compreender o meio de impedância variável.

[0053] Meio de comunicação superior pode ser provido em um local externo ao furo incluindo um detector para detecção de mudanças na corrente, isto é, a corrente de proteção catódica, fluindo na estrutura metálica e desta maneira permitindo extração de dados codificados pela modulação da carga no módulo de coleta. Por exemplo, o detector pode ser disposto para detectar o potencial da estrutura metálica em relação a uma referência ou detectar o potencial visto através de; ou corrente vista por, uma fonte de energia usada para aplicar uma corrente de proteção catódica impressa à estrutura metálica.

[0054] Em outras modalidades, ao invés da comunicação em direção à superfície através da modulação da carga, outras técnicas de comunicação podem ser usadas. Em geral, por exemplo, sinalização acústica e/ou EM (Eletromagnética) pode ser usada. Modulação da carga é um exemplo de sinalização EM, mas outro meio, mais direto, de sinalização EM pode ser usado.

[0055] O meio de comunicação de fundo de poço pode ser disposto para aplicar sinais carregando dados acústicos para a estrutura metálica e o meio de comunicação superior pode ser disposto para receber sinais carregando dados acústicos.

[0056] O meio de comunicação de fundo de poço pode ser disposto para aplicar sinais carregando dados EM (Eletromagnéticos) à estrutura metálica e o meio de comunicação superior pode ser disposto para receber sinais carregando dados EM.

[0057] O meio de comunicação superior pode ser disposto para aplicar sinais carregando dados acústicos e/ou EM (Eletromagnéticos) à estrutura metálica, e o meio de comunicação de fundo de poço pode ser

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10/90 disposto para receber sinais carregando dados acústicos e/ou EM. [0058] Em alguns casos o meio de comunicação superior e o meio de comunicação de fundo de poço podem ser dispostos para se comunicarem usando os sinais acústicos e EM. Isso cria redundância útil pelo fato que se um canal de comunicação falhar, o outro pode permanecer operacional.

[0059] O módulo de coleta pode ser disposto em um local selecionado no fundo do poço para coleta de energia e um cabo pode ser provido para fornecimento de energia elétrica mais no fundo do poço a um dispositivo de fundo de poço. A área de seção transversal do cabo usado para fornecer a energia elétrica mais no fundo do poço tipicamente será menor do que aquela de qualquer cabo usado na coleta de energia, e tipicamente a energia será fornecida mais no fundo do poço em uma tensão maior do que a tensão desenvolvida através dos contatos espaçados devido à corrente fluindo na estrutura metálica, devido, por exemplo, a correntes de proteção catódica.

[0060] Em algumas modalidades, a corrente fluindo nos membros alongados é fornecida a partir da superfície do poço.

[0061] Em algumas modalidades a corrente fluindo no membro alongado é fornecida a partir de um ou mais anodos sacrificiais.

[0062] Em algumas modalidades a corrente fluindo nos membros alongados é uma corrente impressa a partir de uma fonte de energia externa.

[0063] Em algumas modalidades a tensão da superfície do poço é, em uso, limitada a uma faixa menos 0,7 volt a menos 2 volts com relação a uma célula de referência de prata/cloreto de prata.

[0064] Preferivelmente a diferença de potencial entre os contatos espaçados é menos do que 1 volt, preferivelmente menos de 0,5 volt, mais preferivelmente menos do que 0,1 volt.

[0065] Opcionalmente a resistência da estrutura do poço entre os

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11/90 contatos é menos do que 0,1 ohm, preferivelmente menos de 0,01 ohm. [0066] O local opcional para coleta de energia será tipicamente próximo do local no qual as correntes, por exemplo, as correntes de proteção catódicas, são injetadas na estrutura metálica.

[0067] Onde os locais espaçados são espaçados axial mente, preferivelmente o local superior é adjacente ao local no qual as correntes, por exemplo, as correntes de proteção catódicas, são injetadas na estrutura metálica. Notar que onde há uma estrutura de plataforma, a corrente, por exemplo, as correntes de proteção catódicas, pode atingir a estrutura metálica de fundo do poço através de uma conexão galvânica à estrutura da plataforma. Em alguns casos as presentes técnicas podem incluir controle do local desta conexão.

[0068] O local ótimo para coleta de energia será frequentemente próximo da cabeça do poço onde há a taxa maior de mudança em potencial conforme há progresso para baixo no poço. Por outro lado, um dispositivo de fundo de poço a ser alimentado pode estar mais no fundo do poço. Desta maneira o módulo de coleta e o dispositivo de fundo de poço podem estar em locais diferentes, em particular, profundidas diferentes no poço.

[0069] Em outras situações, o módulo de coleta e o dispositivo de fundo de poço podem estar localizados juntos. O sistema pode compreender uma unidade de fundo de poço que compreende o módulo de coleta e o dispositivo de fundo de poço.

[0070] O contato espaçado superior pode estar:

onde o poço é um poço terrestre, dentro de 100 m, preferivelmente dentro de 50 m, da superfície terrestre; e onde o poço é um poço submarino, dentro de 100 m, preferivelmente dentro de 50 m, do solo oceânico.

[0071 ] O contato espaçado superior pode estar localizado adjacente a um local que corresponde a uma máxima em magnitude de potencial

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12/90 causado pela corrente elétrica fluindo na estrutura.

[0072] O sistema pode compreender ainda meio de comunicação de fundo de poço para transmissão e/ou recepção de dados.

[0073] O meio de comunicação de fundo de poço pode ser disposto para transmissão de dados através da variação da carga vista entre as conexões nos locais espaçados.

[0074] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema de operação de dispositivo de fundo de poço compreendendo um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço como acima definido e um dispositivo de fundo de poço, o módulo de coleta estando eletricamente conectado a e disposto para provisão de energia ao dispositivo de fundo de poço.

[0075] O dispositivo de fundo de poço pode compreender um sensor de fundo de poço, por exemplo, um sensor de pressão e/ou temperatura. O sensor pode ser instalado, por exemplo, no anel “A”, “B”, “C” ou “D”.

[0076] Um sensor disposto em um anel ou furo pode ser disposto para monitorar um parâmetro em um anel ou furo adjacente bem como ou ao invés de no anel ou furo em que ele está localizado. Uma porta pode ser provida através de um curso de estrutura metálica para permitir detecção em um anel ou furo adjacente.

[0077] Um sensor pode ser provido para detecção de um vazamento em um anel cimentado.

[0078] Um sensor pode compreender uma disposição de sensores. [0079] O dispositivo de fundo de poço pode compreender pelo menos um de: um sensor de fundo de poço;

um atuador de fundo de poço;

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13/90 um dispositivo de vedação anular, por exemplo, um empacotador ou um elemento empacotador;

uma válvula;

um módulo de comunicação de fundo de poço, por exemplo, um transceptor ou repetidor.

[0080] O módulo de comunicação pode compreender um repetidor de comunicações de fundo de poço. Isso pode ser um repetidor para comunicação acústica ou comunicação EM incluindo comunicação EM sem fio e comunicação EM por cabo ou para um sistema de comunicação híbrido. Por exemplo, o repetidor pode receber sinais acústicos a partir do fundo do poço e sinalizar em direção à superfície usando comunicação EM ou vice-versa. Similarmente ambas comunicações acústicas e EM podem ser usadas em uma ou ambas as direções. Sinalização EM pode ser obtida através da aplicação de sinais elétricos ao fundo do poço ou modulação da carga no módulo de coleta como acima descrito. Sinalização EM pode ser pelo menos parcialmente ao longo de cabos como mencionado acima.

[0081] Onde o dispositivo de fundo de poço é um repetidor ou um transceptor, o sistema pode ser pré-instalado em uma instalação de poço para tornar o poço “pronto para tecnologia sem fio”. Isto é, o sistema pode ser instalado para prover uma estrutura principal de comunicação sem fio embora a habilidade de comunicação possa não ser usada inicialmente. Aqui novamente sem fio refere-se a ser pelo menos uma perna sem fio no canal de comunicação, outras pernas podem ser via cabo.

[0082] Em outras situações o sistema pode ser retroajustado.

[0083] A válvula pode compreender pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície; uma válvula de controle de fluxo de furo; uma válvula de furo para anel;

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14/90 uma válvula de anel para anel;

uma válvula de furo para câmara de compensação de pressão; uma válvula de anel para câmara de compensação de pressão; uma válvula através do empacotador ou de desvio de empacotador. [0084] Notar que cada dispositivo pode ser um dispositivo controlado remotamente que pode ser um dispositivo controlado sem fio, por exemplo, no sentido que onde controlado a partir da superfície há pelo menos uma perna sem fio no canal de comunicações. Outras pernas podem ser através de cabo, por exemplo, entre um local de sensor e o local de coleta.

[0085] Sinalização EM pode ser usando sinais dc ou ac e esquemas de modulação apropriados. O módulo de coleta pode compreender um conversor dc em dc para coleta de energia a partir das correntes de proteção catódicas ou outra corrente presente. O módulo de coleta pode compreender um dispositivo de armazenamento de energia para armazenamento de energia coletada. O dispositivo de armazenamento de energia pode compreender um dispositivo de armazenamento de carga que pode compreender pelo menos um capacitor e/ou pelo menos uma bateria recarregável. Onde há meio de armazenamento de energia, o módulo de coleta pode ser disposto para fornecer seletivamente energia a partir do dispositivo de armazenamento ou diretamente a partir da energia coletada. Esta seleção pode ser feita com base em condições predeterminadas. Alternativamente pode não haver nenhum dispositivo de armazenamento de energia e o módulo de coleta pode ser disposto para fornecer energia continuamente quando requerido.

[0086] Uma bateria primária pode ser também provida no módulo de coleta para uso seletivo.

[0087] O conversor de dc em dc pode compreender um Transistor de Efeito de Campo disposto para formar um oscilador de escalonamento ressonante. O conversor dc em dc pode incluir um transformador

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15/90 de escalonamento e pode incluir um capacitor de acoplamento.

[0088] O módulo de coleta pode ser disposto para controlar a relação de voltas do transformador de escalonamento para modificar a carga gerada pelo conversor dc-dc. Um enrolamento secundário do transformador de escalonamento pode compreender uma pluralidade de tomadas de derivação e/ou o transformador de escalonamento pode compreender uma pluralidade de enrolamentos secundários e o módulo de coleta pode ser disposto para selecionar enrolamentos e/ou tomadas de derivação para prover uma razão de voltas desejada. Um comutador controlado por microprocessador pode ser usado para selecionar tomadas de derivação e/ou enrolamentos.

[0089] De acordo com um outro aspecto é provida uma unidade de fundo de poço compreendendo um módulo de coleta como acima definido e pelo menos um dispositivo disposto para ser alimentado pelo módulo de coleta.

[0090] Um ou mais do módulo de sensor, do módulo de comunicação e do módulo de coleta podem ser providos no anel - por exemplo, no anel “B” ou no anel “C” ou um outro anel. O módulo de sensor e o módulo de coleta podem ser providos como parte de uma unidade de fundo de poço comum, no entanto mais tipicamente eles serão separados de modo que o sensor pode estar localizado mais fundo do que o módulo de coleta.

[0091 ] O dispositivo de fundo de poço pode ser provido em um local diferente do local do módulo de coleta no poço.

[0092] O módulo de coleta pode ser disposto em um local selecionado no fundo do poço para coleta de energia e um cabo pode ser provido para fornecimento de energia elétrica mais fundo no poço para o dispositivo de fundo de poço em um local diferente no poço.

[0093] A área de seção transversal do núcleo condutor, ou núcleos, do cabo usado para fornecer a energia elétrica mais fundo no poço pode

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16/90 ser menor do que aquela de cabo usado para conectar o módulo de coleta à estrutura de fundo de poço para coleta da energia.

[0094] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema de monitoramento de poço de fundo de poço para monitoramento de pelo menos um parâmetro em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, o sistema compreendendo:

um sistema de coleta de energia elétrica como acima definido;

um módulo de sensor para captação de pelo menos um parâmetro; e um módulo de comunicação para envio de leituras de codificação de dados a partir do módulo de sensor para a superfície, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica para pelo menos um do módulo de sensor e do módulo de comunicação.

[0095] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema de monitoramento de poço de fundo de poço para monitoramento de pelo menos um parâmetro em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo energia elétrica, o sistema compreendendo:

um módulo de sensor para captação de pelo menos um parâmetro; um módulo de comunicação para envio de leituras de codificação de dados a partir do módulo de sensor em direção à superfície; e um sistema de coleta de energia elétrica compreendendo um módulo de coleta eletricamente conectado à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido a uma corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia

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17/90 elétrica a partir da corrente elétrica, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica a pelo menos um do módulo de sensor e do módulo de comunicação.

[0096] O sistema pode compreender pelo menos um primeiro comprimento de cabo para conexão do módulo de coleta a um dos locais espaçados.

[0097] O sistema pode compreender pelo menos um segundo comprimento de cabo para fornecimento de energia a partir do módulo de coleta para o módulo de sensor.

[0098] A área de seção transversal da porção de condução do primeiro comprimento de cabo pode ser maior do que a área de seção transversal da porção de condução do segundo comprimento de cabo.

[0099] O módulo de comunicação pode ser disposto para modulação da corrente elétrica que flui na estrutura metálica em um local de sinalização de modo a codificar dados para permitir extração dos dados em um local de recepção remoto do local de sinalização através da detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção.

[0100] O sistema de monitoramento de poço pode compreender um detector para detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção para extrair os dados codificados.

[0101] O módulo de comunicação pode ser disposto para controle da carga gerada pelo módulo de coleta para causar a dita modulação da corrente elétrica na estrutura metálica no local de sinalização.

[0102] O módulo de sensor pode compreender um sensor de pressão.

[0103] O sensor de pressão pode ser disposto para monitoramento da pressão de reservatório do poço.

[0104] O sensor de pressão pode ser disposto para monitoramento da pressão em um anel do poço.

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18/90 [0105] O sensor de pressão pode ser disposto para monitoramento da pressão em um anel fechado do poço.

[0106] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema repetidor de comunicação de fundo de poço para uso em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, o sistema compreendendo:

um sistema de coleta de energia elétrica como acima definido; e um repetidor de comunicações disposto no fundo do poço no poço e disposto para comunicação com um primeiro dispositivo além da cabeço do poço usando um canal de comunicação que é sem fino pelo menos através da cabeça do poço e disposto para comunicação com segundo dispositivo localizado no poço e então abaixo da cabeça do poço de modo que o repetidor de comunicações pode agir como um repetidor entre os primeiro e segundo dispositivos, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica ao repetidor de comunicações.

[0107] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema repetidor de comunicação de fundo de poço para uso em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, o sistema compreendendo:

um repetidor de comunicações disposto no fundo do poço no poço e disposto para comunicação com um primeiro dispositivo além da cabeça do poço usando um canal de comunicação que é sem fio pelo menos através da cabeça do poço e disposto para comunicação com segundo dispositivo localizado no poço e então abaixo da cabeça do poço de modo que o repetidor de comunicações pode agir como um repetidor entre os primeiro e segundo dispositivos; e um sistema de coleta de energia elétrica compreendendo um módulo de coleta eletricamente conectado à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e

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19/90 segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica ao repetidor de comunicações.

[0108] Será compreendido que aqui referência a um primeiro dispositivo além da cabeça do poço refere-se a um no outro lado da cabeça do poço que não o segundo dispositivo que está no poço de tal modo que comunicação através da cabeça do poço é desejada. Por fim, o primeiro dispositivo deve estar localizado quase que em qualquer lugar, seja próximo da cabeça do poço ou em um local remoto, contanto que comunicações apropriadas sejam providas.

[0109] O repetidor de comunicações pode ser disposto para modulação da corrente elétrica fluindo na estrutura metálica em um local de sinalização de modo a codificar dados para permitir extração dos dados em um local de recepção remoto do local de sinalização através da detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção.

[0110] O repetidor de comunicações e/ou o módulo de coleta podem ser providos em um anel - por exemplo, o anel “B” e o anel “C” ou outro anel.

[0111] O repetidor de comunicações e o módulo de coleta podem ser providos como parte de uma unidade de fundo de poço comum.

[0112] O sistema pode compreender pelo menos um primeiro comprimento de cabo para conexão do módulo de coleta a um dos locais espaçados.

[0113] O sistema pode compreender pelo menos um segundo comprimento de cabo para fornecimento de energia a partir do módulo de coleta para o repetidor de comunicações.

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20/90 [0114] A área de seção transversal da porção de condução do primeiro comprimento de cabo pode ser maior do que a área de seção transversal da porção de condução do segundo comprimento de cabo. [0115] O sistema repetidor de comunicação de fundo de poço pode compreender um detector para detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção para extrair os dados codificados.

[0116] O repetidor de comunicações pode ser disposto para controle da carga gerada pelo módulo de coleta para causar dita modulação da corrente elétrica na estrutura metálica no local de sinalização. [0117] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um sistema de operação de dispositivo de fundo de poço para operação de um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo energia elétrica, o sistema compreendendo:

um dispositivo de fundo de poço;

um sistema de coleta de energia elétrica compreendendo um módulo de coleta eletricamente conectado à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica ao dispositivo de fundo de poço.

[0118] O dispositivo de fundo de poço pode compreender pelo menos um de:

um sensor de fundo de poço;

um atuador de fundo de poço;

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21/90 um dispositivo de vedação anular, por exemplo, um empacotador ou um elemento empacotador;

uma válvula;

[0119] A válvula pode compreender pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície;

uma válvula de controle de fluxo de furo;

uma válvula de furo para anel;

uma válvula de anel para anel;

uma válvula de furo para câmara de compensação de pressão; uma válvula de anel para câmara de compensação de pressão;

uma válvula através do empacotador ou de desvio do empacotador. [0120] A energia pode ser fornecida para controlar a válvula, com energia para mover a válvula vindo de uma outra fonte (por exemplo, carregamento de mola, pressão diferencial), ou fornecida para mover a válvula ou para controle e movimento da válvula. A válvula pode compreender um mecanismo de disparo, por exemplo, uma válvula piloto, que é operada usando energia do sistema de distribuição de energia.

