BR112020011985A2 - sensores de dano cumulativo de componente de fundo de poço - Google Patents

Abstract

Trata-se sistemas e elementos sensores para o monitoramento indireto de dano cumulativo em componentes de fundo de poço que têm um corpo de sensor que define uma cavidade interna, pelo menos um elemento de desgaste elétrico situado dentro do corpo de sensor, sendo que uma porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico se estende eletricamente a partir da cavidade interna, através do corpo de sensor, e a um exterior do corpo de sensor, e uma substância abrasiva situada dentro da cavidade interna, a substância abrasiva móvel dentro da cavidade interna para entrar em contato com e erodir material do pelo menos um elemento de desgaste elétrico, sendo que a erosão do pelo menos um elemento de desgaste elétrico faz com que uma resistência do pelo menos um elemento de desgaste elétrico aumente.

Description

"SENSORES DE DANO CUMULATIVO DE COMPONENTE DE FUNDO DE POÇO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do pedido US nº 15/843193, depositado em 15 de dezembro de 2017, que está incorporado na presente invenção, a título de referência, em sua totalidade.

ANTECEDENTES

1. Campo da invenção

[0002] A presente invenção se refere, de modo geral, aos componentes de fundo de poço e sensores para monitorar dano ambiental de componentes de fundo de poço.

2. Descrição da técnica relacionada

[0003] Os poços inacabados são perfurados profundamente na terra para muitas aplicações como sequestro de dióxido de carbono, produção geotérmica, e exploração e produção de hidrocarbonetos. Em todas as aplicações, os poços de exploração são perfurados de modo que passem através de ou permitam o acesso a um material (por exemplo, um gás ou fluido) contido em uma formação situada abaixo da superfície da terra. Diferentes tipos de ferramentas e instrumentos podem ser dispostos nos poços inacabados para realizar diversas tarefas e medições.

[0004] Em funcionamento, os componentes de fundo de poço podem estar sujeitos a vibrações e várias temperaturas que podem provocar desgaste, fadiga e/ou falha de tais componentes. Além disso, a combinação de altas temperaturas e vibrações pode atuar sinergicamente para provocar mais dano do que qualquer um deles separadamente. Assim, é vantajoso fornecer monitoramento de tais componentes de fundo de poço para determinar se os componentes se aproximam de uma quantidade de desgaste crítica.

SUMÁRIO

[0005] São revelados na presente invenção sistemas e elementos sensores para o monitoramento indireto de dano cumulativo em componentes de fundo de poço que têm um corpo de sensor que define uma cavidade interna, pelo menos um elemento de desgaste elétrico situado dentro do corpo de sensor, sendo que uma porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico se estende eletricamente a partir da cavidade interna, através do corpo de sensor, e a um exterior do corpo de sensor, e uma substância abrasiva situada dentro da cavidade interna, a substância abrasiva móvel dentro da cavidade interna para entrar em contato com e erodir material do pelo menos um elemento de desgaste elétrico, sendo que a erosão do pelo menos um elemento de desgaste elétrico faz com que uma resistência do pelo menos um elemento de desgaste elétrico aumente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] O assunto, que é considerado como a invenção, é particularmente descrito e distintamente reivindicado nas reivindicações ao final deste relatório descritivo. O supracitado e outras características e vantagens da invenção ficarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos em anexo, sendo que elementos semelhantes são numerados de modo similar, em que:

[0007] a Figura 1 é um exemplo de um sistema para realizar operações de fundo de poço que pode empregar modalidades da presente revelação;

[0008] a Figura 2 representa um sistema para estimulação de formação e produção de hidrocarbonetos que pode incorporar modalidades da presente revelação;

[0009] a Figura 3 é uma ilustração esquemática de um sistema de monitoramento de acordo com uma modalidade da presente revelação;

[0010] a Figura 4 é uma ilustração esquemática de recorte parcial de um elemento sensor de acordo com uma modalidade da presente revelação;

[0011] a Figura 5A é uma ilustração esquemática de um elemento sensor de acordo com uma modalidade da presente revelação; e

[0012] a Figura 58 é uma ilustração esquemática de alguns componentes do elemento sensor da Figura 5A.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0013] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema para realizar operações de fundo de poço. Conforme mostrado, o sistema é um sistema de perfuração 10 que inclui uma coluna de perfuração 20 que tem um conjunto de perfuração 90, também chamado de "conjunto de fundo de poço" ("BHA" - bottom hole assembly), transportado em um poço de exploração 26 que penetra em uma formação de terra 60. O sistema de perfuração 10 inclui uma torre de perfuração convencional 11 ereto em um piso 12 que suporta uma mesa giratória 14 que é girada por uma unidade motriz, como um motor elétrico (não mostrado), a uma velocidade de rotação desejada. A coluna de perfuração 20 inclui um tubular de perfuração 22, como uma tubulação de perfuração, que se estende para baixo a partir da mesa giratória 14 e para dentro do poço 26. Uma ferramenta de desintegração 50, como uma broca de perfuração fixada à extremidade do BHA 90, desintegra as formações geológicas quando a mesma é girada para perfurar o poço de exploração 26. A coluna de perfuração 20 é acoplada a equipamentos de superfície, como sistemas para levantar, girar e/ou empurrar, incluindo, mas não se limitando a, um guincho 30 através de uma junta do kelly 21, cabeça de injeção 28 e cabo 29 através de uma polia 23. Em algumas modalidades, o equipamento de superfície pode incluir um acionamento de topo (não mostrado). Durante as operações de perfuração, o guincho 30 é operado para controlar o peso sobre a broca, o que afeta a taxa de penetração. A operação do guincho 30 é bem conhecida na técnica e não será, portanto, descrita em detalhe aqui.

[0014] Durante as operações de perfuração, um fluido de perfuração adequado 31 (também chamado de "lama") fornecido por uma fonte ou dique de lama 32 é circulado sob pressão através da coluna de perfuração 20 por uma bomba de lama

34. O fluido de perfuração 31 passa para dentro da coluna de perfuração 20 através de um amortecedor de surtos de pressão 36, linha de fluido 38 e da junta do kelly 21.

O fluido de perfuração 31 é descarregado no fundo do poço 51 através de uma abertura na ferramenta de desintegração 50. O fluido de perfuração 31 circula poço- acima através do ânulo 27 entre a coluna de perfuração 20 e o poço 26 e retorna para o dique de lama 32 através de uma linha de retorno 35. Um sensor S1 na linha 38 fornece informações sobre a taxa de fluxo de fluidos. Um sensor de torque de superfície S2 e um sensor S3 associado à coluna de perfuração 20 respectivamente fornecem informações sobre o torque e a velocidade de rotação da coluna de perfuração. Adicionalmente, um ou mais sensores (não mostrados) associados à linha 29 são usados para fornecer informações sobre a carga no gancho da coluna de perfuração 20 e sobre outros parâmetros desejados em relação à perfuração do poço de exploração 26. O sistema pode incluir adicionalmente um ou mais sensores de fundo de poço 70 situados na coluna de perfuração 20 e/ou no BHA 90.

[0015] Em algumas aplicações, a ferramenta de desintegração 50 é girada apenas pela rotação da tubulação de perfuração 22. Entretanto, em outras aplicações, um motor de perfuração 55 (motor de lama) disposto no conjunto de perfuração 90 é usado para girar a ferramenta de desintegração 50 e/ou para sobrepor ou suplementar a rotação da coluna de perfuração 20. Em ambos os casos, a taxa de penetração ("ROP" - rate of penetration) da ferramenta de desintegração 50 no poço de exploração 26 para uma dada formação e um conjunto de perfuração depende em grande parte do peso sobre a broca e da velocidade de rotação da broca. Em um aspecto da modalidade da Figura 1, o motor de lama 55 é acoplado à ferramenta de desintegração 50 através de um eixo de acionamento (não mostrado) disposto em um conjunto de mancal 57. O motor de lama 55 gira a ferramenta de desintegração 50 quando o fluido de perfuração 31 passa através do motor de lama 55 sob pressão. O conjunto de mancal 57 suporta as forças radial e axial da ferramenta de desintegração 50, o empuxo descendente do motor e a carga ascendente reativa a partir do peso aplicado sobre a broca. Estabilizadores 58 acoplados ao conjunto de mancal 57 e outros locais adequados agem como centralizadores para a porção mais inferior do conjunto de motor de lama e outros tais locais adequados.

[0016] A unidade de controle de superfície 40 recebe sinais a partir dos sensores de fundo de poço 70 e dos dispositivos através de um transdutor 43, como um transdutor de pressão, colocado na linha de fluído 38, bem como a partir dos sensores S1, S2, S3, de sensores de carga de gancho, sensores de RPM, sensores de torque, e quaisquer outros sensores usados no sistema e processa tais sinais de acordo com as instruções programadas fornecidas para a unidade de controle de superfície 40. A unidade de controle de superfície 40 exibe parâmetros de perfuração desejados e outras informações em uma tela/monitor 42 para uso por um operador na plataforma de perfuração para controlar as operações de perfuração. A unidade de controle de superfície 40 contém um computador, uma memória para armazenar dados, programas de computador, modelos e algoritmos acessíveis por um processador no computador, um gravador, como unidade de fita, unidade de memória, etc. para registrar dados e outros periféricos. A unidade de controle de superfície 40 pode incluir também modelos de simulação para uso pelo computador para processar dados de acordo com as instruções programadas. A unidade de controle responde a comandos de usuário inseridos através de um dispositivo adequado, como um teclado. A unidade de controle 40 é adaptada para ativar alarmes 44 quando certas condições de operação inseguras ou indesejáveis ocorrem.

[0017] O conjunto de perfuração 90 contém também outros sensores e dispositivos ou ferramentas para fornecer uma variedade de medições referentes à formação circundante ao poço de exploração e para a perfuração do poço de exploração 26 ao longo de uma trajetória desejada. Tais dispositivos podem incluir um dispositivo para medir a resistividade de formação próxima e/ou na frente da broca de perfuração, um dispositivo de raios gama para medir a intensidade de raios gama de formação e dispositivos para determinar a inclinação, azimute e posição da coluna de perfuração. Uma ferramenta de resistividade de formação 64, produzida de acordo com uma modalidade aqui descrita, pode ser acoplada em qualquer local adequado, incluindo acima de um subconjunto de partida inferior 62, para estimar ou determinar a resistividade da formação próximo ou na frente da ferramenta de desintegração 50 ou em outros locais adequados. Um inclinômetro 74 e um dispositivo de raios gama 76 podem ser adequadamente colocados para respectivamente determinar a inclinação do BHA e a intensidade de raios gama de formação. Qualquer inclinômetro e dispositivo de raios gama adequados podem ser usados. Além disso, um dispositivo de azimute (não mostrado), como um magnetômetro ou um dispositivo giroscópico, pode ser usado para determinar o azimute de coluna de perfuração. Tais dispositivos são conhecidos na técnica e, portanto, não serão descritos em detalhe na presente invenção. No exemplo de configuração descrito acima, o motor de lama 55 transfere potência para a ferramenta de desintegração 50 através de um eixo de acionamento oco que também permite que o fluido de perfuração passe do motor de lama 55 para a ferramenta de desintegração 50. Em uma modalidade alternativa da coluna de perfuração 20, o motor de lama 55 pode ser acoplado abaixo do dispositivo de medição de resistividade 64 ou em qualquer outro local adequado.

[0018] Ainda com referência à Figura 1, outros dispositivos de perfilagem durante perfuração ("LWD" - logging-while-drilling) (geralmente denotados na presente invenção pelo número de referência 77), como dispositivos para medir a porosidade de formação, permeabilidade, densidade, propriedades de rocha, propriedades de fluido etc. podem ser colocados em locais adequados no conjunto de perfuração 90 para fornecer informações úteis para avaliar as formações de subsuperfície ao longo do poço de exploração 26. Tais dispositivos podem incluir, mas não se limitam a, ferramentas de medição de temperatura, ferramentas de medição da pressão, ferramentas de medição de diâmetro do poço de exploração (por exemplo, um calibre), ferramentas acústicas, ferramentas nucleares, ferramentas de ressonância magnética nuclear e ferramentas de amostragem e teste de formação.

[0019] Os dispositivos acima observados transmitem dados para um sistema de telemetria de fundo de poço 72, que, por sua vez, transmite os dados recebidos poço acima para a unidade de controle de superfície 40. O sistema de telemetria de fundo de poço 72 também recebe sinais e dados a partir da unidade de controle de superfície 40 que inclui um transmissor e transmite tais sinais e dados recebidos para os dispositivos de fundo de poço adequados. Em um aspecto, um sistema de telemetria de pulso de lama pode ser usado para comunicação de dados entre os sensores de fundo de poço 70 e dispositivos e os equipamentos de superfície durante operações de perfuração. Um transdutor 43 colocado na linha de alimentação de lama 38 detecta os pulsos de lama responsivos aos dados transmitidos pela telemetria de interior de poço 72. O transdutor 43 gera sinais elétricos em resposta às variações de pressão de lama e transmite tais sinais através de um condutor 45 para a unidade de controle de superfície 40. Em outros aspectos, qualquer outro sistema de telemetria adequado pode ser usado para comunicação bidirecional de dados (por exemplo, enlace descendente e enlace ascendente) entre a superfície e o BHA 90, incluindo, mas não se limitando a, um sistema de telemetria acústico, um sistema de telemetria eletromagnético, um sistema de telemetria óptico ou um sistema de telemetria de tubo com fio que pode usar acopladores sem fio ou repetidores na coluna de perfuração ou no poço de exploração. A tubulação com fio pode ser composta pela união de seções de tubulação de perfuração, em que cada seção de tubulação inclui um link de comunicação de dados que funciona ao longo da tubulação. A conexão de dados entre as seções de tubulação pode ser feita por meio de qualquer método adequado incluindo, mas não se limitando a, conexões elétricas com fio ou ópticas, por indução, capacitivas, de acoplamento ressonante ou métodos de acoplamento direcional. No caso em que um flexitubo (tubulação em espiral) é usado como a tubulação de perfuração 22, o link de comunicação de dados pode funcionar ao longo de um lado do flexitubo.

[0020] O sistema de perfuração descrito até aqui se refere àqueles sistemas de perfuração que usam uma tubulação de perfuração para transportar o conjunto de perfuração 90 para o poço de exploração 26, em que o peso sobre a broca é controlado a partir da superfície, tipicamente mediante o controle da operação do guincho.