[0121] O sistema de operação de dispositivo pode ser disposto para fornecer níveis de energia variáveis. Desta maneira um primeiro nível de energia pode ser provido que não em momentos quando um segundo nível de energia maior é requerido. As correntes aplicadas, por exemplo, as correntes de proteção catódicas, podem ser aumentadas quando o nível de energia maior é requerido comutando em mais anodos ou aplicando uma corrente impressa maior.

[0122] Isto seria em um nível que é indesejável a longo prazo devido aos efeitos potencialmente danosos de uma diferença de potencial muito alta causada pelas correntes de proteção catódicas - fragilização por hidrogênio - mas aceitável a curto prazo. Desta maneira o sistema,

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22/90 aparelho, método podem ser dispostos para aumentar temporariamente a corrente aplicada, por exemplo, a corrente de proteção catódica. O nível de energia maior pode ser usado, por exemplo, para mover uma válvula de um estado para outro, com o nível menor usado em outras vezes, por exemplo, monitoramento e/ou sinais de controle.

[0123] O dispositivo de fundo de poço pode ser provido em um local diferente do local do módulo de coleta no poço.

[0124] O módulo de coleta pode ser disposto em um local selecionado no fundo do poço para coleta de energia e um cabo pode ser provido para fornecimento de energia elétrica mais no fundo do poço para o dispositivo de fundo de poço em um local diferente no poço.

[0125] A área de seção transversal do núcleo condutor, ou núcleos, do cabo usado para fornecer a energia elétrica mais no fundo do poço pode ser menor do que aquela de cabo usado para conectar o módulo de coleta à estrutura de fundo de poço para coleta da energia.

[0126] Uma fonte de energia adicional pode estar disponível para o dispositivo de fundo de poço além da energia elétrica fornecida pelo módulo de coleta de energia elétrica.

[0127] Em cada um dos aparelhos acima, o módulo de coleta pode compreender meios de impedância variável para variação da carga vista entre as duas conexões. O meio de impedância variável pode ser controlado por microprocessador.

[0128] O meio de impedância variável pode ser usado para variar a carga de modo a otimizar a coleta de energia.

[0129] O meio de impedância variável pode ser usado para modular a carga de modo a comunicar dados a partir do módulo de coleta em direção à superfície.

[0130] Modulação de impedância pode ser também usada em comunicação a partir de um local superior em direção ao módulo de coleta

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23/90 de modo a modular a corrente aplicada (por exemplo, proteção catódica). Uma possibilidade é comutar um anodo em operação e fora de operação que modulará o potencial visto no fundo do poço. Então dados podem ser codificados comutando o anodo em operação e fora de operação. Por exemplo, a conexão entre o anodo e a estrutura pode ser seletivamente feita e interrompida com meios de comutação. Desta maneira a unidade de comunicação superior pode compreender um meio de comutação para comutar um anodo em operação e fora de operação. Em um sistema de corrente impressa os sinais aplicados podem ser modulados para codificar dados.

[0131] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um método de alimentação de um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, o método compreendendo as etapas de: conectar eletricamente uma unidade de coleta à estrutura metálica a um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica que flui na estrutura e a unidade de coleta estando disposta para coletar energia elétrica a partir de corrente elétrica quando conectada entre locais tendo uma diferença de potencial entre eles;

coleta de energia elétrica a partir da corrente elétrica na unidade de coleta; e fornecimento de energia elétrica a partir da unidade de coleta para o dispositivo de fundo de poço.

[0132] O método pode compreender as etapas de: determinação de um local onde há uma máxima em magnitude de potencial causado pela corrente elétrica fluindo na estrutura, e escolha do primeiro local, enquanto a unidade de coleta é conectada à estrutura metálica, dependendo do local da dita máxima.

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24/90 [0133] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço para uso em uma instalação de poço tendo estrutura metálica compreendendo pelo menos um curso de membros alongados metálicos conduzindo corrente elétrica, o sistema de coleta compreendendo: um módulo de coleta de energia compreendendo um circuito elétrico conectado entre contatos espaçados para coletar energia a partir de uma diferença de potencial entre os contatos espaçados, onde um primeiro dos contatos espaçados é feito com o pelo menos um curso de membros alongados metálicos em um primeiro local e um segundo dos contatos espaçados é feito com o pelo menos um curso de membros alongados metálicos em um segundo local e a diferença de potencial é causada pela corrente que flui no pelo menos um curso de membros alongados, e pelo menos em parte, a impedância do pelo menos um curso de membros alongados.

[0134] A corrente elétrica que flui no pelo menos um curso de membros alongados metálicos onde o primeiro contato é feito pode fluir na mesma direção longitudinal que a corrente elétrica que flui no pelo menos um curso de membros alongados metálicos onde o segundo contato é feito.

[0135] Preferivelmente se o primeiro contato espaçado e o segundo contato espaçado forem ambos feitos com o mesmo curso de membros alongados metálicos, este curso de membros alongados metálicos é continuamente condutor entre os primeiro e segundo locais.

[0136] Preferivelmente a estrutura metálica provê um caminho de fluxo de corrente sem interrupção entre o primeiro local e o segundo local.

[0137] Preferivelmente o fluxo de corrente dentro de porções da estrutura metálica em regiões entre o primeiro local e o segundo local está na mesma direção longitudinal.

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25/90 [0138] Preferivelmente o módulo de coleta está disposto para coletar energia elétrica a partir de correntes dc.

[0139] A conexão elétrica com a estrutura metálica no primeiro local pode ser uma conexão galvânica.

[0140] A conexão elétrica com a estrutura metálica no segundo local pode ser uma conexão galvânica.

[0141] A conexão elétrica com a estrutura metálica no primeiro local pode ser feita com um de: tubo de revestimento de poço, revestimento, tubulação, flexitubo, haste de bombeio.

[0142] A conexão elétrica com a estrutura metálica no segundo local pode ser feita com um de: tubo de revestimento de poço, revestimento, tubulação, flexitubo, haste de bombeio.

[0143] Os locais espaçados podem ser axialmente espaçados.

[0144] Os locais espaçados podem ser radialmente espaçados.

[0145] Pelo menos uma conexão entre o pelo menos um dos contatos elétricos e o circuito elétrico pode ser provida por um cabo isolado. [0146] Preferivelmente o cabo isolado tem uma área condutora de pelo menos 10 mm^A2, preferivelmente pelo menos 20 mm^A2, mais preferivelmente pelo menos 80 mm^A2.

[0147] O cabo pode ser um condutor encapsulado por tubulação. [0148] O espaçamento entre os locais pode ser pelo menos 100 m.

[0149] As conexões podem ser feitas com um curso comum de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.

[0150] Em algumas modalidades uma primeira das conexões é feita com um primeiro curso de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica e uma segunda das conexões é feita com um segundo curso, distinto, de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.

[0151] Meios de isolamento podem ser providos para isolar eletricamente o primeiro curso de membros alongados metálicos do segundo

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26/90 curso de membros alongados metálicos na região das conexões. [0152] O meio de isolamento pode compreender uma camada ou revestimento de isolamento provido em pelo menos um dos cursos de membros alongados metálicos.

[0153] O meio de isolamento pode compreender pelo menos um centralizador de isolamento para manter os cursos de membros alongados metálicos separados uns dos outros.

[0154] O meio de isolamento pode ser provido para evitar contato elétrico entre os dois cursos de membros alongados metálicos por uma distância de pelo menos 100 m.

[0155] A corrente fluindo nos membros alongados pode ser fornecida a partir da superfície do poço.

[0156] A corrente fluindo no membro alongado pode ser fornecida a partir de um ou mais anodos sacrificiais.

[0157] A corrente fluindo nos membros alongados pode ser uma corrente impressa a partir de uma fonte de energia externa.

[0158] A tensão da superfície do poço pode ser, em uso, limitada à faixa menos 0,7 volt a menos 2 volts com relação a uma célula de referência de prata/cloreto de prata.

[0159] A diferença de potencial entre os contatos espaçados pode ser menos de 1 volt, preferivelmente menos de 0,5 volt, mais preferivelmente menos de 0,1 volt.

[0160] A resistência da estrutura do poço entre os contatos pode ser menos de 0,1 ohm, preferivelmente menos de 0,01 ohm.

[0161] O contato espaçado superior pode estar:

[0162] O contato espaçado superior pode estar localizado adjacente

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27/90 a um local que corresponde a uma máxima em magnitude de potencial causado pela corrente elétrica que flui na estrutura.

[0163] O sistema pode compreender meio de comunicação de fundo de poço para transmissão e/ou recepção de dados.

[0164] O meio de comunicação de fundo de poço pode ser disposto para transmissão de dados através da variação da carga vista entre as conexões nos locais espaçados.

[0165] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema de operação de dispositivo de fundo de poço compreendendo um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço como acima definido e um dispositivo de fundo de poço, o módulo de coleta estando eletricamente conectado ao e disposto para provisão de energia para o dispositivo de fundo de poço.

[0166] O dispositivo de fundo de poço pode compreender pelo menos um de:

um sensor de fundo de poço;

um atuador de fundo de poço;

um dispositivo de vedação anular, por exemplo, um empacotador ou um elemento empacotador;

uma válvula;

[0167] A válvula pode compreender pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície;

uma válvula de controle de fluxo de furo;

uma válvula de furo para anel;

uma válvula de anel para anel;

uma válvula através do empacotador ou de desvio do empacotador.

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28/90 [0168] O dispositivo de fundo de poço pode ser provido em um local diferente no poço do local do módulo de coleta.

[0169] O módulo de coleta pode ser disposto em um local selecionado no fundo do poço para coleta de energia e um cabo pode ser provido para fornecimento de energia elétrica mais no fundo do poço para o dispositivo de fundo de poço em um local diferente no poço.

[0170] A área de seção transversal do núcleo condutor, ou núcleos, do cabo usado para fornecer a energia elétrica mais para o fundo do poço pode ser menor do que aquela de cabo usado para conectar o módulo de coleta à estrutura de fundo de poço para coleta de energia.

[0171] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um método de alimentação de um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, o método compreendendo as etapas de: conectar eletricamente uma unidade de coleta à estrutura metálica em um primeiro local e à estrutura metálica em um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica que flui na estrutura e a unidade de coleta sendo disposta para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica quando conectada entre locais tendo uma diferença de potencial entre eles; coleta de energia elétrica a partir da corrente elétrica na unidade de coleta; e fornecimento de energia elétrica a partir da unidade de coleta para o dispositivo de fundo de poço.

[0172] O método pode compreender as etapas adicionais de: determinação de um local onde há uma máxima em magnitude de potencial causado pela corrente elétrica fluindo na estrutura, e escolhendo o primeiro local, onde a unidade de coleta é conectada à estrutura metálica, dependendo do local da dita máxima.

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29/90 [0173] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço para coleta de energia elétrica em uma instalação de poço tendo estrutura metálica provida com proteção catódica, o sistema compreendendo: um módulo de coleta conectado eletricamente à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido às correntes de proteção catódicas fluindo na estrutura;

e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir das correntes de proteção catódicas.

[0174] O módulo de coleta pode ser disposto para coletar energia elétrica a partir de correntes dc.

[0175] O fluxo de corrente dentro das porções da estrutura metálica em regiões entre o primeiro local e o segundo local pode estar na mesma direção longitudinal.

[0176] Pode haver um caminho de fluxo de corrente sem interrupção entre o primeiro local e o segundo local que é pelo menos parcialmente através da estrutura metálica.

[0177] O módulo de coleta pode ser eletricamente conectado à estrutura metálica no segundo local.

[0178] Os locais espaçados podem ser axialmente espaçados.

[0179] Os locais espaçados podem ser radialmente espaçados.

[0180] Pelo menos uma conexão entre o pelo menos um dos contatos elétricos e o módulo de coleta pode ser provida por um cabo isolado.

[0181] O cabo isolado pode ser uma área condutora de pelo menos 10 mm^A2, preferivelmente pelo menos 20 mm^A2, mais preferivelmente pelo menos 80 mm^A2.

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30/90 [0182] O cabo pode ser um condutor encapsulado por tubulação. [0183] O espaçamento entre os locais pode ser de pelo menos 100 m.

[0184] As conexões podem ser feitas com um curso comum de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.

[0185] Uma primeira das conexões pode ser feita com um primeiro curso de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica e uma segunda das conexões pode ser feita com um segundo curso, distinto, de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.

[0186] Meios de isolamento podem ser providos para isolar eletricamente o primeiro curso de membros alongados metálicos do segundo curso de membros alongados metálicos na região das conexões.

[0187] O meio de isolamento pode compreender uma camada ou revestimento de isolamento provido em pelo menos um dos cursos de membros alongados metálicos.

[0188] O meio de isolamento pode compreender pelo menos um centralizador de isolamento para manter os cursos de membros alongados metálicos separados uns dos outros.

[0189] O meio de isolamento pode ser provido para evitar contato elétrico entre os dois cursos de membros alongados metálicos por uma distância de pelo menos 100 m.

[0190] A corrente fluindo nos membros alongados pode ser fornecida a partir da superfície do poço.

[0191] A corrente fluindo no membro alongado é fornecida a partir de um ou mais anodos sacrificiais.

[0192] A corrente fluindo nos membros alongados pode ser uma corrente impressa a partir de uma fonte de energia externa.

[0193] A tensão da superfície do poço pode ser, em uso, limitada à

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31/90 faixa menos 0,7 volt a menos 2 volts com relação a uma célula de referência de prata/cloreto de prata.

[0194] A diferença de potencial entre os contatos espaçados pode ser menos do que 1 volt, preferivelmente menos de 0,5 volt, mais preferivelmente menos do que 0,1 volt.

[0195] A resistência da estrutura de poço entre os contatos pode ser menos do que 0,1 ohm, preferivelmente menos de 0,01 ohm.

[0196] O contato espaçado superior pode estar:

[0197] O contato espaçado superior pode estar localizado adjacente a um local que corresponde a uma máxima em magnitude de potencial causado pela corrente elétrica que flui na estrutura.

[0198] O sistema pode compreender ainda meio de comunicação de fundo de poço para transmissão e/ou recepção de dados.

[0199] O meio de comunicação de fundo de poço pode ser disposto para transmissão de dados através da variação da carga vista entre as conexões nos locais espaçados.

[0200] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema de operação de dispositivo de fundo de poço compreendendo um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço como acima definido e um dispositivo de fundo de poço, o módulo de coleta estando eletricamente conectado ao e disposto para provisão de energia para o dispositivo de fundo de poço.

[0201] O dispositivo de fundo de poço pode compreender pelo menos um de:

um sensor de fundo de poço;

um atuador de fundo de poço;

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32/90 um dispositivo de vedação anular, por exemplo, um empacotador ou um elemento empacotador;

uma válvula;

[0202] A válvula pode compreender pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície;

uma válvula de controle de fluxo de furo;

uma válvula de furo para anel;

uma válvula de anel para anel;

uma válvula através do empacotador ou de desvio do empacotador. [0203] O dispositivo de fundo de poço pode ser provido em um local diferente no poço do local do módulo de coleta.

[0204] O módulo de coleta pode ser disposto em um local selecionado no fundo do poço para coleta de energia e um cabo pode ser provido para fornecimento de energia elétrica mais no fundo do poço para o dispositivo de fundo de poço em um local diferente no poço.

[0205] A área de seção transversal do núcleo condutor, ou núcleos, do cabo usado para fornecer a energia elétrica mais fundo no poço pode ser menor do que aquela de cabo usado para conectar o módulo de coleta à estrutura de fundo de poço para coleta da energia.

[0206] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um aparelho de comunicação de dados de fundo de poço para uso em uma instalação de poço tendo estrutura metálica provida com um sistema de proteção catódica de modo que há um circuito elétrico compreendendo a estrutura metálica e um retorno para a terra ao redor do qual uma corrente elétrica flui como um resultado do sistema de proteção catódica, o aparelho de comunicação de dados de fundo de poço

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33/90 compreendendo:

um primeiro módulo de comunicação para localização em um primeiro local e compreendendo meios de modulação para modulação da corrente elétrica em um primeiro local de modo a codificar dados; e um segundo módulo de comunicação para localização em um segundo local, espaçado do primeiro local, e compreendendo um detector para detecção do efeito da modulação da corrente elétrica no primeiro local de modo a extrair os ditos dados.

[0207] O meio de modulação pode ser disposto para pelo menos um de:

i) onde o sistema de proteção catódica é um sistema de proteção catódica impressa, controlar uma fonte de sinal do sistema de proteção catódica impressa para modular diretamente a corrente de proteção catódica aplicada à estrutura metálica;

ii) modificar a conexão entre pelo menos um anodo do sistema de proteção catódica e a estrutura metálica; e iii) alterar a impedância do circuito elétrico.

[0208] O primeiro módulo de comunicação pode ser disposto para localização no fundo do poço.

[0209] O segundo módulo de comunicação pode ser disposto para localização no fundo do poço.

[0210] O aparelho pode compreender um módulo de sensor para captação de pelo menos um parâmetro, onde o primeiro módulo de comunicação é disposto para enviar leituras de codificação de dados do módulo de sensor em direção ao segundo módulo de comunicação.

[0211] O módulo de sensor pode compreender um sensor de pressão.

[0212] O segundo módulo de comunicação pode ser disposto para provisão de dados a um dispositivo de fundo de poço na dependência de dados recebidos pelo segundo módulo de comunicação a partir do

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34/90 primeiro módulo de comunicação.

[0213] O dispositivo de fundo de poço pode compreender pelo menos um de:

um sensor de fundo de poço;

um atuador de fundo de poço;

uma válvula;

[0214] A válvula pode compreender pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície;

uma válvula de controle de fluxo de furo;

uma válvula de furo para anel;

uma válvula de anel para anel;

uma válvula através do empacotador ou de desvio do empacotador. [0215] Pelo menos um dos primeiro e segundo módulos de comunicação pode compreender um repetidor de comunicações para localização em fundo de poço em um poço e disposto para comunicação com um primeiro dispositivo além da cabeça do poço usando um canal de comunicação que é sem fio pelo menos através da cabeça do poço e disposto para comunicação com segundo dispositivo localizado no poço e então abaixo da cabeça do poço de modo que o repetidor de comunicações pode agir como um repetidor entre os primeiro e segundo dispositivos.