Entretanto, um grande número dos atuais sistemas de perfuração, especialmente para perfuração de poços de exploração altamente desviados e horizontais, usa flexitubo para transportar o conjunto de perfuração poço abaixo. Em tal aplicação, um propulsor é às vezes instalado na coluna de perfuração para fornecer a força desejada sobre a broca de perfuração. Além disso, quando flexitubo é usado, a tubulação não é girada por uma mesa rotativa mas, em vez disso, é injetada para dentro do poço de exploração por um injetor adequado, enquanto o motor de fundo de poço, como o motor de lama 55, gira a ferramenta de desintegração 50. Para a perfuração marítima, uma plataforma marítima ou uma embarcação é usada para suportar o equipamento de perfuração, incluindo a coluna de perfuração.

[0021] Ainda com referência à Figura 1, pode ser fornecida uma ferramenta de resistividade 64 que inclui, por exemplo, uma pluralidade de antenas incluindo, por exemplo, transmissores 66a ou 66b e/ou receptores 68a ou 68b. A resistividade pode ser uma propriedade de formação que é de interesse na tomada de decisões de perfuração. Os versados na técnica irão observar que outras ferramentas de propriedade de formação podem ser empregadas com ou no lugar da ferramenta de resistividade 64.

[0022] A perfuração de liner pode ser uma configuração ou operação usada para fornecer um dispositivo de desintegração que se torna cada vez mais atraente na indústria de óleo e gás uma vez que tem várias vantagens em comparação com a perfuração convencional. Um exemplo dessa configuração é mostrado e descrito na patente US nº 9.004.195, de propriedade comum, intitulada "Apparatus and Method for Drilling a Borehole, Setting a Liner and Cementing the Borehole During a Single Trip", a qual está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. É importante notar que, apesar de uma taxa de penetração relativamente baixa, o tempo para levar o revestimento ao alvo é reduzido porque o revestimento é aplicado ao interior do poço enquanto o poço de exploração é perfurado, simultaneamente. Isso pode ser benéfico em formações de expansão onde uma contração do poço perfurado pode dificultar uma instalação do liner posteriormente. Adicionalmente, a perfuração com liner em reservatórios esgotados e instáveis minimiza o risco de a tubulação ou coluna de perfuração ficar presa devido ao colapso do furo.

[0023] Embora a Figura 1 seja mostrada e descrita em relação a uma operação de perfuração, os versados na técnica irão reconhecer que configurações similares, embora com componentes diferentes, podem ser usadas para realizar operações de fundo de poço diferentes. Por exemplo, o cabo de aço, o tubo enrolado e/ou outras configurações podem ser usadas conforme conhecido na técnica. Adicionalmente, podem ser empregadas configurações de produção para extrair e/ou injetar materiais a partir de/em formações da terra. Dessa forma, a presente revelação não deve ser limitada a operações de perfuração, mas pode ser empregada para qualquer operação (ou operações) de fundo de poço adequada ou desejada.

[0024] Com referência à Figura 2, é mostrada uma ilustração esquemática de uma modalidade de um sistema 100 para a produção de hidrocarbonetos e/ou avaliação de uma formação de terra 102 que pode empregar modalidades da presente revelação. O sistema 100 inclui uma coluna de poço de exploração 104 disposta em um poço de exploração 106. A coluna 104, em uma modalidade, inclui uma pluralidade de segmentos de coluna ou, em outras modalidades, é um conduto contínuo como um flexitubo. Conforme descrito na presente invenção, "coluna" se refere a qualquer estrutura ou transportador adequado para abaixar uma ferramenta ou outro componente através de um poço de exploração ou conectar uma broca de perfuração à superfície, e não se limita à estrutura e à configuração aqui descritas. O termo "transportador", como usado aqui, significa qualquer dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro que possa ser usado para transportar, alojar, apoiar ou de outro modo facilitar o uso de outro dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro. Exemplos de transportadores não limitadores incluem, mas não se limitam a, tubos de revestimento, cabos de aço, sondas de cabo de aço, sondas de arame, explosivos de queda, subs de fundo de poço, conjuntos de fundo de poço e colunas de perfuração.

[0025] Em uma modalidade, o sistema 100 é configurado como um sistema hidráulico de estimulação. Conforme descrito na presente invenção, "estimulação" pode incluir qualquer injeção de um fluido em uma formação. Um fluido pode ser qualquer substância fluxível como um líquido ou um gás, ou um sólido fluxível como areia. Em tal modalidade, a coluna 104 inclui um conjunto de fundo de poço 108 que inclui uma ou mais ferramentas ou componentes para facilitar a estimulação da formação 102. Por exemplo, a coluna 104 inclui um conjunto de fluido 110, como um dispositivo de luva de fratura ou "frac" ou um sistema de bombeamento submersível elétrico e um conjunto de perfuração 112. Exemplos do conjunto de perfuração 112 incluem cargas conformadas, maçaricos, projéteis e outros dispositivos para perfurar uma parede e/ou um revestimento de poço de exploração. A coluna 104 pode incluir também componentes adicionais, como um ou mais subs de isolamento ou obturador 114.

[0026] Um ou mais dentre o conjunto de fundo de poço 108, o conjunto de fraturamento 110, o conjunto de perfuração 112 e/ou os subs de obturador 114 podem incluir circuitos eletrônicos ou processadores adequados configurados para se comunicarem com uma unidade de processamento de superfície e/ou controlar a(o) respectiva(o) ferramenta ou conjunto.

[0027] Um sistema de superfície 116 pode ser fornecido para extrair material (por exemplo fluidos) da formação 102 ou para injetar fluidos através da coluna 104 na formação 102 com o propósito de fraturar.

[0028] Conforme mostrado, o sistema de superfície 116 inclui um dispositivo de bombeamento 118 em comunicação fluida com um tanque 120. Em algumas modalidades, o dispositivo de bombeamento 118 pode ser usado para extrair fluido, como hidrocarbonetos, da formação 102 e armazenar o fluído extraído no tanque

120. Em outras modalidades, o dispositivo de bombeamento 118 pode ser configurado para injetar fluido do tanque 120 no interior da coluna 104 e introduzi-lo na formação 102 para, por exemplo, estimular e/ou fraturar a formação 102.

[0029] Um ou mais sensores de taxa de fluxo e/ou pressão 122, conforme mostrado, estão dispostos em comunicação fluida com o dispositivo de bombeamento 118 e a coluna 104 para medição de características de fluido. Os sensores 122 podem ser posicionados em qualquer local adequado, como próximo a (por exemplo na saída de descarga) ou no interior do dispositivo de bombeamento 118, na ou próximo a uma cabeça de poço, ou em qualquer outro local ao longo da coluna 104 e/ou no poço de exploração 106.

[0030] Uma unidade de processamento e/ou controle 124 está disposta em comunicação operável com os sensores 122, com o dispositivo de bombeamento 118 e/ou com os componentes do conjunto de fundo de poço 108. A unidade de processamento e/ou controle 124 é configurada para, por exemplo, receber, armazenar e/ou transmitir dados gerados a partir dos sensores 122 e/ou do dispositivo de bombeamento 118 e inclui componentes de processamento configurados para analisar dados provenientes do dispositivo de bombeamento 118 e dos sensores 122, fornecer alertas ao dispositivo de bombeamento 118 ou outra unidade de controle e/ou controlar parâmetros operacionais e/ou se comunicar com e/ou controlar componentes do conjunto de fundo de poço 108. A unidade de processamento e/ou controle 124 inclui qualguer número de componentes adequados, como processadores, memória, dispositivos de comunicação e fontes de energia.

[0031] Vibração e fadiga térmica de placas de circuito, sensores ou outros componentes (deste ponto em diante "componentes de fundo de poço") em sistemas de fundo de poço, conforme mostrado e descrito acima, podem fazer com que o componente de fundo de poço falhe, assim, se exige manutenção e/ou substituição. Para reduzir o risco de falha, os componentes de fundo de poço podem ser substituídos em intervalos regulares ou em um cronograma predeterminado, que pode ser muito antes do que se espera que os componentes de fundo de poço realmente falhem (por exemplo, manutenção preventiva). No entanto, substituir os componentes de fundo de poço prematuramente pode ser oneroso e,

adicionalmente, tal substituição pode ser desnecessária. Assim, há uma necessidade por um sensor simples, passivo e robusto, ou outro dispositivo de monitoramento para medir uma exposição ambiental cumulativa (por exemplo, exposição à vibração, exposição térmica, etc.) que os componentes de fundo de poço sentem. Por exemplo, tais sensores, conforme revelado na presente invenção, fornecem um sensor que se desgasta de modo similar para fornecer monitoramento indireto de componentes de fundo de poço e para possibilitar a determinação da possibilidade de os componentes de fundo de poço se aproximarem de uma quantidade de desgaste ou fadiga de vibração crítica.

[0032] Agora com relação à Figura 3, uma ilustração esquemática de um sistema de monitoramento 300 é mostrada. O sistema de monitoramento 300 está disposto sobre ou em um componente de fundo de poço 302, como uma placa de circuito impresso. O componente de fundo de poço 302, embora mostrado como uma placa de circuito impresso, pode ser qualquer componente de fundo de poço que inclui fiação, conjunto de circuitos e/ou outros elementos que podem sofrer de desgaste, fadiga e/ou falha devido às condições ambientais e/ou operacionais, como vibrações e/ou temperatura enquanto está localizado poço abaixo. O componente de fundo de poço 302, em algumas modalidades, está disposto como parte de uma ferramenta de fundo de poço que é implantada poço abaixo em um poço. Por exemplo, em uma modalidade sem limitação, o componente de fundo de poço 302 é parte de um BHA e fornece controle e/ou função elétrica a pelo menos parte do BHA.

[0033] Conforme mostrado, o componente de fundo de poço 302 inclui um ou mais elementos elétricos 304. Os elementos elétricos 304 podem estar sujeitos a altas temperaturas e/ou vibração durante a implantação através de um poço, durante operações de perfuração, exploração e/ou produção. Em algumas modalidades, o componente de fundo de poço 302 é configurado para controlar eletronicamente um ou mais outros componentes de uma coluna ou estrutura de fundo de poço.

[0034] Para possibilitar o monitoramento passivo in situ de impactos ambientais sobre o componente de fundo de poço 302, o sistema de monitoramento 300 inclui um conjunto de sensor 306. O conjunto de sensor 306 é preso de modo fixo ao componente de fundo de poço 302 e inclui um invólucro protetor 308 que está exposto a um ambiente ao qual o componente de fundo de poço 302 está exposto. O conjunto de sensor 306 está disposto para monitorar um dano cumulativo ou desgaste que é sentido pelo componente de fundo de poço 302. Por exemplo, quando o componente de fundo de poço 302 está disposto poço abaixo, o componente de fundo de poço 302 estará sujeito às vibrações que podem desgastar ou danificar os elementos do componente de fundo de poço 302 (por exemplo, os elementos elétricos 304). Cada vez que o componente de fundo de poço 302 é disposto poço abaixo, os elementos elétricos 304 estarão sujeitos a tais vibrações. O conjunto de sensor 306 (e elementos sensores, conforme descrito na presente invenção) está disposto para fornecer um monitoramento de dano cumulativo passivo a bordo do componente de fundo de poço 302.

[0035] O invólucro protetor 308 isola um ou mais elementos sensores 310, 312. Os elementos sensores 310, 312 estão dispostos ou são configurados para estarem sujeitos a alguns impactos ambientais que são sentidos pelo componente de fundo de poço 302, porém, estão protegidos ou isolados dos outros, como alta pressão de fluido de furo de poço ou fluidos de furo de poço corrosivos ou erosivos, através da proteção pelo invólucro protetor 308. Em algumas modalidades, o invólucro protetor 308 pode ser opcional ou estar completamente ausente, dependendo da configuração específica do conjunto de sensor que é empregado. Ademais, em algumas modalidades, o invólucro protetor 308 pode ser abrível, o que possibilita acesso seletivo ao interior do invólucro protetor 308 e componentes localizados nele (por exemplo, os elementos sensores 310, 312, e fiação associada).

[0036] Conforme mostrado, os elementos sensores 310, 312 são eletricamente conectados aos ou são parte dos respectivos circuitos de detecção 314, 316 através de fiação 318. Em algumas modalidades sem limitação, os elementos sensores 310, 312 e os respectivos circuitos de detecção 314, 316 formam pontes de Wheatstone. Um ou mais dos elementos sensores 310, 312 estão dispostos para sentir as várias condições ambientais, como vibração e condições térmicas que o componente de fundo de poço 302 está exposto durante funcionamento.

[0037] Em um exemplo sem limitação, um primeiro elemento sensor 310 está disposto com fiação elétrica que passa por ou sobre uma superfície interior de um corpo de sensor, conforme descrito na presente invenção. O corpo de sensor é um corpo oco que define uma cavidade interna. O corpo de sensor inclui pelo menos um elemento de desgaste elétrico (por exemplo, um fio) que passa pela cavidade interna ou é instalado ao longo de uma superfície da cavidade interna. Em algumas modalidades, o(s) elemento(s) de desgaste elétrico passará(passarão) através do corpo de sensor a partir de um interior até um exterior do corpo de sensor.

[0038] A cavidade interna é pelo menos parcialmente carregada com uma substância abrasiva que é selecionada para abradar, impactar ou, de outra forma, erodir a fiação dentro da cavidade interna. A fiação dentro da cavidade interna (ou fiação interior) é eletricamente conectada à fiação 318 e ao circuito de detecção 314, assim, se completa um circuito. Como a fiação interior é erodida ou danificada pela substância abrasiva, a condutividade elétrica da fiação interior diminuirá (ou parará se a fiação interior se quebrar) o que pode, assim, desconectar o circuito de detecção 314, que, por sua vez, pode disparar uma notificação ou outro alarme que indica que o componente de fundo de poço 302 estava sujeito às condições ambientais de fundo de poço suficientes para justificar a manutenção (por exemplo, inspeção, reparo, substituição, etc.). Em outro exemplo sem limitação, como uma alternativa ao monitoramento em tempo real, um sensor passivo pode ser medido, verificado ou, de outra forma, inspecionado mediante retorno à superfície. O dano cumulativo aos elementos elétricos no sensor atua como uma memória física que não necessita de nenhuma energia elétrica para armazenar ou manter a memória e que é utilizada aqui no lugar da memória de computador sensível à temperatura e/ou dispendiosa, que poderia registrar continuamente leituras de acelerômetro. Modalidades fornecidas na presente invenção podem ser usadas para prever uma vida útil restante para um sistema ou dispositivo monitorado, então, assim,

possibilitam um cronograma e programas de manutenção preditivos. Uma vez que a fiação interior pode ser usada para representar fadiga no componente de fundo de poço 302 e tal monitoramento deve ser isolado com relação a outras influências, o corpo de sensor pode ser formado a partir de um material eletricamente isolante para evitar conexões elétricas indesejadas.