[0216] O aparelho pode compreender um módulo de coleta de energia elétrica de fundo de poço disposto para conexão elétrica entre dois

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35/90 locais espaçados em uma instalação de poço e compreendendo um circuito elétrico disposto para coleta de energia elétrica, em uso, a partir de uma diferença de potencial entre as localizações espaçadas, usada para coleta, que age como uma tensão de entrada, o módulo de coleta sendo disposto para fornecimento de energia a pelo menos um componente do aparelho de comunicação.

[0217] O primeiro módulo de comunicação pode ser disposto para controle da carga gerada pelo módulo de coleta para causar a dita modulação da corrente elétrica na estrutura metálica no local de sinalização.

[0218] O módulo de coleta pode ser disposto para coletar energia elétrica a partir de correntes dc.

[0219] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um sistema de comunicação de dados de fundo de poço compreendendo aparelho de comunicação de dados de fundo de poço como definido acima localizado em uma instalação de poço tendo estrutura metálica provida com proteção catódica.

[0220] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um sistema de comunicação de dados de fundo de poço para uso em uma instalação de poço tendo estrutura metálica provida com um sistema de proteção catódica de modo que há um circuito elétrico compreendendo a estrutura metálica e um retorno para a terra em torno do qual uma corrente elétrica flui como um resultado do sistema de proteção catódica, o sistema compreendendo um aparelho de comunicação de dados de fundo de poço compreendendo:

um primeiro módulo de comunicação localizado em um primeiro local e compreendendo meios de modulação para modulação da corrente elétrica no primeiro local de modo a codificar dados; e um segundo módulo de comunicação localizado em um segundo local,

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36/90 espaçado do primeiro local, e compreendendo um detector para detecção do efeito da modulação da corrente elétrica no primeiro local de modo a extrair os ditos dados.

[0221 ] O aparelho pode compreender um módulo de coleta de energia elétrica de fundo de poço eletricamente conectado entre dois locais espaçados na instalação de poço e compreendendo um circuito elétrico disposto para coleta de energia elétrica, em uso, a partir de uma diferença de potencial entre as localizações espaçadas, usada para coleta, que age como uma tensão de entrada, o módulo de coleta sendo disposto para fornecimento de energia a pelo menos um componente do aparelho de comunicação.

[0222] O fluxo de corrente dentro de porções da estrutura metálica em regiões entre os locais espaçados, usados para coleta, pode estar na mesma direção longitudinal.

[0223] Pode haver um caminho de fluxo de corrente sem interrupção entre os locais espaçados, usados para coleta, que é pelo menos parcialmente através da estrutura metálica.

[0224] Pelo menos um do primeiro módulo de comunicação e do segundo módulo de comunicação pode estar localizado em um anel fechado do poço.

[0225] O sistema ou aparelho pode compreender um sensor de pressão disposto para monitoramento da pressão de reservatório do poço.

[0226] O sistema ou aparelho pode compreender um sensor de pressão disposto para monitoramento da pressão em um anel do poço. [0227] O sistema ou aparelho pode compreender um sensor de pressão disposto para monitoramento da pressão em um anel fechado do poço.

[0228] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é

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37/90 provido um módulo de coleta de energia elétrica de fundo de poço disposto para conexão elétrica entre dois locais espaçados em uma instalação de poço e compreendendo um circuito elétrico disposto para coleta de energia elétrica, em uso, a partir de uma diferença de potencial entre os locais espaçados que age como uma tensão de entrada.

[0229] O módulo de coleta pode ser disposto para coletar energia elétrica a partir de correntes dc.

[0230] O módulo de coleta pode compreender meios de controle para modificação da impedância de entrada do circuito elétrico para corresponder à impedância do circuito elétrico para otimizar a eficiência de conversão de energia.

[0231] O circuito elétrico pode compreender um conversor dc-dc. [0232] O conversor dc-dc pode ser disposto para operar com tensões de entrada acima de um limiar mínimo, onde o limiar mínimo não é maior do que 0,5 volt, preferivelmente o limiar mínimo não é mais do que 0,25 volts e mais preferivelmente o limiar mínimo não é mais do que 0,05 volt.

[0233] O conversor dc-dc pode compreender meios de autopartida para permitir início de coleta de energia quando a tensão de entrada disponível estiver abaixo de uma tensão de lacuna de banda de componentes no conversor dc-dc.

[0234] O conversor dc-dc pode compreender meios de autopartida para permitir início de coleta de energia quando a tensão de entrada disponível estiver abaixo de 0,5 volt.

[0235] O conversor dc em dc pode compreender um transformador de escalonamento.

[0236] O meio de autopartida pode compreender um Transistor de Efeito de Campo disposto junto com o transformador de escalonamento para formar um oscilador de escalonamento ressonante.

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38/90 [0237] O conversor dc-dc pode compreender uma ponte H de transistores disposta sob o controle de meios de controle para provisão de uma entrada para o transformador de escalonamento e o dispositivo de autopartida pode compreender uma fonte auxiliar de energia para o meio de controle para permitir partida.

[0238] O módulo de coleta pode compreender meio de controle disposto para controlar a relação de voltas do transformador de escalonamento para modificar a carga gerada pelo conversor dc-dc.

[0239] Um enrolamento secundário do transformador de escalonamento pode compreender uma pluralidade de tomadas de derivação e/ou o transformador de escalonamento pode compreender uma pluralidade de enrolamentos secundários e o meio de controle pode ser disposto para selecionar enrolamentos e/ou tomadas de derivação para uma relação de voltas desejada. O módulo de coleta pode compreender pelo menos um par de terminais a partir dos quais conexão para os dois locais espaçados pode ser feita.

[0240] O módulo de coleta pode ter mais de dois terminais, onde cada um dos terminais é para permitir conexão com um respectivo local e o módulo de coleta pode compreender ainda meios de comutação para seletivamente eletricamente conectar dois dos terminais no circuito elétrico deste modo permitindo seleção de quais dos respectivos locais o circuito elétrico está conectado.

[0241] Isso permite uma configuração onde múltiplos contatos com a estrutura metálica podem ser feitos durante instalação e após instalação é feita uma seleção de quais contatos devem ser usados. Desta maneira, por exemplo, a configuração pode incluir uma conexão inferior e duas conexões superiores em locais diferentes. Uma vez instalado pode ser determinado que energia maior pode ser coletada se uma primeira das conexões superiores for usada, então esta primeira conexão pode ser usada. Em um outro caso a segunda conexão superior pode

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39/90 ser melhor.

[0242] O comutador seria também usado dinamicamente em uso para comutar entre as conexões.

[0243] Em um outro caso havería duas conexões inferiores bem como ou invés das duas conexões superiores, ou pode haver outros números de conexões superior e/ou inferior.

[0244] O módulo de coleta pode compreender um dispositivo de armazenamento de energia para armazenamento de energia coletada. O dispositivo de armazenamento de energia pode compreender um dispositivo de armazenamento de carga que pode compreender pelo menos um capacitor e/ou batería recarregável. O módulo de coleta pode compreender meio de impedância variável para variação da carga vista entre as duas conexões.

[0245] O meio de impedância variável pode ser controlado por microprocessador.

[0246] O módulo de coleta pode ser disposto para usar o meio de impedância variável para variar as cargas de modo a otimizar coleta de energia.

[0247] O módulo de coleta pode ser disposto para usar o meio de impedância variável para modular a carga de modo a comunicar dados distantes do módulo de coleta.

[0248] O módulo de coleta pode compreender uma batería primária de modo que em uso energia pode ser seletivamente retirada da energia coletada pelo circuito e da batería primária.

[0249] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um aparelho de fundo de poço compreendendo um módulo de coleta como acima definido e um dispositivo de fundo de poço para aceitar energia a partir do módulo de coleta.

[0250] O aparelho de fundo de poço pode compreender meio de armazenamento de carga e meios de controle de energia para controlar

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40/90 energia para o dispositivo de fundo de poço quando energia suficiente está disponível para alimentar o dispositivo.

[0251] O aparelho de fundo de poço pode compreender meio de modulação de impedância para variação da impedância de entrada do módulo de coleta para modular a carga de modo a transmitir dados a partir de pelo menos uma da unidade de coleta de energia elétrica e do dispositivo de fundo de poço.

[0252] O aparelho de fundo de poço pode compreender meios de modulação para aplicação de uma tensão modulada através das conexões espaçadas de modo a transmitir dados.

[0253] O aparelho de fundo de poço pode compreender uma batería primária de modo que em uso energia pode ser seletivamente retirada da energia coletada e da batería primária.

[0254] O dispositivo de fundo de poço do aparelho de fundo de poço pode compreender pelo menos um de:

um sensor de fundo de poço;

um atuador de fundo de poço;

uma válvula;

[0255] A válvula pode compreender pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície;

uma válvula de controle de fluxo de furo;

uma válvula de furo para anel;

uma válvula de anel para anel;

uma válvula através do empacotador ou de desvio do empacotador.

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41/90 [0256] De acordo com um outro aspecto da presente invenção é provido um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço para coleta de energia elétrica em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, o sistema compreendendo: um módulo de coleta como acima definido eletricamente conectado à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica fluindo na estrutura; e o módulo de coleta estando disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica.

[0257] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um sistema de distribuição de energia em fundo de poço para alimentação de um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, o sistema compreendendo:

um módulo de coleta como definido acima eletricamente conectado à estrutura metálica a um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica fluindo na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica e fornecer energia elétrica para o dispositivo de fundo de poço.

[0258] De acordo com ainda um outro aspecto da invenção é provido um sistema de distribuição de energia de fundo de poço para alimentação de um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica provida com proteção catódica, o sistema compreendendo:

um módulo de coleta como acima definido eletricamente conectado à

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42/90 estrutura metálica em dois locais espaçados escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido às correntes de proteção catódica fluindo na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir das correntes de proteção catódica e fornecer energia elétrica para o dispositivo de fundo de poço.

[0259] De acordo com um aspecto adicional da invenção é provido um método de comunicação de dados em uma instalação de poço tendo estrutura metálica provida com um sistema de proteção catódica de modo que há um circuito elétrico compreendendo a estrutura metálica e um retorno para a terra ao redor do qual corrente elétrica flui como um resultado do sistema de proteção catódica, o método compreendendo as etapas de:

modulação da corrente elétrica em um primeiro local de modo a codificar dados; e detecção em um segundo local, espaçado do primeiro, do efeito da modulação da corrente elétrica no primeiro local de modo a extrair os ditos dados.

[0260] Um dos locais pode estar fora do local do poço, quer dizer, na superfície, um outro dos locais pode ser no fundo do poço.

[0261 ] A etapa de modulação da corrente pode, entre outras coisas, compreender e os dispositivos de modulação podem, dentre outras coisas, ser disposto para:

i) onde o sistema de proteção catódica é um sistema de proteção catódica impressa, controlar uma fonte de sinal do sistema de proteção catódica impressa para modular diretamente os sinais de proteção catódica aplicados à estrutura metálica; ou ii) modificar a conexão entre pelo menos um anode e a estrutura metálica - desta maneira pelo menos um anode pode, por exemplo, ser co

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43/90 mutado para estar em conexão e fora de conexão com a estrutura metálica para modular os sinais elétricos ou a impedância entre o anodo e a estrutura pode ser variada; ou iii) alterar a impedância do circuito elétrico - isto pode, por exemplo, ser obtido usando um meio de impedância variável ou comutando os componentes em e fora de conexão com o circuito.

[0262] As técnicas i) e ii) são prováveis estar apenas disponíveis em um local mais alto, enquanto a técnica iii) é provável estar disponível no fundo do poço e em um local mais alto. Comunicação usando esta ideia geral pode ser usada para comunicação de uma via, quer dizer, da superfície para o fundo do poço, uma via, quer dizer, comunicação do fundo do poço para a superfície e comunicação de duas vias.

[0263] Essas técnicas permitem comunicação como parte de um sistema de comunicação híbrida - isto é, algumas partes do canal de sinal são providas pela modulação dos sinais de proteção catódica e algumas por outras técnicas, tais como técnicas sem fio incluindo outras técnicas EM e técnicas acústicas.

[0264] Em cada caso acima, a proteção catódica onde presente pode ser provida por um sistema de proteção catódica passivo onde anodos sacrificiais são conectados à estrutura metálica da instalação de poço ou por um sistema de proteção catódica impressa onde uma corrente de proteção é aplicada à estrutura metálica da instalação de poço. [0265] Nos presentes métodos e sistemas o objetivo é fazer uso de sistemas de proteção catódica existentes (ou outras fontes de corrente se disponíveis), em particular fazer uso de anodos existentes onde presente, por exemplo, em instalações marinhas, e sem requerer modificação nos mesmos. Desta maneira, anodos onde presentes estarão fora, isto é, acima, do poço e localizados na água. Ainda, os anodos tipicamente estarão longe do local no qual energia e/ou sinalização é requerida.

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44/90 [0266] Desta maneira o sistema acima pode incluir um ou mais de: pelo menos um anodo existente; pelo menos um anodo provido em água, quer dizer, o corpo de água em que uma instalação de poço submarino é provida; pelo menos um anodo que está distante do local no qual energia e/ou sinalização deve ser obtida usando corrente desenvolvida por este anodo.

[0267] Ainda qualquer sistema acima pode ser disposto para permitir a transmissão de energia de um local no qual corrente, por exemplo, corrente CP, é aplicada à estrutura para um local de coleta e/ou sinalização. Isso sendo verdade seja a corrente uma corrente CP passiva, uma corrente CP impressa ou uma outra corrente aplicada. Quer dizer, tipicamente, a fonte da corrente CP ou outra corrente está distante do local de coleta e/ou sinalização.

[0268] Ainda, a estrutura metálica pode ser sem interrupção na região do pelo menos um anodo e/ou na região do módulo de coleta.

[0269] Onde menção for feita acima de otimização através da modelagem, por exemplo, em relação ao espaçamento de conexões, uso de isolamento, escolha de espaçamento apenas radial ou axial e a seleção de uma carga de coleta de pré-ajuste, pelo menos um dos parâmetros que seguem pode ser usado no modelo:

1. Taxa de atenuação na parte superior do poço derivada de tubo de revestimento de poço e dimensões tubulares, pesos e tipo de material (resistividade) e a resistividade da sobrecarga (meio circundando o poço);

2. Localização de conexão superior;

3. Localização de conexão inferior;

4. Área de Seção Transversal e tipo de material (resistividade) do cabo superior usado em alimentações para o coletor;

5. Número, local, material (eletropotencial) e área de superfície dos anodos da cabeça do poço;

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6. Resistência efetiva do poço visto a partir do solo oceânico/cabeça do poço, novamente derivada de tubo de revestimento de poço e dimensões tubulares, pesos e tipo de material (resistividade) e resistividade da sobrecarga (meio circundando o poço), mas desta vez para conclusão inteira.

[0270] Em cada caso acima os sistemas podem compreender uma batería primária para fornecimento de energia independentemente de energia coletada. O módulo de coleta pode compreender a batería primária. Onde uma batería primária for provida esta pode ser usada preferivelmente enquanto ela tiver energia. Ela seria usada, por exemplo, para permitir uso de uma taxa de dados maior em um estágio inicial, isso sendo permitido cair quando apenas energia coletada estiver disponível.

[0271] De acordo com um outro aspecto da invenção é provida uma instalação de poço compreendendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica e qualquer um dos sistemas ou aparelhos acima, por exemplo, pelo menos um de: um aparelho ou sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço; um aparelho ou sistema de operação de dispositivo de fundo de poço; um aparelho ou sistema repetidor de comunicação de fundo de poço; um aparelho ou sistema de distribuição de energia; ou um módulo de coleta; ou um aparelho ou sistema de monitoramento de poço de fundo de poço; ou aparelho ou sistema de comunicação de fundo de poço, como acima definido. Tal instalação pode ter ainda um sistema de proteção catódica para proteção da estrutura metálica.

[0272] Notar que em geral cada uma das características opcionais seguindo cada um dos aspectos da invenção acima é igualmente aplicável como uma característica opcional em relação a cada um dos outros aspectos da invenção e podería ser reescrito após cada aspecto

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46/90 com quaisquer mudanças necessárias em redação. Nem todas tais características opcionais são reescritas após cada aspecto apenas por questão de brevidade.

[0273] Por exemplo, será compreendido que qualquer um dos sistemas, métodos, aparelhos e instalações mencionados acima pode fazer uso de um módulo de coleta tendo qualquer combinação ou subcombinação das características definidas acima, e assim por diante. [0274] O poço mencionado em qualquer um dos métodos, sistemas, aparelhos ou instalações acima pode ser um poço submarino.

[0275] Modalidades da presente invenção serão agora descritas, a título de exemplos apenas, com referência aos desenhos acompanhantes em que:

a Figura 1 mostra esquematicamente uma instalação de poço incluindo aparelho de monitoramento de poço incluindo um sistema de administração de energia de fundo de poço;

a Figura 2A mostra esquematicamente um módulo de coleta do sistema de administração de energia da Figura 1 e a Figura 2B mostra uma unidade de fundo de poço alternativa;

a Figura 2C é um diagrama de circuito esquemático de um conversor de dc em dc que pode ser usado em um módulo de coleta;

a Figura 2D é um diagrama de circuito esquemático de um conversor de dc em dc que pode ser usado em um módulo de coleta;

a Figura 3 mostra esquematicamente uma instalação de poço incluindo aparelho de comunicação de fundo de poço que compreende um repetidor de comunicações de fundo de poço e um sistema de distribuição de energia de fundo de poço para alimentação do repetidor de comunicações de fundo de poço;

a Figura 4 mostra esquematicamente uma instalação de poço incluindo aparelho de operação de válvula compreendendo uma válvula de fundo de poço remotamente controlada e um sistema de distribuição

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47/90 de energia para alimentação de válvula de fundo de poço remotamente controlada;

a Figura 5 mostra esquematicamente uma instalação de poço incluindo um sistema de monitoramento de poço alternativo compreendendo um manômetro de fundo de poço e um sistema de distribuição de energia de fundo de poço para alimentação do manômetro de fundo de poço;

a Figura 6 mostra esquematicamente uma instalação de poço alternativa;

a Figura 7 mostra um gráfico de energia passível de coleta ótima contra profundidade de uma conexão inferior para uma disposição do tipo mostrado na Fig. 1;

a Figura 8 mostra um fluxograma de otimização de coleta de energia; a Figura 9 mostra um fluxograma de operação de uma unidade de fundo de poço; e a Figura 10 mostra esquematicamente uma instalação de poço incluindo uma plataforma.