[0039] Os elementos sensores 310, 312 operam ao serem expostos às mesmas condições que o componente de fundo de poço 302 ao qual estão conectados de modo fixo. Dessa forma, quando o componente de fundo de poço 302 vibra, os elementos sensores 310, 312 também vibrarão. De modo similar, se o componente de fundo de poço 302 estiver exposto a altas temperaturas que podem impactar os elementos do componente de fundo de poço 302 (por exemplo, fiação, partes de metal, conjunto de circuitos, etc.) os elementos sensores 310, 312 estarão também expostos a tais temperaturas. Em algumas modalidades, o segundo elemento sensor 312 pode ser um elemento sensor de controle ou referência 312 que não inclui uma substância abrasiva nele e, assim, pode operar como um teste ou comparação com o primeiro elemento sensor 310.

[0040] Em um exemplo sem limitação de um elemento sensor da presente revelação, o monitoramento tridimensional de forças ou condições que impactam o componente de fundo de poço ao qual um conjunto de sensor é conectado ou fixado é possibilitado. De modo a medir a exposição à vibração cumulativa em três dimensões, cada um dentre um eixo geométrico ou direção X, Y e Z pode estar disposto com três elementos de desgaste elétrico (por exemplo, três fios) dentro da cavidade interna do corpo de sensor, em que cada um dos três fios se estende ao longo de um respectivo eixo geométrico X, eixo geométrico Y e eixo geométrico Z. À erosão é maior quando a substância abrasiva mobilizada atinge, impacta ou, de outra forma, entra em contato com um elemento de desgaste elétrico perpendicular ao eixo geométrico do elemento de desgaste elétrico impactado. Consequentemente, ter elementos de desgaste elétrico dispostos ao longo de todas as três direções principais permite distinguir o dano realizado por vibração ao longo de cada direção. Através da experimentação, modelagem, etc., as propriedades e características da substância abrasiva (por exemplo, tamanho de partícula, dureza, quantidade, etc.) e as propriedades e características dos elementos de desgaste elétrico (por exemplo, diâmetro, espessura, maciez do material, etc.) podem ser selecionadas para imitar de maneira ideal uma degradação de vida útil de um componente de fundo de poço que é monitorado e para possibilitar a estimativa precisa de uma vida útil restante de tal componente de fundo de poço.

[0041] Os elementos de desgaste elétrico interiores diferentes, quando dispostos como fios, podem, em vários pontos no tempo, estar conectados a uma ponte de Wheatstone, que pode incluir os elementos de desgaste elétrico no elemento sensor de referência 312, de modo a medir sensivelmente qualquer aumento na resistência dos elementos de desgaste elétrico interiores que pode resultar da erosão dos elementos de desgaste elétrico interiores. Isto é, conforme a substância abrasiva interage com os elementos de desgaste elétrico interiores, o material dos elementos de desgaste elétrico interiores pode ser removido ou abradado, assim, reduzir o diâmetro ou tamanho do elemento de desgaste elétrico (ou quebrar o mesmo), que, por sua vez, aumentará a resistência dos elementos de desgaste elétrico, que é uma característica mensurável.

[0042] Os elementos de desgaste elétrico interiores podem ser feitos de um material eletricamente condutivo, que é selecionado de modo a ser erodido ou abradado pela substância abrasiva. Por exemplo, a fiação interior pode ser formada a partir de alumínio. A substância abrasiva é um material selecionado para arranhar, cortar, abradar, erodir ou, de outra forma, reduzir a quantidade de material da fiação interior devido aos impactos da substância abrasiva com o elemento de desgaste elétrico interior. Por exemplo, a substância abrasiva pode ser formada a partir de um carboneto de silício granulado, que tem uma dureza de Moh de 9. Em outro exemplo, farinha grossa de diamante industrial, que tem uma dureza de Moh de 10, pode ser usada como a substância abrasiva.

[0043] Em algumas modalidades, um dispositivo de comunicação pode ser eletricamente conectado aos circuitos de detecção 314, 316. Se uma resistência detectada ou medida dentro dos circuitos de detecção 314, 316 excede um limite predeterminado, uma mensagem pode ser disparada para ser enviada a um operador na superfície que o componente de fundo de poço específico 302 se aproxima de um estado de manutenção (por exemplo, desgaste no componente de fundo de poço 302 é projetado de modo a ter alcançado um estado em que necessita de uma operação de manutenção). Em outras disposições, uma ferramenta de medição ou teste pode ser conectada aos circuitos de detecção 314, 316 quando a ferramenta de fundo de poço 302 é trazida para a superfície (por exemplo, desarmado a partir de um poço).

[0044] Agora com relação à Figura 4, uma ilustração esquemática de um elemento sensor 400, de acordo com uma modalidade da presente revelação, é mostrada. O elemento sensor 400 pode ser montado no ou, de outra forma, afixado a um componente de fundo de poço para possibilitar o monitoramento de desgaste devido às vibrações e/ou à temperatura que o componente de fundo de poço está exposto. O elemento sensor 400 inclui um corpo de sensor 402 que define uma cavidade interna oca 404. Conforme mostrado, o corpo de sensor 402 é esférico em formato, embora outros formatos, configurações, geometrias, etc., possam ser empregados sem que se afaste do escopo da presente revelação. O corpo de sensor 402 tem uma pluralidade de elementos de desgaste elétrico que passam por ele, sendo que os elementos de desgaste elétrico se estendem ao longo dos eixos geométricos X, Y e Z para possibilitar monitoramento tridimensional. Conforme mostrado, um primeiro elemento de desgaste elétrico 406 se estende ao longo de um eixo geométrico X, um segundo elemento de desgaste elétrico 408 se estende ao longo de um eixo geométrico Y e um terceiro elemento de desgaste elétrico 410 se estende ao longo de um eixo geométrico Z e esses três elementos de desgaste (por exemplo, fios) são levemente deslocados de modo que não entrem em contato uns com os outros próximos ao centro do corpo de sensor 402 (por exemplo, esfera).

[0045] O corpo de sensor 402 é formado a partir de material isolante, de modo que a única condução elétrica dentro ou fora da cavidade interna 404 seja através dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 que passam pelo corpo de sensor 402. Conforme mostrado, os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 passam da cavidade interna 404, através do corpo de sensor 402 e até um exterior do corpo de sensor 402, onde tais elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 podem ser eletricamente conectados a outros elementos elétricos ou acessíveis para estarem seletivamente conectados.

[0046] Por exemplo, os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 podem estar, cada um, conectados a um circuito de detecção independente ou dedicado, seja continuamente ou sob demanda. Conforme esquematicamente mostrado com relação ao segundo elemento de desgaste elétrico 408, o elemento de desgaste elétrico 408 pode, opcionalmente, passar por uma porção isolada 412 do corpo de sensor 402. A porção isolada 412 pode ser um plugue ou outra parte do corpo de sensor 402 que está disposta para sustentar o segundo elemento de desgaste elétrico 408 conforme o mesmo passa pelo corpo de sensor 402 e pode fornecer também sustentação rígida ou estrutural para evitar que o segundo elemento de desgaste elétrico 408 quebre nos pontos onde o segundo elemento de desgaste elétrico 408 entra e sai do corpo de sensor 402. Em modalidades que têm a porção isolante 412 do corpo de sensor 402, o corpo de sensor 402 pode ser formado com qualquer material desejável, mesmo, opcionalmente, um material eletricamente condutivo, sendo que a porção isolante 412 isola eletricamente e isola os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 nos locais onde os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 passam pelo corpo de sensor 402.

[0047] A cavidade interna 404 do corpo de sensor 402 é pelo menos parcialmente carregada com uma substância abrasiva 414. A substância abrasiva 414 é selecionada para abradar, impactar ou, de outra forma, erodir o material dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410, de modo que, conforme os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 são impactados pela substância abrasiva 414, o material dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 seja removido e uma resistência elétrica seja aumentada (por exemplo, quando testada por um circuito de detecção conectado). O impacto da substância abrasiva 414 contra os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 é provocado pelo movimento (por exemplo, vibrações) do corpo de sensor 402. Conforme o corpo de sensor 402 vibra, a substância abrasiva 414 será movida dentro da cavidade interna 404 do corpo de sensor 402.

[0048] Em um exemplo de modalidade, a substância abrasiva 414 é um material particulado ou granular (por exemplo, um material de farinha grossa) que, conforme o corpo de sensor 402 é vibrado, as partículas da substância abrasiva 414 são empurradas e mobilizadas por choque e vibrações em contato com os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410. Conforme as partículas impactam os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410, o material dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 será removido, assim, se aumenta uma resistência dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410, que podem ser medidos com o uso de um circuito de detecção, como uma ponte de Wheatstone. A erosão do material dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 faz com que a resistência elétrica dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 aumente de maneira cumulativa e permanente individual ou separadamente. Uma taxa de erosão dos elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 pode depender de um ângulo no qual um objeto (por exemplo, os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410) é atingido por um objeto (por exemplo, a substância abrasiva 414). Dessa forma, conforme mostrado na modalidade da Figura 4, o elemento sensor 400 está disposto para fornecer medições de exposição à vibração de eixo geométrico X, Y e Z cumulativas e separadas ao ter os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 como dispostos, conforme mostrado e descrito acima.

[0049] Aqueles versados na técnica entenderão que o número de elementos de desgaste elétrico instalados em um elemento sensor da presente revelação não se limita a três, conforme mostrado. Isto é, inúmeros elementos de desgaste elétrico podem ser instalados dentro dos corpos de sensor da presente revelação. Em algumas modalidades, um único elemento de desgaste elétrico pode estar disposto, o qual passa por uma cavidade interna de um corpo de sensor. Em algumas tais modalidades, uma dimensão única de monitoramento de desgaste pode ser fornecida. Ademais, inúmeros elementos sensores podem ser instalados em um ou mais componentes de fundo de poço.

[0050] Conforme mostrado na Figura 4, os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 estão dispostos como fios que passam pelo elemento sensor 400 ao longo dos respectivos eixos geométricos X, Y e Z. Uma vez que os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 são eletricamente condutivos, e é desejável monitorar a vibração ou desgaste em uma direção de cada um dos respectivos eixos geométricos X, Y e Z, os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 estão posicionados para não entrarem em contato uns com os outros em um centro 416 do elemento sensor 400. Isto é, os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410 estão dispostos para serem deslocados uns dos outros de modo que nenhum contato elétrico ocorra entre os elementos de desgaste elétrico 406, 408, 410.

[0051] A substância abrasiva da presente revelação pode ser material particulado, um fluido, uma combinação de fluido e sólido (por exemplo, particulado suspenso), um gás ou líquido que altera o material ou estado de fase dependendo da temperatura, etc. Em algumas modalidades, a substância abrasiva preencherá menos do que a cavidade interna inteira do corpo de sensor. Em um exemplo sem limitação, o volume da cavidade interna é 50% preenchido pela substância abrasiva. Em outra modalidade, como com particulados suspensos em líquido, a cavidade interna inteira (100%) pode ser preenchida com a suspensão líquida abrasiva. Exemplos de potenciais substâncias abrasivas particuladas incluem, porém, sem limitação, vidro, cerâmica, aço (por exemplo, fio de corte, projétil, farinha grossa), óxido de alumínio, carboneto de silício, granada, diamante, etc. A seleção da substância abrasiva pode ser com base no material específico dos elementos de desgaste elétrico, na quantidade de volume dentro da cavidade interna do corpo de sensor, do material usado para formar o corpo de sensor ou com base em outras considerações. Uma consideração é selecionar uma substância abrasiva que erodirá os elementos de desgaste elétrico através do impacto em uma taxa predeterminada ou desejada que é representativa de um desgaste em outros eletrônicos do componente de fundo de poço ao qual o elemento sensor é instalado.

[0052] De modo similar, o material dos elementos de desgaste elétrico pode ser selecionado pelas propriedades de desgaste com base na exposição à substância abrasiva, de modo que o desgaste dos elementos de desgaste elétrico imite ou simule o desgaste ou a fadiga de um ou mais componentes eletrônicos, como placas de circuito, do componente de fundo de poço ao qual o elemento sensor é instalado. Assim, a seleção do material da substância abrasiva e os elementos de desgaste elétrico podem ser selecionados em combinação para alcançar um padrão de desgaste desejado.

[0053] Conforme mencionado, a seleção da substância abrasiva pode incluir líquidos. Um propósito para empregar um líquido (seja como um fluido de suspensão ou para fornecer a abrasão) é possibilitar a alteração em viscosidade devido à temperatura. A alteração em viscosidade pode ser adaptada para imitar o potencial de dano de vibração aumentado em temperaturas superiores. Isso é possível uma vez que o dano por erosão de partículas em suspensão será maior em viscosidade inferior. Em tais modalidades, o corpo de sensor pode ser formado a partir de um material que é termicamente condutivo, porém, eletricamente isolado. Em suspensão, um exemplo de configuração seria preencher a cavidade interna com 1- propanol. 1-propanol é um líquido abaixo de cerca de 97ºC e ferverá em pressão atmosférica em cerca de 97ºC. Caso esteja vedada em uma câmara de volume fixo acima de 97ºC, a fração de gás continuará a aumentar com a temperatura e a fração de líquido continuará a diminuir com a temperatura, de modo que uma quantidade maior da substância abrasiva será retardada pelo gás menos viscoso e uma quantidade menor da substância abrasiva será retardada pelo líquido mais viscoso que resulta em uma mistura mais abrasiva com uma capacidade abrasiva dependente da temperatura e, assim, pode imitar o maior dano que componentes de fundo de poço sentem quando aquecidos e vibrados.