[0276] A Figura 1 mostra uma instalação de poço de um poço de petróleo e/ou gás. Como é bem compreendido, tal poço de petróleo e/ou gás pode ser um poço terrestre ou um poço submarino (significando um poço abaixo de qualquer corpo de água) onde a cabeça do poço está debaixo da água no solo do mar, rio, lago, etc. ou em uma plataforma. Frequentemente as instalações de poço são providas com um sistema de proteção catódica. No caso de poços terrestres isso estará mais provavelmente na forma de um sistema de proteção catódica de corrente impressa onde uma corrente de proteção é aplicada à estrutura metálica do poço. Por outro lado, para um poço submarino, a proteção catódica será mais provavelmente um sistema de proteção catódica passiva onde uma pluralidade de anodos de um metal relativamente reativo, tal

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48/90 como uma liga de magnésio, está conectada à estrutura metálica e exposta à água em que a instalação de poço está situada.

[0277] Notar que as presente técnicas são também relevantes para poços de injeção de água - isto é, poços usados para injetar água em um reservatório para auxiliar na recuperação de petróleo e/ou gás de outros poços no campo. Desta maneira, uma “instalação de poço” no presente pedido pode ser um poço de injeção de água. Tal poço terá uma construção similar às instalações mostradas em mais detalhes no presente pedido. Similarmente as presentes técnicas podem ser usadas enquanto perfurando um poço como durante a produção e seguindo abandono. Desta maneira a instalação de poço pode ser uma instalação parcialmente completa onde a perfuração está acontecendo. Mais comumente as presentes técnicas podem ser usadas durante qualquer período do ciclo de vida de uma instalação de poço.

[0278] Ainda, embora a presente descrição seja feita em relação a instalações onde proteção catódica está presente e isto é particularmente preferido, muitos dos presentes sistemas e técnicas também funcionam em outras situações onde corrente elétrica está fluindo na estrutura metálica e energia pode ser coletada a partir da mesma.

[0279] A instalação de poço mostrada na Figura 1 compreende uma cabeça de poço 1 e estrutura metálica de fundo de poço 2 na direção descendente do furo do poço a partir da superfície S. A instalação de poço é provida com um sistema de proteção catódica 3A, 3B. Como mencionado acima, este será um sistema de proteção de corrente catódica impressa 3A ou uma proteção catódica passiva compreendendo uma pluralidade de anodos 3B conectados à estrutura metálica da instalação do poço, isto é, à cabeça do poço 1 ou outros componentes metálicos conectados à mesma.

[0280] A estrutura metálica de fundo de poço 2 compreende um pri

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49/90 meiro curso de tubo metálico 21, isto é, tubulação de produção, descendo para o furo do poço. Ao redor desta está um primeiro tubo de revestimento de poço 22. Fora desta camada está um segundo tubo de revestimento de poço 23 e então um terceiro tubo de revestimento de poço 24. Como será compreendido há um respectivo anel entre cada curso de tubo metálico. Desta maneira há um primeiro anel entre a tubulação de produção 21 e o primeiro tubo de revestimento de poço 22 comumente referido como o anel “A” na indústria de petróleo e gás e indicado pelo numeral de referência A nos desenhos. Um segundo anel existe entre o primeiro tubo de revestimento de poço 22 e o segundo tubo de revestimento de poço 23 comumente conhecido como o anel “B” e então indicado nos desenhos e um terceiro anel existe entre o segundo tubo de revestimento de poço 23 e o terceiro tubo de revestimento de poço 24 comumente conhecido como o anel “C” e também indicado nos desenhos. Poços também podem ter tipicamente um anel adicional, “D”, e algumas vezes ainda mais anéis.

[0281] Em outras situações a estrutura metálica pode compreender outros membros alongados, especificamente, um ou mais de tubo de revestimento de poço, revestimento, tubulação, flexitubo, haste de bombeio.

[0282] Aparelho de monitoramento provido na instalação de poço compreende um módulo de coleta de energia elétrica 4 provido, na presente modalidade, no anel A. O módulo de coleta 4 é eletricamente conectado através de cabos 41 a um par de locais espaçados 41 a, 41 b na tubulação de produção 21. Em uma alternativa o módulo de coleta 4 pode ser eletricamente conectado a um dos locais através de um cabo, mas pode ser conectado eletricamente ao outro local sem um cabo. O módulo de coleta 4 pode ser eletricamente conectado através de um alojamento condutor do (ou circundando o) módulo de coleta de um dos locais. Desta maneira apenas um cabo do tipo pode precisar sair do

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50/90 alojamento.

[0283] Notar que há uma conexão galvânica entre o módulo de coleta 4 e a estrutura metálica 21 nos locais espaçados 41 a, 41 b. Particularmente há uma conexão galvânica com a estrutura metálica 21, ao invés de, por exemplo, um acoplamento indutor. Isso simplifica a construção e remove dificuldades de engenharia. No presente caso há uma conexão galvânica em todo o caminho desde a estrutura metálica para as entradas do circuito incluído no módulo de coleta para coleta de energia.

[0284] Ainda será notado que a estrutura metálica do poço geralmente não é afetada pela instalação deste sistema. Quaisquer juntas de isolamento foram introduzidas em nenhum dos cursos de tubo metálico a fim de tornar o sistema eficaz e o fluxo normal de corrente de proteção catódica na estrutura não foi alterado - a não ser, por certo, a coleta que está acontecendo. Desta maneira, por exemplo, entre os locais espaçados o curso de estrutura metálica à qual as conexões são feitas é contínuo, mais geralmente todos os cursos de estrutura metálica são contínuos nessas regiões. Isso não é essencial para operação, mas é possível e é a situação prevalecente normal em uma instalação de poço isto é, a estrutura metálica padrão da instalação foi deixada sem modificação. Similarmente a corrente pode e realmente flui na mesma direção na estrutura metálica na região das conexões e entre as conexões. Novamente esta é a situação prevalecente normal em uma instalação de poço, modificação na instalação do poço foi evitada. O fluxo de corrente seria em um curso único de estrutura metálica à qual as conexões são feitas ou muda de um curso para um outro ou flui em paralelo em vários cursos - o ponto é que um arranjo artificial de estrutura metálica no poço não tem que ser configurado para permitir que o sistema funcione, e desta maneira há um caminho de fluxo de corrente sem interrupção provido pela estrutura metálica e fluxo de corrente está na mesma

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51/90 direção longitudinal na estrutura metálica.

[0285] Notar que o anel “A” é frequentemente acessível por cabo através da cabeça do poço 1. No entanto, é ainda vantajoso usar os presentes arranjos uma vez que eles minimizam o número de penetradores na cabeça do poço, reduzindo risco e gasto e/ou liberando o penetrador para outro uso.

[0286] O aparelho de monitoramento compreende ainda um manômetro de fundo de poço 5 que é provido mais fundo no poço do que o módulo de coleta 4 e está conectado ao mesmo através de um cabo 42. Nesta modalidade o manômetro de fundo de poço 5 é provido um pouco acima do empacotador P. Tipicamente os cabos 41 conectando o módulo de coleta 4 à unidade de produção 21 serão condutores envolvidos por tubulação (TEC) como tipicamente usado na indústria de petróleo e gás e o cabo 42 conectando o módulo de coleta 4 ao manômetro de fundo de poço 5 será também um condutor envolvido por tubulação (TEC). Mais tipicamente a área de seção transversal do condutor nos comprimentos de cabo 41 conectando o módulo de coleta 4 à tubulação de produção 21 terá uma área de seção transversal maior do que aquela do cabo 42 conectando o módulo de coleta 4 ao manômetro de fundo de poço 5.

[0287] Onde proteção catódica é provida em uma instalação de poço, o potencial da estrutura metálica do poço é levado para um potencial suficientemente negativo no ponto de injeção, isto é, a cabeça de poço 1, de modo a suprimir corrosão na cabeça do poço e em outros pontos ao longo da estrutura metálica de fundo de poço 2 conforme ela desce para o poço. No entanto, a magnitude deste potencial negativo diminuirá conforme desce mais para o poço devido a perdas no sistema. Desta maneira o potencial da estrutura metálica 2 próximo da cabeça do poço será mais negativo do que em locais mais profundos no poço. Desta maneira quando as correntes de proteção catódica estão fluindo

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52/90 na instalação do poço haverá uma diferença de potencial entre o local 41 a onde o primeiro dos cabos 41 a partir do módulo de coleta é conectado à tubulação de produção 21 e o local 41b onde o outro dos cabos 41 do módulo de coleta 4 é conectado à tubulação de produção 21. Desta maneira o módulo de coleta 4 verá uma diferença de potencial através dele e desta maneira pode extrair energia das correntes de proteção catódica.

[0288] Será notado que extração de energia usará energia do sistema de proteção catódica, no entanto o impacto sobre a eficácia do sistema de proteção catódica ou qualquer aceleração da corrosão dos anosos será insignificante. Tipicamente as correntes de proteção catódica serão da ordem de 10 Amps, enquanto os presentes sistemas extrairíam, por exemplo, 10-100 mili Amps. Desta maneira a quantidade de corrente extraída está bem dentro da tolerância geralmente permitida quando do desenvolvimento sistemas de proteção catódica. Se desejado, um nível aumentado de corrente impressa pode ser provido ou o número de anodos provido podería ser aumentado além do normal. Isso aumentaria a corrente de proteção catódica e desta maneira melhoraria a coleta.

[0289] Energia elétrica pode ser coletada a partir do sistema no local de fundo de poço do módulo de coleta 4 e esta energia coletada pode ser usada para outros propósitos.

[0290] Na disposição da Figura 1 esta energia coletada é usada para alimentar o manômetro de fundo de poço 5 e permitir extração de leituras a partir do mesmo e comunicação dessas leituras para a superfície S.

[0291] Na presente modalidade uma unidade de comunicação superior 6 é provida para comunicação com o módulo de coleta 4 e manômetro de fundo de poço 5. Neste caso a unidade de comunicação superior 6 é provida na superfície S - neste caso a superfície terrestre.

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53/90 [0292] Será compreendido que disposições tais como a presente podem ser usadas no lugar de um manômetro de fundo de poço permanente convencionalmente instalado (PDG) com a vantagem que uso de um penetrador através da cabeça do poço pode ser evitado, enquanto a vida de monitoramento do poço será possível em muitos casos. Monitoramento pode ser de pressão de reservatório onde desejado ou similarmente da pressão em um anel fechado para, por exemplo, ajudar a detectar qualquer vazamento, descarga ou falha no sistema. O módulo de sensor e de coleta pode estar localizado no anel fechado, em tal caso.

[0293] Todas essas opções são possíveis, por exemplo, em uma instalação de poço submarino onde haverá normalmente uma fonte pronta de corrente a ser coletada, isto é, corrente de CP, tipicamente gerada por anodos sacrificiais localizados na água em que a instalação submarina é provida, e onde outras opções de energia e sinalização são mais problemáticas.

[0294] Em um poço com uma cabeça de poço submarina, convencionalmente não é geralmente possível (praticamente/custo eficaz) prover conectividade hidráulica ou elétrica com os anéis externos (B, C, etc.). Particularmente onde esses anéis são vedados em sua base é útil monitorar e opcionalmente controlar a pressão nesses anéis, por exemplo, para reduzir o risco de pressões altas causando colapso no tubo de revestimento do poço.

[0295] Em particular o fluxo, ou perfuração do poço, pode aumentar a temperatura do anel externo vedado e então aumentar a pressão no mesmo. A habilidade em monitorar pressão em tal caso e opcionalmente controlar a pressão em tal caso (tal como com uma válvula de ventilação entre anéis, como mencionado em outro ponto) é benéfica. Em particular, monitoramento da pressão em um anel fechado pode per

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54/90 mitir produção em taxas maiores do que aquelas que podem ser atingidas se modelagem do aumento da pressão esperado sozinha for usada uma vez que uso de pressão modelada requerería margens de segurança maiores e taxas de produção potencialmente correspondentemente reduzidas. Como será compreendido as presentes técnicas podem facilitar tal monitoramento e/ou controle.

[0296] Uma outra implementação particular das presentes técnicas incluirá um módulo de sensor localizado no mesmo local como é mais comum para um manômetro de fundo de poço permanente convencional e provido para o mesmo propósito como é mais comum para um manômetro de fundo de poço permanente convencional.

[0297] Desta maneira o módulo de sensor pode ser disposto no anel A e disposto para monitoramento da pressão do reservatório através da captação da pressão na tubulação através de uma porta de comunicação de pressão através da tubulação desta maneira permitindo inferência da pressão do reservatório com base na pressão captada e levando em consideração pressão estática e efeitos de fluxo. Como é o caso com um PDG convencionalmente usado, a pressão do reservatório geralmente será inferida desta maneira ao invés de diretamente medida posicionamento de um sensor diretamente no reservatório geralmente não é possível - como será também compreendido “pressão de reservatório de monitoramento” compreende uso de tais técnicas de medição.

[0298] Um módulo de coleta também pode ser provido no local do módulo de sensor.

[0299] Técnicas diferentes podem ser usadas para permitir a extração de dados a partir do manômetro de fundo de poço 5 em direção à superfície.

[0300] Na presente modalidade o módulo de coleta 4 é disposto para aceitar um sinal a partir do manômetro de fundo de poço que é

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55/90 indicativo do parâmetro a ser medido, por exemplo, pressão e/ou temperatura e transmitir este dado em direção à superfície em virtude de modulação da carga que o módulo de coleta 4 cria entre as conexões espaçadas 41a e 41b. Por sua vez esta mudança em carga mudará a quantidade de corrente extraída das correntes de proteção catódica aplicadas ao sistema. Isso por sua vez é detectável na superfície ou outro local conveniente em virtude de uma mudança no potencial da estrutura metálica na superfície ou outro local conveniente. Ela pode ser detectada através da detecção, por exemplo, da mudança em potencial na cabeça do poço 1 ou através da detecção da tensão através, ou uma corrente vista por, uma fonte de energia usada em um sistema de proteção catódica impressa 3A. Na presente modalidade o efeito da modulação é detectado pela unidade de comunicações superior 6, monitorando o potencial da cabeça do poço em relação a uma terra de referência, para extrair os dados de medição de pressão e/ou temperatura. [0301] Preferivelmente o espaçamento entre as conexões espaçadas 41a, 41b é pelo menos 100 metros e mais provavelmente na faixa de 300 a 500 metros. O espaçamento ótimo para as conexões espaçadas 41a, 41b pode ser determinado através da modelagem para uma dada instalação. Conforme a distância entre essas conexões é aumentada, isso tende a aumentar a diferença de potencial entre as conexões (embora a taxa de aumento de diferença de potencial diminua conforme a profundidade da conexão inferior é aumentada). Por outro lado, conforme o espaçamento aumenta o comprimento total e então resistência dos cabos 41 aumenta. Desta maneira na maioria dos sistemas haverá um espaçamento ótimo.

[0302] A Fig. 2A mostra o módulo de coleta 4 do aparelho mostrado na Figura 1 em mais detalhes. Nesta modalidade o módulo de coleta 4 tem um par de terminais 43a, 43b ao qual os respectivos cabos 41 são

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56/90 conectados. Há conexão galvânica entre a estrutura metálica e os terminais 43a, 43b. Conectado entre esses terminais 43a, 43b está um conversor dc em dc de tensão para coleta da energia elétrica onde diferença de potencial é vista através dos terminais 43a, 43b. O conversor dc em dc 44 é conectado a um meio de armazenamento de carga 45 incluindo pelo menos um capacitor de baixa fuga e conectado a e controlado por uma unidade central acionada por microprocessador 46. O meio de armazenamento de carga 45 e a unidade central 46 estão também conectados através de um respectivo terminal 43c ao comprimento de cabo 42 que leva ao manômetro de fundo de poço 5. Em uma alternativa, o meio de armazenamento de carga 45 seria dispensado - isto é: energia suficiente seria coletada para permitir operação contínua como e quando necessário.

[0303] Em operação, a unidade central 46 controla a operação do conversor dc em dc 44 de modo a otimizar a carga que está presente para a corrente vista pelo módulo de coleta 4 devido a correntes de proteção catódica a fim de maximizar a energia que pode ser coletada e usada ou armazenada no meio de armazenamento de carga 45. Notar que a unidade central pode ser disposta para usar e/ou distribuir seletivamente energia coletada diretamente quando apropriado, e armazenar energia e extrair energia armazenada quando apropriado.

[0304] Notar que em uma alternativa a unidade central acionada por microprocessador 46 pode ser substituída por dispositivos eletrônicos alternativos incluindo, por exemplo, um circuito de feedback análogo, ou uma máquina de estado ou até mesmo uma carga de coleta fixa com base na modelagem para a instalação particular.

[0305] Quando energia armazenada deve ser usada, energia do meio de armazenamento de carga 45 é alimentada através do cabo 42 para o manômetro de fundo de poço 5 e leituras a partir do manômetro de fundo de poço 5 são adquiridas pela unidade central 46 através do

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57/90 cabo 42. A unidade central 46 também controla operação do conversor dc em dc 44 para modular a carga que é introduzida entre os terminais 43a e 43b a fim de enviar sinais de volta para a superfície carregando leituras do manômetro de fundo de poço 5 como acima descrito.

[0306] Notar que na presente modalidade o conversor dc em dc 44 e a unidade central 46 juntos agem como um meio de impedância variável em virtude da unidade central 46 controlando a operação do conversor dc em dc 44 para introduzir impedância variável entre os terminais 43a e 43b.

[0307] Notar que em alternativas, ao invés de um sensor ser provido em um manômetro de fundo de poço separado 5, um sensor apropriado pode ser provido no mesmo local que o módulo de coleta 4.

[0308] Em particular, uma unidade de fundo de poço 4a como mostrado na Figura 2B pode ser provida, a qual compreende ambos um módulo de coleta 4 e pelo menos um dispositivo de fundo de poço a ser alimentado. Neste caso a unidade de fundo de poço 4a inclui um sensor de pressão 47 e uma unidade de comunicação 48.

[0309] Em tal caso pode não haver nenhum cabo secundário 42 indo para longe da unidade de fundo de poço 4a. Por outro lado em alguns outros casos a unidade de fundo de poço 4a seria ainda usada para alimentar um dispositivo externo mesmo se incluindo seu próprio sensor 47 e/ou unidade de comunicações 48 e então havería um cabo secundário 42.

[0310] Em alternativas, ao invés de se comunicar com a superfície usando a técnica de modulação de carga como acima discutido, a unidade de fundo de poço 4a podería usar sua própria unidade de comunicações 48 para comunicação de volta com a superfície. Tal comunicação seria na forma dos sinais de comunicação EM que podem ser aplicados de volta para a estrutura metálica de fundo de poço 21 através dos cabos 41. Em outros casos a unidade de comunicações 48 provida

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58/90 na unidade de fundo de poço 4a seria uma unidade de comunicações acústica para aplicação de sinais acústicos à estrutura metálica 21 para transmissão de volta para a superfície. Em tal caso então uma unidade de comunicações superior seria disposta para recebimento de sinais acústicos. Será compreendido que comunicação de duas vias pode ser provida como e quando desejado em qualquer uma ou todas as partes dos canais de comunicações. Ainda duas técnicas de comunicação podem ser usadas em paralelo em qualquer perna dos canais de comunicação - desta maneira sinais EM e sinal acústico seriam usados lado a lado.

[0311] Em alternativas adicionais o módulo de coleta 4 ou unidade de fundo de poço 4a pode compreender pelo menos um conversor de energia para controle da tensão na qual a energia é coletada para administração ao meio de armazenamento de carga 45 e/ou outros componentes tal como a unidade central 46. Pode ser desejável armazenar energia em uma tensão diferente daquela na qual ela é coletada e/ou diferente daquela na qual ela é usada pela unidade central 46 ou outros componentes. Por exemplo, pode ser desejável armazenar a energia em uma tensão maior do que aquela na qual ela é coletada e/ou consumida. Isso pode ser útil, por exemplo, se houver uma retirada grande na energia armazenada durante, por exemplo, transmissão.

[0312] Uma implementação possível para um conversor dc em dc é usar um circuito integrado comercialmente disponível. Uma alternativa é produzir um circuito similar usando componentes diferentes. Para prover desempenho eficaz um conversor dc em dc que possa lidar com tensões de entrada baixas é desejável. Uma maneira de obter isso é usar um Transistor de Efeito de Campo, tal como comutador JFET, para formar um oscilador de escalonamento ressonante usando um transformador de escalonamento e um capacitor de acoplamento. A fim de ajudar a otimizar coleta de energia a razão de voltas no transformador pode

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59/90 ser selecionada, preferivelmente dinamicamente selecionada durante operação. Uma pluralidade de tomadas de derivação pode ser provida no secundário do transformador que pode ser usado seletivamente para prover as respectivas relações de volta.

[0313] Um processador, tal como aquele da unidade central, pode ser disposto para controlar um comutador para selecionar dinamicamente as respectivas tomadas de derivação e então controlar a carga gerada pelo conversor dc-dc.

[0314] A Fig. 2C mostra um diagrama de circuito esquemático para uma possível implementação de um oscilador de escalonamento ressonante do tipo descrito acima. A diferença de potencial de entrada disponível pode ser conectada através dos terminais de entrada como Vin e a saída Vout é vista através dos terminais de saída. O circuito compreende um Transistor de Efeito de Campo 201, um transformador de escalonamento 202 que juntos agem como um oscilador e uma disposição de saída de retificação 203 compreendendo um par de diodos cruzados 206 e respectivos capacitores de acoplamento 205. Um enrolamento primário 202a do transformador 202 está conectado em série com o FET 201 e a entrada Vin é aplicada através desses. A porta de FET 201 está conectada ao enrolamento secundário 202b do transformador 202. A saída Vout é vista através dos capacitores de acoplamento 205 que estão conectados através do enrolamento secundário 202b por meio dos respectivos diodos 204.

[0315] O enrolamento secundário 202b do transformador 202 compreende uma pluralidade de tomadas de derivação 202c que podem ser selecionadas usando o comutador 206 desta maneira permitindo ajuste da relação de voltas. O comutador 206 pode ser controlado por um microprocessador, neste caso a unidade central 4b.

[0316] Este tipo de disposição de conversor dc em dc é capaz de

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60/90 funcionar mesmo quando a diferença de potencial vista através dos terminais (tensão de entrada) é baixa, isto é, 0,5 V ou abaixo. Em exemplos práticos a tensão de entrada pode ser menos do que 0,25 V e talvez ainda menos do que 0,05 V. Uma vez que isso é muito baixo comparado com tensões de lacuna de banda de semicondutor (por exemplo, 0,7) muitos tipos de conversores dc em dc não funcionarão para permitir coleta de energia em tais tensões de entrada. No entanto, conversores dc em dc com base nos princípios acima podem funcionar até mesmo em tais tensões baixas. Tal conversor dc em dc pode ser considerado incluir meio de partida disposto para permitir operação quando tensão de entrada é 0,5 V ou abaixo bem como em tensões maiores.

[0317] Uma abordagem alternativa é prover um circuito com uma fonte de energia separada para agir como parte de meio de partida. Desta maneira, por exemplo, uma batería primária pode ser provida para dar partida no sistema após instalação. Ainda, energia armazenada em um armazenamento de energia seria usada para reiniciar o sistema se a coleta de energia parar temporariamente.

[0318] A Figura 2D mostra um diagrama de circuito esquemático para uma possível implementação de um conversor dc em dc operando em tal base. O conversor dc em dc da Figura 2D compreende uma ponte H 207 de transistores 207a através da qual a tensão de entrada é conectada. As portas dos transistores 207a são conectadas a uma unidade de controle 208 que é disposta para controlar a comutação dos transistores 207a para gerar uma saída ac. A saída ac da ponte H 207 é conectada através de um enrolamento primário 202a de um transformador de escalonamento 202. O enrolamento secundário 202b do transformador 202 é conectado a um retificador 209. Uma saída do retificador 209 é conectada através de um diodo 204 à entrada de uma unidade de fornecimento de energia 210 e a outra saída é conectada ao solo. Também conectada à entrada da unidade de fornecimento de

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61/90 energia 210 através de um outro diodo 204 está uma batería 211. [0319] A unidade de fornecimento de energia 210 é disposta para alimentar a unidade de controle 208. A fim de iniciar operação a unidade de fornecimento de energia 210 pode usar energia da batería 211. Uma vez a energia sendo coletada pelo conversor dc em dc então a unidade de fornecimento de energia 210 pode usar energia recebida do retificador 209 - isto é, energia coletada.

[0320] Embora na presente modalidade energia seja usada diretamente como coletada, em alternativas energia coletada pode também ser armazenada em um meio de armazenamento e usada a partir do meio de armazenamento. Como descrito em um outro ponto no presente pedido, o meio de armazenamento pode, por exemplo, incluir pelo menos um capacitor de baixa fuga e/ou pelo menos uma célula recarregável. Onde energia é armazenada isso permite um mecanismo para reinicializar o sistema se coleta for parada em qualquer ponto após a batería 211 ter descarregado.

[0321] A batería 211 pode ser uma batería primária (disparo único) ou pode ser uma batería recarregável contanto que ela esteja carregada no momento da instalação. Onde a batería é uma batería recarregável, em algumas implementações a unidade de fornecimento de energia 210 pode ser disposta para armazenar energia nela quando disponível, alternativamente pode ser mais conveniente prover um meio de armazenamento de energia separado (que incluiría uma batería recarregável). [0322] Notar também que em uma alternativa adicional um conversor dc em dc do tipo mostrado na Figura 2D pode ser disposto para permitir controle da carga gerada pelo conversor dc em dc. Desta maneira, por exemplo, uma disposição similar àquela mostrada na Figura 2C pode ser usada onde o enrolamento secundário 202b tem tomadas de derivação múltiplas e um comutador é provido para permitir seleção

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62/90 das derivações múltiplas. O comutador podería estar entre os enrolamentos e a entrada do retificador 209. Em uma outra modalidade alternativa enrolamentos secundários separados poderíam ser providos ao invés de tomadas de derivação múltiplas, para obter um resultado similar. O comutador pode ser controlado por uma unidade de controle como no caso da disposição da Figura 2C.

[0323] Notar também que em outras modalidades o módulo de coleta 4 e o manômetro de fundo de poço 5 (ou unidade de fundo de poço 4a) podem ser providos em outros anéis dentro da instalação de poço ao invés do anel A. Ainda o manômetro pode ser disposto para captação de um parâmetro em um anel diferente do qual ele está localizado.

[0324] Por exemplo, esses componentes podem ser providos no anel B ou C e um manômetro localizado no dito anel B pode ser disposto para captar um ou mais parâmetros no anel A, no anel B, no anel C ou qualquer combinação dos mesmos. É notado que esses são locais onde geralmente não é possível, ou pelo menos indesejável, tentar prover conexões de cabo diretas a partir da superfície. Desta maneira as presentes técnicas dão origem à possibilidade de monitoramento, por exemplo, da pressão nos anéis B ou C durante a vida de uma instalação de poço onde isso seria difícil e/ou caro usando métodos de distribuição de energia convencionais. As presentes técnicas evitam o uso de penetradores através da cabeça do poço, o que pode reduzir risco e custos. Elas também proveem soluções para instalação relativamente simples, claras e fáceis.

[0325] A Figura 3 mostra uma instalação de poço similar àquela da Figura 1, mas incluindo um repetidor de comunicações de fundo de poço 7 ao invés de um manômetro de fundo de poço. O repetidor 7 é provido no anel B junto com um módulo de coleta 4 do mesmo tipo descrito acima em relação às Figuras 1,2A a 2D. Aqui novamente o módulo de coleta 4 coleta energia a partir das correntes de proteção catódica na

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63/90 estrutura metálica 2 e provê esta energia para o repetidor de comunicações de fundo de poço 7.

[0326] A estrutura e operação da instalação do poço, sistema de proteção catódica e sistema de distribuição de energia na disposição da Figura 3 são substancialmente iguais àquelas no sistema descrito com referência às Figuras 1,2A a 2D.

[0327] A única diferença reside no fato que a energia distribuída pelo componente de fundo de poço pelo sistema de distribuição de energia é um repetidor de comunicações 7 ao invés de um manômetro de fundo de poço 5.

[0328] Desta maneira, descrição detalhada da instalação de poço e sistema de administração de energia é omitida aqui por questão de brevidade. Onde componentes referidos com relação à presente modalidade forem iguais àqueles nas Figuras 1 e 2A a 2D, os mesmos numerais de referência são usados.

[0329] O repetidor de comunicações de fundo de poço 7 é disposto para capturar sinais a partir da estrutura metálica de fundo de poço 2 na região do repetidor 7 e transmitir os dados relevantes adiante em direção à superfície. Nesta modalidade os sinais são aplicados à estrutura metálica de fundo de poço 2 como sinais EM por uma ferramenta de transmissão 71 localizada mais abaixo no poço, por exemplo, na tubulação de produção 21. Correspondentemente o repetidor 7 é disposto para capturar sinais EM.

[0330] Em alternativas um tipo diferente de ferramenta de transmissão pode ser provido para enviar sinais que são capturados pelo repetidor. Tal ferramenta pode, por exemplo, ser disposta fora da tubulação. [0331 ] Em alternativas o repetidor de comunicações 7 pode ser disposto para capturar sinais acústicos a partir da estrutura metálica de fundo de poço 2 que foram aplicados mais no fundo do poço.

[0332] Similarmente, o repetidor de comunicações de fundo de poço

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64/90 pode ser disposto para aplicar sinais acústicos à estrutura de fundo de poço 2 para transmissão em direção à superfície ou disposto para aplicar sinais EM para a estrutura metálica de fundo de poço 2 para transmissão para a superfície ou fazer uso da técnica de sinalização de modulação de impedância descrita acima.

[0333] Desta maneira, por exemplo, o repetidor de comunicações 7 pode capturar sinais em seu local e transmitir esses ao longo do cabo 42 para o módulo de coleta 4 através da aplicação de sinais ao mesmo ou através da modulação da carga que ele põe na fonte de energia no módulo de coleta 4. Similarmente, o módulo de coleta 4 pode ser disposto para aplicar sinais à estrutura metálica 2 para transmissão em direção à superfície ou ser disposto para modular a carga que ele gera entre as conexões espaçadas 41 a, 41 b para detecção na superfície pela unidade de comunicação superior 6.

[0334] Notar que no caso da provisão de um repetidor de comunicações de fundo de poço 7, sinais EM podem, por exemplo, ser capturados e/ou aplicados pelo repetidor 7 usando contatos espaçados feitos com a estrutura metálica ou usando um acoplamento indutor compreendendo um toroide ou sinalizando através de uma junta de isolamento que deve ser disponibilizada e assim por diante. Similarmente técnicas de coleta e aplicação de sinal acústico convencionais podem ser usadas.

[0335] Em alternativas pode haver comunicação a partir da superfície para baixo para locais no fundo do poço e em geral comunicações de duas vias. Desta maneira o repetidor 7 pode agir como um repetidor em ambas as direções. Novamente duas técnicas de comunicação podem ser usadas em paralelo em pelo menos uma perna do canal para prover redundância.

[0336] Notar também que o repetidor de comunicações de fundo de poço 7 pode ser provido em um local de modo a não estar no fluxo de

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65/90 produto ainda permitindo vida de operação de poço.

[0337] Dois exemplos específicos em relação à Figura 3 são:

1. O repetidor 7 compreende um receptor EM continuamente alimentado a 3-500 m de profundidade que ou recebe e decodifica mensagens ou simplesmente retransmite continuamente usando modulação de impedância de carga em uma frequência maior dados/sinais brutos para decodificar na superfície.

2. O repetidor 7 compreende um receptor acústico continuamente alimentado a 3-500 m de profundidade que recebe e decodifica mensagens e então retransmite dados para a superfície usando modulação de impedância de carga.

[0338] Notar que em ambos esses casos o repetidor 7 pode ser provido em uma unidade de fundo de poço com o módulo de coleta ou ser separado do mesmo. Novamente o repetidor pode ser um repetidor de duas vias.

[0339] Em qualquer um dos sistemas descritos no presente pedido os dispositivos podem ser dispostos para gerenciar o orçamento de energia, isto é, usar menos energia no total, usando operação intermitente dos componentes tais como receptores e/ou transmissores EM ou acústicos.

[0340] A Figura 4 mostra esquematicamente uma instalação de poço incluindo uma válvula controlada remotamente e um sistema de distribuição de energia do mesmo tipo geral que descrito acima.

[0341] A estrutura geral e a operação da instalação de poço e do sistema de distribuição de energia são novamente substancialmente iguais àqueles descritos acima em relação às disposições mostradas nas Figuras 1, 2A até 2D. Desta maneira, descrição detalhada desses elementos comuns é omitida aqui por questão de brevidade e os mesmos numerais de referência são usados para indicar aquelas características que são comuns entre as duas modalidades.

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66/90 [0342] Nesta modalidade a instalação de poço compreende uma primeira válvula de segurança de subsuperfície operada hidraulicamente SSSV provida na tubulação de produção 21 como é convencional.

[0343] No entanto, aqui uma válvula de segurança de subsuperfície adicional 8 é provida também dentro da tubulação de produção 21, porém mais fundo no poço. Desta maneira no presente caso a segunda válvula de segurança de subsuperfície 8 é provida como uma medida de segurança ou recuo adicional. No entanto, em alternativas podería ser que a válvula de segurança de subsuperfície hidraulicamente operada SSSV pudesse ser dispensada.

[0344] A segunda válvula de segurança de subsuperfície 8 é alimentada e operada fazendo uso de um sistema de distribuição de energia. Em particular um módulo de coleta 4 é conectado à segunda válvula de segurança de subsuperfície 8 através de um cabo 42 e o módulo de coleta é disposto para emitir energia e sinais de controle para a segunda válvula de segurança de subsuperfície 8 através do cabo 42. Desta maneira energia é coletada a partir das correntes de proteção catódica percorrendo a estrutura de fundo de poço 2 e esta é usada para ambos controlar e operar a segunda válvula de segurança de subsuperfície 8.

[0345] Tal válvula de segurança de subsuperfície 8 pode estar localizada mais fundo no poço do que uma válvula de segurança de subsuperfície hidraulicamente operada tradicional SSSV. Isso é porque ela não é submetida aos mesmos limites de faixa que sistemas hidraulicamente acionados - não há nenhuma exigência de direcionar fluido hidráulico para ela. Será notado que aqui sinais de controle para a segunda válvula de segurança de subsuperfície 8 podem ser transmitidos pela unidade de comunicações superior 6 através da estrutura metálica do poço 1,2 para detecção pelo módulo de coleta 4 e transmissão adi

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67/90 ante para a válvula de segurança de subsuperficie 8. Em algumas circunstâncias a válvula 8 pode ser feita operar em um modo de segurança contra falhas de modo que a válvula fechará na ausência de energia e/ou sinais de controle. Notar que por certo em uma alternativa a válvula 8 e o módulo de coleta seriam providos como parte de uma ferramenta de fundo de poço comum 4a. Ainda em alguns casos energia para fechamento da válvula pode vir de uma outra fonte, com o sistema de distribuição de energia de fundo de poço fornecendo energia para controle de operação e/ou operando um mecanismo de disparo.