[0054] Dessa forma, se um tal elemento sensor for instalado em um componente de fundo de poço e o componente de fundo de poço for sujeito a vibrações e diferentes temperaturas, a taxa de erosão dos elementos de desgaste elétrico pode ser variável com base na temperatura. Por exemplo, quando o componente de fundo de poço está localizado em temperaturas relativamente baixas, como na superfície ou em estágios de implantação precoces, vibrações podem não ser tão danosas e, assim, o estado líquido de uma porção da substância abrasiva evitará que o dano/erosão excessivo ocorra nos elementos de desgaste elétrico. No entanto, quando o componente de fundo de poço está localizado poço abaixo e em funcionamento e sujeito às altas temperaturas de fundo de poço, mais da porção líquida evaporará e se tornará gasosa, nesse momento as partículas suspensas podem impactar de maneira mais eficaz os elementos de desgaste elétrico. Outro exemplo de fluido pode ser 1-butanol, que tem um ponto de ebulição em pressão atmosférica de aproximadamente 117ºC.

[0055] Agora com referência às Figuras 5A a 5B, ilustrações esquemáticas de um elemento sensor 500 de acordo com uma modalidade da presente revelação são mostradas. Em contrapartida com a modalidade descrita acima com um corpo de sensor em formato esférico, o elemento sensor 500 tem um corpo de sensor 502 que é cúbico em formato. O corpo de sensor 502 é formado a partir de uma pluralidade de placas 504. As placas 504 são montadas em uma base 506 e podem ser terminadas por um topo 508. Cada uma das placas 504 inclui uma primeira porção 510 de um elemento de desgaste elétrico. De modo similar, a base 506 inclui uma ou mais segundas porções 512 do elemento de desgaste elétrico, em que as primeiras porções 510 e as segundas porções 512 são eletricamente conectáveis para formar um ou mais elementos de desgaste elétrico dentro do corpo de sensor 502. Conforme ilustrativamente mostrado, uma parte da segunda porção 512 na base 506 forma uma primeira porção de direção de um elemento de desgaste elétrico, e cada uma das primeiras porções 510 mostradas na Figura 5B representam outras porções de direção, de modo que um elemento sensor tridimensional 500 possa ser montado. Em algumas modalidades, toda ou qualquer uma das placas 504, a base 506 e/ou o topo 508 pode incluir porções de um elemento de desgaste elétrico.

[0056] O elemento sensor 500 pode ser preenchido com uma substância abrasiva similar àquela descrita acima. Em um exemplo sem limitação, o elemento sensor 500, conforme mostrado, forma uma caixa feita de placas de cerâmica que incluem pistas (por exemplo, as porções 510, 512) condutivas (por exemplo, metálicas) que formam o(s) elemento(s) de desgaste elétrico. As porções 510, 512 podem ser desgastadas pelos impactos ou pelo contato com a substância abrasiva, similar àquela descrita acima. Dessa forma, em algumas modalidades, o(s) elemento(s) de desgaste elétrico pode(m) ser "estruturas de moer" em que o material das porções 510, 512 é desgastado ou lascado, com um aumento em resistência que resulta dele, similar à disposição de fio descrita acima. As segundas porções 512 se estendem até uma borda da base 506 e possibilitam conexão elétrica a uma placa de circuito impresso à qual o elemento sensor 500 é fixado, ou possibilitam conexão sob demanda a um voltímetro, medidor de ohms, ou outro dispositivo de teste elétrico. Embora as segundas porções 512 nas Figuras 5A a 5B sejam mostradas em uma disposição específica, aqueles versados na técnica entenderão que as segundas porções que estão localizadas na base e/ou as primeiras porções localizadas nas placas podem ter qualquer disposição ou configuração, sem que se afaste do escopo da presente revelação.

[0057] Em um exemplo do elemento sensor 500 das Figuras 5A a 5B, a cavidade interna do elemento sensor cúbico 500 pode ser preenchida com um fluido com partículas suspensas nele, similar àquele descrito acima. Conforme será entendido por aqueles versados na técnica em vista da revelação acima, qualquer tipo de fluido, que inclui óleos minerais, podem ser usados com um ponto de evaporação selecionado que é selecionado por temperaturas e/ou propriedades de viscosidade específicas. Isto é, o fluido pode ser selecionado para alterar a fase

(por exemplo, líquido para gás, alteração de fase supercrítica, etc.) em uma temperatura predeterminada.

[0058] Por exemplo, em outro exemplo que usa o elemento sensor cúbico 500, a cavidade interna pode ser preenchida com propano, que tem uma temperatura crítica próxima a 96,7ºC, que é aproximadamente a temperatura mínima da maior parte dos poços próximo à parte inferior de poço. As placas 504 podem ter cerca de 10 mm de altura, e terminadas com um topo 508. As primeiras porções 510 nas placas 504 podem ser parcialmente submersas com uma suspensão de fluido que tem cerca de 5 mm (isto é, cerca de metade da altura das placas 504) preenchidos com uma farinha grossa e cerca de 4 mm da coluna de propano líquido em temperatura ambiente contidos na cavidade interna. Inicialmente, em temperatura ambiente nesse exemplo, cerca de 80% da farinha grossa é imerso no propano líquido viscoso e apenas 20% da farinha grossa está em um vapor de baixa viscosidade (isto é, acima do nível líquido dentro da cavidade interna). Os 20% que não estão submersos estarão livres para se mover e 80% que estão submersos terão movimento altamente atenuado. No entanto, acima da temperatura crítica de 96,7ºC, o propano se tornará supercrítico e, assim, toda a farinha grosseira estará localizada agora dentro de um fluido supercrítico que tem viscosidade menor que o líquido (porém, uma viscosidade maior que o vapor de propano). Embora a descrição acima seja feita com relação ao propano, outros fluidos podem ser usados sem que se afaste do escopo da presente revelação. Por exemplo, vários fluidos não inflamáveis e não tóxicos com uma temperatura supercrítica de aproximadamente 100ºC podem ser empregados. Alguns dos tais exemplos podem ser refrigerantes de halocarboneto (por exemplo, R12, R22 e R134a), que são normalmente conhecidos como Freons.

[0059] Vantajosamente, modalidades fornecidas na presente invenção são direcionadas aos sistemas de monitoramento passivo que possibilitam monitoramento de desgaste de componentes de fundo de poço, sendo que tal monitoramento é executado in situ. Os sistemas de monitoramento estão dispostos para possibilitar erosão de elementos de desgaste elétrico devido às condições ambientais, como vibrações e condições térmicas. Através da erosão dos elementos de desgaste elétrico e teste de uma resistência em um dispositivo de teste eletricamente conectado aos elementos de desgaste elétrico, uma resistência pode ser medida com a resistência que representa ou indica uma quantidade de desgaste dos elementos de desgaste elétrico. Conforme a erosão dos elementos de desgaste elétrico aumenta, também aumenta a resistência quando conectada a um circuito de teste, como uma ponte de Wheatstone.

[0060] Através de simulações, teste e observação, é possível determinar quando uma resistência específica é medida, que um componente de fundo de poço esteve sujeito a muita vibração ou outra condição ambiental. Os elementos de desgaste elétrico e uma substância abrasiva podem ser selecionados para corresponder de maneira precisa o elemento sensor específico com o componente de fundo de poço que deve ser monitorado. Vários formatos geométricos de corpos de sensor podem ser empregados para possibilitar diferentes propriedades físicas ou para se adaptar a um componente de fundo de poço específico a ser monitorado.