[0346] A Figura 5 mostra uma instalação de poço alternativa incluindo aparelho de monitoramento de poço. Aqui novamente há similaridades com a disposição mostrada em e descrita com referência às Figuras 1,2A a 2D. Novamente há um módulo de coleta 4 provido dentro da estrutura metálica de fundo de poço 2 e conectado a locais espaçados na estrutura de fundo de poço 2 e além disso há um manômetro de fundo de poço 5 conectado ao módulo de coleta 4. Neste caso o módulo de coleta 4 e o manômetro de fundo de poço 5 são ambos providos no anel B para prover monitoramento de condições neste anel. O manômetro de fundo de poço 5 pode, por exemplo, compreender um sensor de pressão e/ou temperatura.

[0347] Neste caso os locais espaçados 41a, 41b são providos em cursos diferentes da estrutura metálica de fundo de poço 2. Em particular nesta modalidade, uma primeira das conexões 41a é feita com o segundo tubo de revestimento 23 enquanto a outra das conexões 41b é feita com o primeiro tubo de revestimento de poço 22. O sistema funciona em um princípio similar como acima discutido e desta maneira se baseia em uma diferença de potencial existente entre essas duas conexões 41a, 41b. Na presente modalidade esta diferença de potencial é obtida em virtude de isolamento dos dois cursos de estrutura metálica 22, 23 um do outro pelo menos na região dessas duas conexões. Isso

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68/90 significa que há uma passagem diferente para a terra para as correntes de proteção catódica para os dois cursos de estrutura metálica 22, 23. Na presente modalidade o meio de isolamento dos dois cursos de estrutura metálica 22, 23 um do outro compreende um revestimento de isolamento 91 provido na superfície externa do primeiro tubo de revestimento de poço 22 e uma pluralidade de centralizadores de isolamento 92 providos no primeiro tubo de revestimento de poço 22 para manter esse separado do segundo tubo de revestimento de poço 23.

[0348] Preferivelmente este isolamento 91 e esses centralizadores 91 serão providos em um comprimento do primeiro tubo de revestimento de poço 22 de pelo menos 100 metros e mais provavelmente 300 a 500 metros. Onde desejável e prático, espaçadores de isolamento podem ser montados no curso externo de estrutura metálica formando o anel. Desta maneira, por exemplo, montado no segundo tubo de revestimento de poço 23 no exemplo acima. Notar que o isolamento não precisa ser totalmente contínuo para prover um efeito útil. A criação de um caminho diferente para a terra é o objetivo. Então, embora, por exemplo, o isolamento possa ser provido por 100 m, ele pode não ser contínuo, ou prover isolamento contínuo nesta distância.

[0349] O benefício da disposição mostrada na Figura 5 é que os comprimentos longos do cabo 41 entre o módulo de coleta 4 e a estrutura metálica 2 requeridos na disposição mostrada na Figura 1 possam ser dispensados. Isso significa que o sistema pode ser mais fácil de instalar. Por exemplo, o sistema pode ser implantado em virtude de um alojamento para o módulo de coleta 4 sendo montado em uma peça de tubo metálico e provido com um contato deslizante para contato com uma outra peça de tubo através do anel. Para simplificar, mais a posição do manômetro de fundo de poço 5 pode ser dispensada e um sensor provido ao longo do módulo de coleta 4 em uma unidade de fundo de poço 4. Tal disposição pode reduzir o tempo de equipamento requerido

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69/90 para instalação.

[0350] Desta maneira em algumas circunstâncias a provisão do meio de isolamento 91,92 pode ser preferida à provisão dos cabos 41. Qual sistema é preferido para uma dada instalação pode ser determinado por fatores externos com relação à instalação ou talvez pela modelagem da instalação particular.

[0351] Em um caso típico, no entanto, a disposição da Figura 1 é provável prover melhor desempenho do que aquela da Figura 5, onde for possível usar este sistema.

[0352] Em uma disposição do tipo mostrado na Figura 5 corrente relativamente maior, mas diferença de potencial relativamente menor, é provável que sejam vistas pelo módulo de coleta. Desta maneira, em uma disposição da Figura 5 a diferença de potencial seria, por exemplo, 10-20 mV e a corrente, por exemplo, 1 Amp. Por outro lado, em uma disposição da Figura 1, a diferença de potencial seria, por exemplo, 100200 mV e a corrente, por exemplo, 100-150 mAmps. Diferença de potencial maior é obtida pelo espaçamento maior dado pelo(s) cabo(s) 41 na disposição da Figura 1, mas a corrente menor é causada pela resistência do(s) cabo(s).

[0353] Exceto por esta diferença em como as conexões são feitas e uma diferença de potencial é obtida, e os benefícios e vantagens diferentes observados, a estrutura e a operação do sistema como mostrado na Figura 5 são similares àquelas mostradas na Figura 1. Desta maneira, as alternativas diferentes que são explicadas acima em relação às Figuras 1 a 4 são também aplicáveis onde um sistema tal como aquele mostrado na Figura 5 é usado.

[0354] Isto quer dizer que uma disposição de isolamento e conexão como mostrado na Figura 5 pode ser usada em cada uma das implementações mostradas nas Figuras 1, 3 e 4 e similarmente as formas

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70/90 diferentes do módulo de coleta 4 e unidade de fundo de poço 4a discutidas acima podem ser usadas em uma disposição tal como aquela mostrada na Figura 5.

[0355] Notar que em algumas circunstâncias pode ser desejável usar os presentes sistemas de distribuição de energia para prover uma instalação de poço pronta para tecnologia sem fio mesmo se não houver intenção de usar as capacidades de tecnologia a sem fio quando o poço é primeiro instalado.

[0356] Desta maneira o arranjo mostrado na Figura 3 onde um repetidor de comunicações 7 e sistema de distribuição de energia associado estão incluídos no anel B pode ser provido quando um poço é primeiro instalado para tornar o poço pronto para tecnologia sem fio. Isso facilitará a comunicação para a superfície se em um momento posterior for decidido usar, por exemplo, uma ferramenta de sinalização sem fio de fundo de poço 71 para sinalizar para a superfície. Notar aqui novamente que há referência a “sem fio” entre fundo do poço e exterior - isto é, sem cabos/fios passando pela cabeça do poço.

[0357] Em outras circunstâncias os presentes sistemas podem ser retroajustados. Por exemplo, um sistema tal como aquele mostrado na Figura 1 instalado no anel A pode ser retroajustado quando tubulação de produção é substituída. Em um outro caso um sistema podería ser instalado no furo principal da tubulação de produção. Notar que importantemente cada uma das disposições e técnicas descritas aqui no presente pedido evita a necessidade de um cabo penetrar através da cabeça do poço 1. Desta maneira esses sistemas podem ser usados onde nenhum penetrador está disponível ou o uso de um é pouco atraente.

[0358] Embora a disposição na Figura 4 mostre a provisão de uma válvula de segurança de subsuperfície adicional 8, em outras circunstâncias um tipo diferente de (possivelmente remotamente operado) válvula ou componente pode ser provido. Por exemplo, uma disposição do

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71/90 tipo mostrado na Figura 4 pode ser usada com uma válvula de ventilação de anel em um poço para permitir comunicação de fluido ou ventilação controlada entre o anel e um outro ou entre um anel e o furo. A válvula podería compreender uma válvula de injeção de gás para permitir que gás passe para o furo de tubulação de produção a partir do anel A. Similarmente a válvula pode ser um empacotador, uma válvula através do empacotador ou uma válvula de desvio de empacotador. Novamente para permitir ventilação de um anel particular sob controle a partir da superfície. Em um outro exemplo a válvula pode compreender uma válvula de controle de fluxo para ou controlar contribuição a partir de uma zona ou prover um meio para permitir captura de dados de acúmulo de pressão aperfeiçoada através da remoção do efeito de armazenamento de furo de poço. Notar que a válvula em cada caso pode ser dispositivo de controle de fluxo que pode não permitir fechamento completo de fluxo, mas, por exemplo, agir como um estrangulador variável. [0359] A válvula ou componente em cada caso pode ser uma válvula ou componente de controle sem fio.

[0360] Em uma outra alternativa as presentes técnicas podem ser usadas para comunicação com e/ou controle de uma ferramenta com suporte por um cabo/fio de fio único ou presa a flexitubo na tubulação de produção 21. Isto quer dizer, tal ferramenta pode ser disposta para aplicar sinais a e/ou capturar sinais a partir da tubulação, sinais que passam pelo repetidor 7.

[0361] Com os sistemas do presente tipo podería ser possível extrair energia no nível de talvez 50 mW. Desta maneira a quantidade de energia que seria extraída não é particularmente grande, mas o que é de interesse é o fato que esta energia pode estar disponível por toda a vida do poço e é suficiente para realização de funções úteis tais como controle de dispositivos de fundo de poço, realizar medições importantes e permitir transmissão dessas medições para a superfície.

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72/90 [0362] Notar que em geral em modalidades do tipo geral mostrado nas Figuras 1 a 4 eficiência de coleta será dominada pela área de seção transversal do(s) cabo(s) 41 e a impedância de fonte provida pelas conexões 41 a e 41 b é baixa. Isso significa que se sistemas de coleta múltiplos estiverem incluídos em uma instalação de poço há pouca redução em desempenho de qualquer um módulo de coleta 4. Notar que em geral qualquer sistema de coleta adicional teria seus próprios cabos 41 onde apropriado. Isso é com base em que perdas em cabo significam que tipicamente pouco seria ganho por ter mais de um sistema de coleta compartilhando um cabo.

[0363] Em geral uma pluralidade de módulos de coleta de qualquer um dos tipos descritos acima pode ser provida em uma instalação de poço. Desta maneira, por exemplo, um manômetro pode ser provido para monitorar condições na tubulação de produção, um manômetro pode ser provido para monitorar um anel e uma válvula pode ser provida, todos têm energia fornecida a partir de um respectivo módulo de coleta separado. Similarmente qualquer um do módulo de coleta pode ser usado para alimentar uma pluralidade de dispositivos. Em alguns casos cada dispositivo pode ter cabo dedicado a partir do módulo de coleta. Em outros casos pode haver um sistema de multiponto onde um cabo do módulo de coleta é usado para conectar a uma pluralidade de dispositivos de fundo de poço. O sistema de multiponto pode ser disposto para permitir distribuição de energia e comunicações com a pluralidade de dispositivos de fundo de poço. Desta maneira, o cabo pode carregar sinais de energia, dados de comunicação e dados de endereçamento. Correspondentemente o módulo de coleta pode ser disposto para administrar o sistema de multiponto.

[0364] Notar que embora nas modalidades acima os cabos 41, 42 corram dentro de anéis desobstruídos, em outros casos um ou mais dos

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73/90 cabos 41, 42 podem passar por um empacotador (incluindo em empacotador por expansão), cimento ou outro dispositivo de vedação anelar. [0365] Será também compreendido que em pelo menos alguns casos características dos presentes sistemas e aparelhos podem ter forma distribuída. Isto quer dizer, por exemplo, o módulo de coleta pode ser provido em uma pluralidade de partes, componentes ou submódulos separados que podem estar localizados diferentemente.

[0366] A Figura 6 mostra uma instalação de poço alternativa que tem similaridade com a instalação mostrada na Figura 1 e os mesmos numerais de referência são usados para indicar as caraterísticas em comum com a modalidade da Figura 1 e descrição detalhada dessas características comuns é omitida.

[0367] A instalação de poço mostrada na Figura 6 ajuda a ilustrar em mais detalhes algumas das alternativas descritas acima em relação a cada uma das instalações de poço mostradas nas e descritas com referência às Figuras 1 a 5.

[0368] A instalação de poço inclui aparelho de monitoramento da mesma maneira que na Figura 1. Desta maneira há um módulo de coleta 4 conectado através de cabos 41 a um par de locais espaçados 41 a e 41b. No entanto, neste caso, um primeiro dos locais 41a é na tubulação de produção 21 e então um primeiro dos cabos 41 está conectado à tubulação de produção enquanto o segundo dos locais espaçados 41 b está no tubo de revestimento de poço 22. Desta maneira há ambos espaçamentos axial e radial entre as conexões 41 a, 41 b nesta modalidade e então o módulo de coleta 4 é conectado através do anel “A”. Ainda, isolamento 91 é provido na tubulação de produção 21 na região da segunda conexão 41b e se estende axialmente em qualquer lado desse. Notar que em uma outra alternativa, uma conexão seria com a formação ao invés de ser com a estrutura metálica. Em alguns casos todos dos

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74/90 aparelhos do sistema de administração de energia poderíam ser providos fora do tubo de revestimento de poço - isto é, entre o tubo de revestimento de poço e a formação. Isso será geralmente indesejável de um ponto de vista de risco/dificuldade em instalação, mas é uma possibilidade.

[0369] Ainda, na presente modalidade há segundo e terceiro módulos de coleta 4’ e 4” (que são parte de respectivas unidades de fundo de poço) providos no anel “A”. Nesta modalidade cada um desses outros módulos de coleta 4’, 4” faz uso do mesmo primeiro cabo 41 e desta maneira um terminal de cada um dos módulos de coleta 4’, 4” é conectado ao primeiro ponto de conexão 41a. Notar que em outras modalidades cabos separados poderíam ser usados para realização dessas conexões com o primeiro ponto de conexão e isso seria preferível levando a desempenho aperfeiçoado. Um cabo superior único, como mostrado, embora possível é improvável ser usado, mas ajuda a simplificar o desenho. Em alguns casos uma pluralidade de módulos de coleta pode ser provida, os quais são distribuídos através de anéis diferentes.

[0370] Na presente modalidade o primeiro módulo de coleta 4 é conectado através de um cabo secundário 41 a um manômetro de fundo de poço 5 similarmente às modalidades mostradas na Figura 1. No entanto, aqui o manômetro de fundo de poço 5 está localizado abaixo de um empacotador P e o cabo 42 passa através dele. O manômetro 5 neste caso é disposto para fazer medições de pressão e/ou temperatura de condições dentro da tubulação de produção 21 através de uma porta 21 a provida na parede da tubulação de produção 21. Isto quer dizer que embora o manômetro de fundo de poço 5 seja provido no anel “A” ele está disposto para medição de parâmetros dentro da tubulação de produção 21.

[0371] Ainda, nesta modalidade segundo e terceiro manômetros de

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75/90 fundo de poço 5’ e 5” são providos. Nesta modalidade cada um dos manômetros de fundo de poço 5, 5’, 5” é conectado ao módulo de coleta 4 através do mesmo cabo secundário 42. Desta maneira este é um sistema de multiponto e o cabo 42 é usado para carregar sinais de energia, sinais de controle, dados de parâmetro e dados de endereçamento para permitir alimentação de cada um dos manômetros 5, 5’, 5” bem como extração de leitura a partir dos mesmos.

[0372] Notar que em modalidades alternativas vários manômetros de fundo de poço ou outros dispositivos de fundo de poço podem ser alimentados a partir de um módulo de coleta 4 através de cabos dedicados individuais 42 ao invés de um cabo único como na presente modalidade. Ainda, como aludido acima, enquanto na presente modalidade há uma pluralidade de manômetros que são alimentados por um módulo de coleta, em outras modalidades um módulo de coleta pode ser usado para alimentar tipos diferentes de dispositivo de fundo de poço. Desta maneira um módulo de coleta, por exemplo, seria usado para alimentar um manômetro de fundo de poço, um repetidor de fundo de poço e uma válvula de fundo de poço.

[0373] Na presente modalidade o segundo módulo de coleta 4’ é parte de uma ferramenta de fundo de poço que compreende ambos um módulo de coleta e um sensor. No presente caso o sensor é disposto para medição de parâmetros no anel “B” através de uma porta 22a provida no primeiro tubo de revestimento de poço 22. Desta maneira, por exemplo, o sensor no segundo módulo de coleta 4’ pode ser disposto a partir da medição da pressão e/ou temperatura no anel “B”.

[0374] Ainda, na presente modalidade o terceiro módulo de coleta 4” é novamente parte de uma ferramenta de fundo de poço compreendendo, neste caso, o módulo de coleta e uma unidade de comunicação para comunicação com sensores 605 providos no anel “B” e no anel “C”. Aqui, comunicação entre os sensores 605 e o segundo módulo de coleta

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4” é através de meios sem fio. Desta maneira, por exemplo, pode haver sinalização indutora ou sinalização acústica entre os sensores 605 e o módulo de coleta 4”. Os sensores 605 podem ser postos fisicamente o mais próximo possível ao módulo de coleta 4”.

[0375] Será compreendido que uma vez os dados estando na unidade de comunicações superior 6, eles podem ser transmitidos adiante para qualquer local desejado usando técnicas de comunicação padrão tais como técnicas de comunicação móveis, a internete outros para um local de mesa D para processamento adicional e/ou revisão. Por certo, conexões com fio seria também providas entre o local de mesa e a unidade de comunicação superior 6.

[0376] Ainda, dados podem também ser enviados a partir do local de mesa D para a unidade de comunicação superior 6 para transmissão para o fundo do poço. Desta maneira, por exemplo, sinais de controle podem ser transmitidos a partir de um local de mesa D através da unidade de comunicação superior 6 para o fundo do poço para controlar operação de um módulo de coleta ou sensor ou válvula de fundo de poço ou repetidor ou outro e similarmente quaisquer dados desejados podem ser enviados desta maneira para o fundo do poço.

[0377] Em uma modalidade alternativa, isolamento pode ser provido no exterior do tubo de revestimento de poço mais externo, por exemplo, o terceiro tubo de revestimento de poço 24 na modalidade mostrada na Figura 6 na região próximo da cabeça do poço 1. Isso pode ajudar a direcionar o potencial negativo máximo causado pelas correntes de proteção catódica mais para baixo para o poço. Isso é em virtude de minimização da fuga nesta região próxima da cabeça do poço. Desta maneira provisão de isolamento no tubo de revestimento de poço mais externo pode ajudar a permitir que a conexão mais alta 41a seja posicionada mais baixo no poço sem reduzir significantemente a eficácia do

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77/90 sistema. Se for considerada a curva de queda de potencial, então através da provisão de isolamento no tubo de revestimento de poço mais externo 24, o potencial negativo cairá muito lentamente na região isolada próximo da cabeça do poço e então começa a cair mais rapidamente uma vez a região não isolada tendo sido atingida.

[0378] A Figura 7 é um gráfico mostrando um exemplo de como a energia ótima disponível para coleta em uma instalação de poço varia com a profundidade no poço. Como mencionado acima, devido ao aumento em diferença de potencial que está disponível conforme o espaçamento entre a conexão aumenta por um lado e a resistência do cabo por outro lado, aí tende a ser uma profundidade ótima para a conexão inferior 41b, ou falando de um outro modo um espaçamento ótimo entre as duas conexões 41a e 41b. O gráfico mostrado na Figura 7 refere-se a uma posição onde a conexão superior 41a está aproximadamente 5 metros abaixo da cabeça do poço e então na região do suporte de revestimento. Neste exemplo pode ser visto que a profundidade ótima na conexão inferior está na ordem de 550 metros para baixo no poço. No entanto, pode ser também visto que uma proporção significante da energia ótima pode ser obtida em profundidas entre, por exemplo, 300 e 950 metros. Em termos gerais seria desejável minimizar o comprimento do cabo enquanto obtendo uma coleta de energia ótima sugerindo minimização da profundidade da segunda conexão. No entanto pode haver algumas circunstâncias onde vantagem do fato que o módulo de coleta pode ser posto mais fundo no poço pode ser obtida.

[0379] O local ótimo para a conexão superior pode depender de onde a corrente CP (ou outra corrente) é injetada e onde a corrente é um máximo ou o potencial causado pela corrente é um máximo. Os presentes métodos e sistemas podem incluir etapas de primeira determinação onde a corrente aplicada (ou potencial) tem magnitude máxima e escolha do local para a conexão superior em dependência disso.

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78/90 [0380] Onde o poço é um poço terrestre a conexão superior pode estar dentro de 100 m da superfície, preferivelmente dentro de 50 m.

[0381] Onde o poço é um poço submarino a conexão superior pode estar dentro de 100 m do solo oceânico, preferivelmente dentro de 50 m.

[0382] Como mencionado acima, embora a descrição acima faça referência à coleta a partir de correntes de proteção catódica e isso seja preferido, se outras correntes estiverem presentes na estrutura metálica, elas podem ser igualmente usadas.

[0383] Será compreendido que embora exemplos particulares sejam dados acima, em geral qualquer um dos componentes do sistema pode ser provido em quaisquer anéis disponíveis.

[0384] Onde for feito menção acima de otimização através de modelagem, por exemplo, em relação ao espaçamento de conexões, uso de isolamento, escolha de espaçamento radial apenas ou axial, e a seleção de uma carga de coleta pré-ajustada, pelo menos um dos parâmetros que seguem pode ser usado no modelo:

1. Taxa de atenuação na parte superior do poço derivada de tubo de revestimento de poço e dimensões tubulares, pesos e tipo de material (resistividade) e a resistividade da sobrecarga (meio circundando o poço).

2. Local da conexão superior.

3. Local da conexão inferior.

4. Área de Seção Transversal e tipo de material (resistividade) do cabo superior usado em entradas para o coletor.

5. Número, local, material (potencial elétrico) e área de superfície dos anodos da cabeça do poço.

6. Resistência eficaz do poço visto a partir do solo oceânico/cabeça do poço, novamente derivada de tubo de revestimento de poço e dimensões tubulares, pesos e tipo de material (resistividade) e resistividade

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79/90 da sobrecarga (meio circundando o poço) mas desta vez para conclusão inteira.

[0385] Em exemplos particulares dos sistemas acima, o cabo ou cabos 41 usados em conexão do módulo de coleta com a estrutura/arredores pode ter uma área de seção transversal de, por exemplo, 10 mm²a 140 mm², 10 mm² seria considerada um limite baixo de um tamanho de cabo operacional desejado. Área de seção transversal maior seria normalmente preferida. Um cabo de 140 mm² seria um cabo tipo plano Kerite (RMT) LTF3. Isso representa a extremidade superior do que é atualmente comercialmente disponível, mas, se disponíveis, tamanhos maiores podem ser usados.

[0386] A Figura 8 é um fluxograma mostrando um processo para otimização da coleta de energia de um módulo de coleta do tipo descrito acima.

[0387] Na etapa 801 o conversor dc em dc 44 inicia uso de ajustes/configuração iniciais e distribui energia disponível para o meio de armazenamento de carga 45.

[0388] Na etapa 802 uma determinação é feita de se há tensão suficiente para alimentar o microprocessador na unidade central 46. Se não tiver, esta etapa 802 repete até a resposta ser sim e quando a resposta for sim, o processo segue para a etapa 803 onde o microprocessador na unidade central 46 é alimentado.

[0389] Então na etapa 804 o microprocessador mede a saída de energia a partir do coletor de energia e na etapa 805 o microprocessador modifica os ajustes do conversor dc em dc 44 para aumentar ligeiramente a carga. Subsequentemente na etapa 806 é feita uma determinação de se isso leva a um aumento em saída do coletor. Se a resposta for sim então o processo retorna para antes da etapa 850 de modo que os ajustes do conversor dc em dc 44 podem ser alterados novamente para aumentar ligeiramente a carga.

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80/90 [0390] Por outro lado, se for feita a determinação na etapa 806 que saída não foi aumentada, então o processo prossegue para a etapa 807 onde o microprocessador modifica os ajustes do conversor dc em dc 44 para diminuir ligeiramente a carga e o processo retorna para antes da etapa 806 de modo que pode ser determinado se isso resultou em um aumento em saída.

[0391] Depois disso, as etapas 805, 806 e 807 são repetidas iterativamente durante a coleta de energia de modo que a carga é sucessivamente aumentada e diminuída com base no resultado na etapa 806. Desta maneira isso leva à otimização dinâmica de coleta de energia.

[0392] Como mencionado acima, onde o conversor dc em dc 44 faz uso de um Transistor de Efeito de Campo e um transformador acompanhante, a etapa de mudança dos ajustes do conversor dc em dc nas etapas 805 e 807 pode compreender a etapa de mudança das tomadas de derivação usadas no transformador secundário a fim de modificar a carga apropriadamente. Isso também será verdadeiro onde tal transformador variável for provido com uma ponte H como mostrado na Figura 2D. Alternativamente em tal caso o ciclo trabalho dos transistores na ponte H pode ser ajustado para variar a carga.

[0393] A Figura 9 mostra um fluxograma ilustrando operação de uma unidade de fundo de poço 4a do tipo descrito acima.

[0394] Na etapa 901 é determinado se há energia suficiente para alimentar o processador na unidade central 46. Se não, o processo fica nesta etapa até haver energia suficiente.

[0395] Quando há energia suficiente, o processo prossegue para a etapa 902 onde é determinado se um comando foi recebido ou há uma solicitação de enviar um conjunto de dados programado. Se não, então o processo permanece neste estado de determinação de se qualquer ação é requerida até ação ser requerida.

[0396] Quando ação é requerida, o processo prossegue para a

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81/90 etapa 903 onde dados são recuperados de um sensor ou de memória conforme requerido e a carga apresentada pelo módulo coletor de energia entre as conexões 41a é modulada para codificar dados.

[0397] Separadamente na cabeça do poço, na etapa 904, o potencial de tensão da cabeça do poço é monitorado e os dados são decodificados em um segundo microprocessador. Então na etapa 905 os dados extraídos podem ser exportados ou retransmitidos para um cliente, por exemplo, através de uma ligação acústica pela água do mar ou uma ligação umbilical.

[0398] A Figura 10 mostra uma instalação de poço incluindo uma plataforma 1000. A cabeça de poço 1 é provida em um deck 1001 da plataforma 1000. Neste caso a estrutura metálica inclui um tubo de subida 1002 entre o solo oceânico e o deck 1001. A tubulação de produção 21 corre dentro do tubo de subida 1002 bem como para o fundo do poço. O tubo de revestimento de poço 22, 23 é provido no fundo do poço. O tubo de revestimento de poço mais interno 22 é uma continuação do tubo de subida 1002. Anodos de proteção catódica 3B são providos na estrutura da plataforma 1000. Conexão elétrica existirá entre a plataforma e a estrutura de fundo do poço 2 (tubo de revestimento de poço e tubulação de produção). Isso pode ser através de um modelo de perfuração 1003 e/ou através da cabeça do poço, tubo de subida e outros componentes tais como guias de tubo de subida. Em tais casos pode ser difícil conhecer onde fazer a conexão superior de uma disposição de coleta do tipo mostrado nas Figuras 1, 3, 4 e 6 para obter melhor desempenho. Não será sempre conhecido onde a corrente de proteção catódica será injetada no tubo condutor (os cursos de membros alongados) que correm para baixo para o poço. Como mencionado acima pode ser desejável fazer a conexão superior adjacente ao local onde a corrente CP é injetada. Se otimização estiver sendo buscada, uma opção é controlar esse ponto de injeção - isto é, assegurar conexão galvânica

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82/90 em um ponto conhecido. Uma outra opção é prover o sistema com uma pluralidade de pontos de conexão superior alternativos para o módulo de coleta e permitir seleção do ponto de conexão mais eficaz após instalação. Tipicamente em tal caso, o sistema de distribuição de energia será instalado com uma pluralidade de conexões de cabo superiores com a estrutura metálica e a com a de melhor desempenho selecionada através de, por exemplo, operação de um comutador sob controle da unidade central.

Opções de sinal, dispositivo e sensor [0399] Várias técnicas de sinalização particulares são descritas acima. Para evitar dúvidas deve ser notado que uma ampla gama de técnicas de sinalização pode ser usada sozinha ou em combinação em várias partes do canal de sinal em sistemas do tipo corrente. Desta maneira sinais sem fio podem ser transmitidos em pelo menos uma das formas que seguem: eletromagnética, acústica, tubulares indutivamente acoplados e pulsação de pressão codificada e referências aqui a “sem fio” referem-se às ditas formas, a menos que de outro modo declarado. [0400] Sinais, a menos que de outro modo declarado, podem incluir sinais de controle e dados. Sinais de controle podem controlar dispositivos de fundo de poço incluindo sensores. Dados de sensores podem ser transmitidos em resposta a um sinal de controle. Além disso, parâmetros de aquisição e/ou transmissão de dados, tal como taxa ou resolução de aquisição e/ou transmissão, podem ser variados usando sinais de controle adequados.

[0401] Pulsos de pressão incluem métodos de comunicação de/para dentro do poço/furo, de/para pelo menos um de um local adicional dentro do poço/furo, e a superfície do poço/furo, usando mudanças de pressão positivas e/ou negativas, e/ou mudanças de taxa de fluxo de um fluido em um espaço tubular e/ou anular.

[0402] Pulsos de pressão codificada são tais pulsos de pressão

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83/90 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/furo para detectar e/ou gerar as variações, e/ou um sistema eletrônico é usado dentro do poço/furo para codificar e/ou decodificar comandos e/ou os dados. Desta maneira, pulsos de pressão usados com uma interface eletrônica em poço/furo são aqui definidos como pulsos de pressão codificada. Uma vantagem de pulsos de pressão codificada, como aqui definido, é que eles podem ser enviados para interfaces eletrônicas e podem prover taxa de transmissão e/ou largura de banda maior do que pulsos de pressão enviados para interfaces mecânicas.

[0403] Onde pulsos de pressão codificada são usados para transmitir sinais de controle, vários esquemas de modulação podem ser usados para codificar sinais de controle tal como uma mudança de pressão ou taxa de mudança de pressão, ligado/desligado (OOK), modulação de posição de pulso (PPM), modulação de largura de pulso (PWM), chaveamento de mudança de frequência (FSK), chaveamento de mudança de pressão (PSK), chaveamento de mudança de amplitude (ASK), combinações de esquemas de modulação também podem ser usados, por exemplo, OOK-PPM-PWM. Taxas de transmissão para esquemas de modulação de pressão codificada são geralmente baixas, tipicamente menos de 10 bps, e podem ser menos de 0,1 bps. Pulsos de pressão codificada podem ser induzidos em fluidos estáticos ou em fluxo e podem ser detectados medindo diretamente ou indiretamente mudanças em pressão e/ou taxa de fluxo. Fluidos incluem líquidos, gases e fluidos de multifase e podem ser fluidos de controle estáticos e/ou fluidos sendo produzidos a partir do ou injetados no poço.

[0404] Sinais sem fio podem ser tais de modo que eles sejam capazes de passar por uma barreira, tal como um tampão ou dito dispositivo de vedação anular, quando fixada no lugar. Desta maneira sinais sem

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84/90 fio podem ser transmitidos em pelo menos uma das formas que seguem: eletromagnética, acústica e tubulares indutivamente acoplados.

[0405] EM/Acústica e pulsação de pressão codificada usam o poço, furo ou formação como o meio de transmissão. O sinal EM/acústico ou de pressão pode ser enviado a partir do poço ou a partir da superfície. Se provido no poço, um sinal EM/acústico pode ser capaz de percorrer através de qualquer dispositivo de vedação anular, embora para certas modalidades, ele possa percorrer indiretamente, por exemplo, ao redor de qualquer dispositivo de vedação anular.

[0406] Sinais eletromagnéticos e acústicos são úteis uma vez que eles podem transmitir através/passar por um dispositivo de vedação anular sem infraestrutura de tubulares indutivamente acoplados especial, e para transmissão de dados, a quantidade de informação que pode ser transmitida é normalmente maior comparado com pulsação de pressão codificada, especialmente recebendo dados a partir do poço.

[0407] Onde tubulares indutivamente acoplados são usados, há normalmente pelo menos dez, geralmente muitos mais, comprimentos individuais de tubular indutivamente acoplado que são reunidos em uso, para formar um cordão de tubulares indutivamente acoplados. Eles têm um fio integral e podem ser formados de tubulares tais como tubulação, tubo de perfuração ou tubo de revestimento de poço. Em cada conexão entre comprimentos adjacentes há um acoplamento indutor. Os tubulares indutivamente acoplados que podem ser usados podem ser providos por N Ο V sob a marca Intellipipe®.

[0408] Desta maneira, sinais sem fio EM/acústicos ou de pressão podem ser transmitidos uma distância relativamente longa como sinais sem fio, enviados por pelo menos 200 m, opcionalmente mais de 400 m ou mais que é um benefício claro com relação a outros sinais de faixa curta. Tubulares indutivamente acoplados proveem esta vanta

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85/90 gem/efeito pela combinação do fio integral e dos acoplamentos indutores. A distância percorrida pode ser muito mais longa, dependendo do comprimento do poço.

[0409] Dados e comandos dentro de sinais podem ser retransmitidos ou transmitidos por outros meios. Desta maneira os sinais sem fio poderíam ser convertidos em outros tipos de sinais sem fio ou com fio, e opcionalmente retransmitidos, pelo mesmo meio ou outros, tais com linhas hidráulicas, elétricas ou de fibra óptica. Por exemplo, sinais podem ser transmitidos através de um cabo por uma primeira distância, tal como mais de 400 m, e então transmitidos através de comunicações acústicas ou EM para uma distância menor, tal como 200 m. Em um outro exemplo eles podem ser transmitidos por 500 m usando pulsação de pressão codificada e então 100 m usando uma linha hidráulica.

[0410] Meio não sem fio pode ser usado para transmitir o sinal em adição ao meio sem fio. A distância percorrida por sinais é dependente da profundidade do poço, frequentemente o sinal sem fio, incluindo repetições, mas não incluindo qualquer transmissão não sem fio, percorre mais de 1000 m ou mais de 2000 m.

[0411] Sinais sem fio diferentes podem ser usados no mesmo poço para comunicações que vão do poço em direção à superfície e para comunicações que vão da superfície para o poço.

[0412] Sinais sem fio podem ser enviados para um dispositivo de comunicação, diretamente ou indiretamente, por exemplo, fazendo uso de retransmissões dentro do poço e/ou abaixo de qualquer dispositivo de vedação anular. Um sinal sem fio pode ser enviado a partir da superfície ou a partir de uma sonda que desce na tubulação de cabo/flexitubo (ou trator) em qualquer ponto no poço opcionalmente acima de qualquer dispositivo de vedação anular.

[0413] Sinais e comunicação acústicos podem incluir transmissão através de vibração da estrutura do poço incluindo tubulares, tubo de

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86/90 revestimento de poço, revestimento, tubo de perfuração, colarinhos de broca, tubulação, flexitubo, haste de bombeio, ferramentas de fundo de poço; transmissão através de fluido (incluindo através de gás), incluindo transmissão através de fluidos em seções sem revestimento do poço, dentro de tubulares, e dentro de espaços anulares; transmissão através de fluidos estáticos ou de fluxo; transmissão mecânica através de cabo, fio de fio único ou haste espiralada; transmissão através da terra; transmissão através de equipamento de cabeça de poço. Comunicação através da estrutura e/ou através do fluido é preferida.

[0414] Transmissão acústica pode ser em frequências subsônicas (< 20 Hz), sônicas (20 Hz - 20 kHz) e ultrassônicas (20 kHz - 2 mHz). Preferivelmente a transmissão acústica é sônica (20 Hz - 20 kHz).

[0415] Sinais e comunicações acústicos podem incluir métodos de modulação de Chaveamento de Mudança de Frequência (FSK) e/ou Chaveamento de Mudança de Fase (PSK) e/ou derivados mais avançados desses métodos, tais como Chaveamento de Mudança de Fase de Quadrature (QPSK) ou Modulação de Amplitude de Quadrature (QAM), e preferivelmente incorporando Técnicas de Espectro Espalhado. Tipicamente eles são adaptados para automaticamente afinar frequências de sinalização acústica e métodos para se adequar às condições.

[0416] Sinais e comunicações acústicos podem ser unidirecionais ou bidirecionais. Transdutor piezelétrico, de bobina móvel ou transdutores magnetorrestritivos podem ser usados para enviar e/ou receber o sinal.

[0417] Comunicação sem fio eletromagnética (EM) (algumas vezes referida como Quase-Estática (QS)) está normalmente nas faixas de frequência de: (selecionadas com base nas características de propagação) sub-ELF (frequência extremamente baixa) < 3 Hz (normalmente acima de 0,01 Hz);

ELF3 Hz a 30 Hz;

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SLF (frequência superbaixa) 30 Hz a 300 Hz;

ULF (frequência ultrabaixa) 300 Hz a 3 kHz; e

VLF (frequência muito baixa) 3 kHz a 30 kHz.

[0418] Uma exceção para as frequências acima é comunicação EM usando o tubo como um guia de ondas, particularmente, mas não exclusivamente, quando o tubo é cheio com gás, caso em que frequências de a partir de 30 kHz a 30 GHz podem ser tipicamente usadas dependendo do tamanho do tubo, do fluido no tubo e da faixa de comunicação. O fluido no tubo é preferivelmente não condutor. A US 5.831.549 descreve um sistema de telemetria envolvendo transmissão giga-hertz em um guia de ondas tubular cheio com gás.

[0419] Sub-ELF e/ou ELF são úteis para comunicações a partir de um poço para a superfície (por exemplo, por uma distância de mais de 100 m). Para comunicações mais locais, por exemplo, menos de 10 m, VLF é útil. A nomenclatura usada para essas faixas é definida pela International Telecommunication Union (ITU). Comunicações EM podem incluir transmissão de comunicação através de um ou mais do que segue: imposição de uma corrente modulada a um membro alongado e uso da terra como retorno; transmissão de corrente em um tubular e provisão de um caminho de retorno em um segundo tubular; uso de um segundo poço como parte de um caminho de corrente; transmissão próximo de campo ou distante de campo; criação de um loop de corrente dentro de uma porção de usinagem do poço a fim de criar uma diferença de potencial entre a usinagem e a terra; uso de contatos espaçados para criar um transmissor dipolo elétrico; uso de um transformador toroidal para impor corrente na usinagem do poço; uso de um sub de isolamento; uma antena em espiral para criar um campo magnético de variação de tempo modulado para transmissão de formação local ou completa; transmissão dentro do tubo de revestimento de poço do poço; uso do membro alongado e terra como uma linha de transmissão coaxial;

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88/90 uso de um tubular como um guia de ondas; transmissão para fora do tubo de revestimento de poço do poço.

[0420] Especialmente útil é imposição de uma corrente modulada em um membro alongado e uso da terra como retorno; criando um loop de corrente dentro de uma porção da usinagem de metal do poço a fim de criar uma diferença de potencial entre a usinagem de metal e a terra; uso de contatos espaçados para criar um transmissor dipolo elétrico; e uso de um transformador toroidal para impor corrente à usinagem de metal do poço.

[0421] Para controlar e direcionar corrente vantajosamente, qualquer número de várias técnicas diferentes pode ser usado. Por exemplo, um ou mais de: uso de um revestimento ou espaçadores de isolamento nos tubulares do poço; seleção de fluidos de controle de poço ou cimentos dentro ou fora de tubulares para conduzir eletricamente com ou isolar tubulares; uso de um toroide de permeabilidade magnética alta para criar indutância e então uma impedância; uso de um fio, cabo isolamento ou condutor alongado isolado para parte do caminho de transmissão ou antena; uso de um tubular como um guia de ondas circular, uso de bandas de frequência de SHF (3 GHz a 30 GHz) e UHF (300 MHza3GHz).

[0422] Vários meios para recepção de um sinal transmitido podem ser usados, esses podem incluir detecção de um fluxo de corrente; detecção de uma diferença de potencial; uso de uma antena dipolo; uso de uma antena em espiral; uso de um transformador toroidal; uso de um efeito Hall ou detector de campo magnético similar; uso de seções da usinagem de metal do poço como parte de uma antena dipolo.

[0423] Onde a expressão “membro alongado” for usada, para os propósitos de transmissão EM, isso podería também significar qualquer condutor elétrico alongado incluindo: revestimento; tubo de revestimento de poço; tubulação ou tubular; flexitubo; haste de bombeio; cabo;

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89/90 tubo de perfuração; fio de fio único ou haste espiralada.

[0424] Manômetros podem compreender um ou mais de vários tipos diferentes de sensor. O ou cada sensor pode ser acoplado (fisicamente ou sem fio) a um transmissor sem fio e dados podem ser transmitidos a partir do transmissor sem fio para acima do dispositivo de vedação anular ou de outro modo em direção à superfície. Os dados podem ser transmitidos em pelo menos uma das formas que seguem: eletromagnética, acústica e tubulares indutivamente acoplados, especialmente acústica e/ou eletromagnética como descrito aqui acima.

[0425] Tal acoplamento sem fio de faixa curta pode ser facilitado por comunicação EM na faixa VLF.

[0426] Os sensores providos podem captar qualquer parâmetro e então ser qualquer tipo de sensor incluindo, mas não necessariamente limitado a, tais como temperatura, aceleração, vibração, torque, deslocamento, movimento, integridade do cimento, pressão, direção e inclinação, carga, vários ângulos de tubular/tubo de revestimento de poço, corrosão e erosão, radiação, ruído, magnetismo, movimentos sísmicos, estresses e tensões em tubular/tubos de revestimento de poço incluindo enrolamento, cisalhamento, compressões, expansão, curvamento e qualquer outra forma de deformação; detecção de traço químico ou radiativo; identificação de fluido tal como detecção de gás; detecção de água, detecção de dióxido de carbono, produção de hidrato, cera e areia; e propriedades de fluido tais como (mas não limitado a) fluxo, densidade, corte de água, resistividade, pH, viscosidade, ponto de bolha, razão de gás/petróleo, composição de hidrocarboneto, cor do fluido ou fluorescência. Os sensores podem ser dispositivos de imagem, mapeamento e/ou varredura tais como, mas não limitado a, câmera, vídeo, infravermelho, ressonância magnética, acústico, ultrassom, elétrico, óptico, impedância e capacitância. Sensores podem também monitorar equipamento no poço, por exemplo, posição da válvula ou rotação do

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90/90 motor. Ainda, os sensores podem ser adaptados para induzir o sinal ou parâmetro detectado através da incorporação de transmissores e mecanismos adequados.

[0427] O aparelho, especialmente os sensores, pode compreender um dispositivo de memória que pode armazenar dados para recuperação em um momento posterior. O dispositivo de memória pode, em certas circunstâncias, ser resgatado e os dados recuperados após resgate. O dispositivo de memória pode ser configurado para armazenar informação por pelo menos um minuto, opcionalmente pelo menos uma hora, mais opcionalmente pelo menos uma semana, preferivelmente pelo menos um mês, mais preferivelmente pelo menos um ano ou mais de cinco anos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço para coleta de energia elétrica em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, caracterizado pelo fato de que compreende:

um módulo de coleta eletricamente conectado à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica.
2. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de coleta é disposto para coletar energia elétrica a partir de correntes dc.
3. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o fluxo de corrente dentro das porções da estrutura metálica em regiões entre o primeiro local e o segundo local está na mesma direção longitudinal.
4. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que há um caminho de fluxo de corrente sem interrupção entre o primeiro local e o segundo local que é pelo menos parcialmente através da estrutura metálica.
5. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o módulo de coleta é eletricamente conectado à estrutura metálica no segundo local.

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6. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer umas das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os locais espaçados são axialmente espaçados.
7. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os locais espaçados são radialmente espaçados.
8. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma conexão entre o pelo menos um dos contatos elétricos e o módulo de coleta é provido por um cabo isolado.
9. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o cabo isolado tem uma área condutora de pelo menos 10 mm^A2, preferivelmente pelo menos 20 mm^A2, mais preferivelmente pelo menos 80 mm^A2.
10. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o cabo é um condutor encapsulado por tubulação.
11. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o espaçamento entre os locais é pelo menos 100 m.
12. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as conexões são feitas com um curso comum de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.
13. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado

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3/13 pelo fato de que uma primeira das conexões é feita a um primeiro curso de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica e uma segunda das conexões é feita com um segundo curso, distinto, de membros alongados metálicos que é parte da estrutura metálica.
14. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que meio de isolamento é provido para isolamento elétrico do primeiro curso de membros alongados metálicos do segundo curso de membros alongados metálicos na região das conexões.
15. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o meio de isolamento compreende uma camada ou revestimento de isolamento provido em pelo menos um dos cursos de membros alongados metálicos.
16. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o meio de isolamento compreende pelo menos um centralizador de isolamento para manter os cursos de membros alongados metálicos separados um do outro.
17. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que os meios de isolamento são providos para evitar contato elétrico entre os dois cursos de membros alongados metálicos por uma distância de pelo menos 100 m.
18. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a corrente fluindo nos membros alongados é fornecida a partir da superfície do poço.
19. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço,

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4/13 de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a corrente que flui no membro alongado é fornecida a partir de um ou mais anodos sacrificiais.
20. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a corrente que flui nos membros alongados é uma corrente impressa a partir de uma fonte de energia externa.
21. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a tensão da superfície do poço é, em uso, limitada a uma faixa menos 0,7 volt a menos 2 volts com relação a uma célula de referência de prata/cloreto de prata.
22. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a diferença de potencial entre os contatos espaçados é menos do que 1 volt, preferivelmente menos de 0,5 volt, mais preferivelmente menos de 0,1 volt.
23. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a resistência da estrutura do poço entre os contatos é menos do que 0,1 ohm, preferivelmente menos de 0,01 ohm.
24. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o contato espaçado superior está:

onde o poço é um poço terrestre, dentro de 100m, preferivelmente dentro de 50 m da superfície terrestre; e onde o poço é um poço submarino, dentro de 100 m, preferivelmente dentro de 50 m do solo oceânico.
25. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço,

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5/13 de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o contato espaçado superior está localizado adjacente a um local que corresponde a uma máxima em magnitude de potencial causado pela corrente elétrica que flui na estrutura.
26. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda meio de comunicação de fundo de poço para transmissão e/ou recepção de dados.
27. Sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o meio de comunicação de fundo de poço está disposto para transmissão de dados através da variação da carga vista entre as conexões nos locais espaçados.
28. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de coleta de energia elétrica de fundo de poço como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes e um dispositivo de fundo de poço, o módulo de coleta sendo eletricamente conectado a e disposto para prover energia ao dispositivo de fundo de poço.
29. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço compreende pelo menos um de:

um sensor de fundo de poço;

um atuador de fundo de poço;

um dispositivo de vedação anular, por exemplo, um empacotador ou um elemento de empacotador;

uma válvula;

um módulo de comunicação de fundo de poço, por exemplo, um transceptor ou repetidor.
30. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de

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6/13 acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que a válvula compreende pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície;

uma válvula de controle de fluxo de furo;

uma válvula de furo para anel;

uma válvula de anel para anel;

uma válvula de furo para câmara de compensação de pressão;

uma válvula de anel para câmara de compensação de pressão;

uma válvula através do empacotador ou de desvio de empacotador.
31. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 30, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço é provido em um local diferente no poço diferente do módulo de coleta.
32. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o módulo de coleta é disposto em um local selecionado no fundo do poço para coleta de energia e um cabo é provido para fornecimento de energia elétrica ainda mais no fundo do poço para o dispositivo de fundo de poço em um local diferente no poço.
33. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a área de seção transversal do núcleo condutor, ou núcleos, do cabo usado para fornecer a energia elétrica ainda mais no fundo do poço é menor do que aquela de cabo usado para conectar o módulo de coleta à estrutura de fundo de poço para coleta da energia.
34. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço para monitoramento de pelo menos um parâmetro em uma instalação

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7/13 de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente de energia elétrica caracterizado pelo fato de que compreende:

um sistema de coleta de energia elétrica como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 28;

um módulo de sensor para captação de pelo menos um parâmetro; e um módulo de comunicação para enviar dados codificando leituras do módulo de sensor em direção à superfície, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica a pelo menos um do módulo de sensor e do módulo de comunicações.
35. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço para monitoramento de pelo menos um parâmetro em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, caracterizado pelo fato de que compreende:

um módulo de sensor para captação de pelo menos um parâmetro;

um módulo de comunicação para envio de dados codificando leituras do módulo de sensor em direção à superfície; e um sistema de coleta de energia elétrica compreendendo um módulo de coleta eletricamente conectado à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido a uma corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica a pelo menos um do módulo de sensor e do módulo de comunicações.
36. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço, de

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8/13 acordo com a reivindicação 34 ou 35, caracterizado pelo fato de que o módulo de comunicação é disposto para modulação da corrente elétrica que flui na estrutura metálica em um local de sinalização de modo a codificar dados para permitir extração dos dados em um local de recepção remoto do local de sinalização através da detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção.
37. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que compreende um detector para detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção para extrair os dados codificados.
38. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 36 ou 37, caracterizado pelo fato de que o módulo de comunicação está disposto para controle da carga gerada pelo módulo de coleta para causar a dita modulação da corrente elétrica na estrutura metálica no local de sinalização.
39. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 38, caracterizado pelo fato de que o módulo de sensor compreende um sensor de pressão.
40. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o sensor de pressão é disposto para monitoramento da pressão do reservatório do poço.
41. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o sensor de pressão é disposto para monitoramento da pressão em um anel do poço.
42. Sistema de monitoramento de poço de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o sensor

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9/13 de pressão é disposto para monitoramento da pressão em um anel fechado do poço.
43. Sistema repetidor de comunicação de fundo de poço para uso em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, caracterizado pelo fato de que compreende:

um sistema de coleta de energia elétrica como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 25;

e um repetidor de comunicações disposto no fundo do poço no poço e disposto para comunicação com um primeiro dispositivo além da cabeça do poço usando um canal de comunicação que é sem fio pelo menos através da cabeça do poço e disposto para comunicação com segundo dispositivo localizado no poço e então abaixo da cabeça do poço de modo que o repetidor de comunicações pode agir como um repetidor entre os primeiro e segundo dispositivos, um sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica ao repetidor de comunicações.
44. Sistema repetidor de comunicação de fundo de poço para uso em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende:

um repetidor de comunicações disposto no fundo do poço no poço e disposto para comunicação com um primeiro dispositivo além da cabeça do poço usando um canal de comunicação que é sem fio pelo menos através da cabeça do poço e disposto para comunicação com segundo dispositivo localizado no poço e então abaixo da cabeça do poço de modo que o repetidor de comunicações pode agir como um repetidor entre os primeiro e segundo dispositivos; e um sistema de coleta de energia elétrica compreendendo um módulo de coleta eletricamente conectado à estrutura metálica em

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10/13 um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica ao repetidor de comunicações.
45. Sistema repetidor de comunicação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 43 ou 44, caracterizado pelo fato de que o repetidor de comunicação é disposto para modulação da corrente elétrica que flui na estrutura metálica em um local de sinalização de modo a codificar dados para permitir extração dos dados em um local de recepção remoto do local de sinalização através da detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção.
46. Sistema repetidor de comunicação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que compreende um detector para detecção do efeito da dita modulação sobre a corrente elétrica no dito local de recepção para extrair os dados codificados.
47. Sistema repetidor de comunicação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 45 ou 46, caracterizado pelo fato de que o repetidor de comunicações é disposto para controlar a carga gerada pelo módulo de coleta para causar a dita modulação da corrente elétrica na estrutura metálica no local de sinalização.
48. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço para operação de um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente elétrica, caracterizado pelo fato de que compreende:

um dispositivo de fundo de poço;

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11/13 um sistema de coleta de energia elétrica compreendendo um módulo de coleta eletricamente conectado à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que, em uso, haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica que flui na estrutura; e o módulo de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir da corrente elétrica, o sistema de coleta de energia elétrica sendo disposto para fornecer energia elétrica ao dispositivo de fundo de poço.
49. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço compreende pelo menos um de:

um sensor de fundo de poço;

um dispositivo de vedação anular, por exemplo, um empacotador ou um elemento empacotador;

uma válvula;

um módulo de comunicação de fundo de poço, por exemplo, um transceptor ou repetidor.
50. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que a válvula compreende pelo menos uma de:

uma válvula de segurança de subsuperfície;

uma válvula de controle de fluxo de furo;

uma válvula de furo para anel;

uma válvula de anel para anel;

uma válvula de furo para câmara de compensação de pressão;

uma válvula de anel para câmara de compensação de pressão;

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12/13 uma válvula através do empacotador ou de desvio de empacotador.
51. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 48 a 50, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de fundo de poço é provido em um local diferente no poço do módulo de coleta.
52. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de que o módulo de coleta é disposto em um local selecionado no fundo do poço para coleta de energia e um cabo é provido para fornecimento de energia elétrica mais no fundo do poço para o dispositivo de fundo de poço em um local diferente no poço.
53. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de que a área de seção transversal do núcleo condutor, ou núcleos, do cabo usado para fornecer a energia elétrica ainda mais no fundo do poço é menor do que aquela de cabo usado para conectar o módulo de coleta à estrutura de fundo de poço para coleta da energia.
54. Sistema de operação de dispositivo de fundo de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 48 a 53, caracterizado pelo fato de que uma fonte de energia adicional está disponível para o dispositivo de fundo de poço além da energia elétrica fornecida pelo módulo de coleta de energia elétrica.
55. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o poço é um poço submarino.
56. Método de alimentação de um dispositivo de fundo de poço em uma instalação de poço tendo estrutura metálica conduzindo corrente de energia elétrica, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

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13/13 conectar eletricamente uma unidade de coleta à estrutura metálica em um primeiro local e a um segundo local espaçado do primeiro local, os primeiro e segundo locais sendo escolhidos de modo que haja uma diferença de potencial entre eles devido à corrente elétrica fluindo na estrutura e a unidade de coleta sendo disposto para coletar energia elétrica a partir de corrente elétrica quando conectada entre locais tendo uma diferença de potencial entre eles;

coleta de energia elétrica a partir da corrente elétrica na unidade de coleta; e fornecimento de energia elétrica a partir da unidade de coleta para o dispositivo de fundo de poço.
57. Método, de acordo com a reivindicação 56, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: determinação de um local onde há uma máxima em magnitude de potencial causado pela corrente elétrica que flui na estrutura e escolha do primeiro local, onde a unidade de coleta é conectada à estrutura metálica, dependendo do local da dita máxima.