[0061] Modalidade 1: Elemento sensor para o monitoramento indireto de dano cumulativo em componentes de fundo de poço, sendo que o elemento sensor compreende: um corpo de sensor que define uma cavidade interna, pelo menos um elemento de desgaste elétrico situado dentro do corpo de sensor, sendo que uma porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico se estende eletricamente a partir da cavidade interna, através do corpo de sensor, e a um exterior do corpo de sensor, e uma substância abrasiva situada dentro da cavidade interna, a substância abrasiva móvel dentro da cavidade interna para entrar em contato com e erodir material do pelo menos um elemento de desgaste elétrico, sendo que a erosão do pelo menos um elemento de desgaste elétrico faz com que uma resistência do pelo menos um elemento de desgaste elétrico aumente.

[0062] Modalidade 2: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o pelo menos um elemento de desgaste elétrico é um fio que passa através da cavidade interna.

[0063] Modalidade 3: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o pelo menos um elemento de desgaste elétrico compreende três fios, sendo que cada fio passa através da cavidade interna, sendo que um de cada um dos três fios se estende ao longo de um eixo geométrico X, um eixo geométrico Y e um eixo geométrico Z.

[0064] Modalidade 4: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que os três fios estão dispostos de modo que nenhum contato elétrico ocorra entre os três fios.

[0065] Modalidade 5: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o corpo de sensor é esférico em formato.

[0066] Modalidade 6: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o corpo de sensor é um corpo de sensor em formato cúbico.

[0067] Modalidade 7: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o corpo de sensor compreende uma pluralidade de placas, em que pelo menos uma primeira porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico é formada ao longo de uma superfície interior de pelo menos uma dentre a pluralidade de placas voltada para a cavidade interna.

[0068] Modalidade 8: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o corpo de sensor compreende adicionalmente uma base e cada uma dentre a pluralidade de placas é montada na base para definir o corpo de sensor em formato cúbico, e em que uma segunda porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico está disposta na base.

[0069] Modalidade 9: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que a substância abrasiva compreende pelo menos um material particulado e cascalho.

[0070] Modalidade 10: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que a substância abrasiva compreende um fluido e um material particulado, sendo que o material particulado é suspenso dentro do fluido.

[0071] Modalidade 11: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o fluido compreende um fluido supercrítico.

[0072] Modalidade 12: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o fluido é selecionado para alterar de fase em uma temperatura predeterminada.

[0073] Modalidade 13: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o corpo de sensor é formado a partir de um material que é eletricamente isolante e termicamente condutivo.

[0074] Modalidade 14: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o corpo de sensor é eletricamente isolante.

[0075] Modalidade 15: Elemento sensor, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o corpo de sensor compreende uma porção isolada, onde pelo menos um elemento de desgaste elétrico passa através do corpo de sensor na porção isolada.

[0076] Modalidade 16: Sistema de monitoramento que compreende: um componente de fundo de poço que compreende pelo menos um elemento elétrico, sendo que o componente de fundo de poço está disposto como parte de uma ferramenta de fundo de poço para implantação em um poço; e um conjunto de sensor montado no componente de fundo de poço, sendo que o conjunto de sensor compreende: pelo menos um elemento sensor que tem um corpo de sensor que define uma cavidade interna; pelo menos um elemento de desgaste elétrico localizado dentro do corpo de sensor, em que uma porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico se estende eletricamente a partir da cavidade interna, através do corpo de sensor e para um exterior do corpo de sensor; e uma substância abrasiva localizada dentro da cavidade interna, sendo que a substância abrasiva é móvel dentro da cavidade interna para entrar em contato com e erodir o material do pelo menos um elemento de desgaste elétrico, em que a erosão do pelo menos um elemento de desgaste elétrico faz com que uma resistência do pelo menos um elemento de desgaste elétrico aumente.

[0077] Modalidade 17: Sistema de monitoramento, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o pelo menos um elemento sensor compreende um primeiro elemento sensor e um segundo elemento sensor, sendo que o primeiro elemento sensor inclui a substância abrasiva no mesmo e o segundo elemento sensor é um elemento sensor de referência que não contém a substância abrasiva no mesmo.

[0078] Modalidade 18: Sistema de monitoramento, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, que compreende adicionalmente um invólucro protetor, sendo que o pelo menos um elemento sensor é alojado dentro do invólucro protetor.

[0079] Modalidade 19: Sistema de monitoramento, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que o componente de fundo de poço é uma placa de circuito impresso.

[0080] Modalidade 20: Sistema de monitoramento, de acordo com qualquer modalidade na presente invenção, em que a substância abrasiva compreende um fluido e um material particulado, sendo que o material particulado é suspenso dentro do fluido.

[0081] Em apoio aos ensinamentos da presente invenção, vários componentes de análise podem ser usados incluindo um sistema digital e/ou analógico. Por exemplo, controladores, sistemas de processamento de computador e/ou sistemas de direcionamento geológico, conforme aqui fornecidos e/ou usados com as modalidades aqui descritas, podem incluir sistemas digitais e/ou analógicos. Os sistemas podem ter componentes como processadores, mídias de armazenamento, memória, entradas, saídas, links de comunicação (por exemplo, com fio, sem fio, óptico ou outros), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinal (por exemplo, digital ou analógico) e outros tais componentes (por exemplo, como resistores, capacitores, indutores e outros) para fornecer operação e análises do aparelho e métodos revelados na presente invenção em qualquer uma de várias maneiras bem entendidas na técnica. É considerado que esses ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados em combinação com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em uma mídia legível por computador não transitória, incluindo memória (por exemplo, ROMs, RAMs), óptica (por exemplo, CD-ROMs), ou magnética (por exemplo, discos, discos rígidos), ou qualquer outro tipo que, quando executado, faz com que um computador implemente os métodos e/ou processos aqui descritos. Essas instruções podem fornecer operação do equipamento, controle, coleta de dados, análise e outras funções consideradas relevantes por um designer de sistemas, proprietário, usuário, ou outro pessoal, além das funções descritas nesta revelação. Os dados processados, como resultado de um método implementado, podem ser transmitidos como um sinal através de uma interface de saída de processador para um dispositivo de recebimento de sinal. O dispositivo de recebimento de sinal pode ser um monitor de exibição ou impressora para apresentar o resultado para um usuário. Alternativa ou adicionalmente, o dispositivo de recebimento de sinal pode ser uma memória ou uma mídia de armazenamento. Será observado que o armazenamento do resultado na memória ou na mídia de armazenamento pode transformar a memória ou mídia de armazenamento em um novo estado (isto é, que contém o resultado) a partir de um estado anterior (isto é, que não contém o resultado). Adicionalmente, em algumas modalidades, um sinal de alerta pode ser transmitido a partir do processador para uma interface de usuário se o resultado exceder um valor limite.

[0082] Adicionalmente, vários outros componentes podem ser incluídos e chamados para fornecer aspectos dos ensinamentos da presente invenção. Por exemplo, um sensor, transmissor, receptor, transceptor, antena, controlador, unidade óptica, unidade elétrica e/ou unidade eletromecânica podem ser incluídos em apoio aos diversos aspectos discutidos na presente invenção ou em apoio a outras funções além desta revelação.

[0083] O uso dos termos "um", "uma", "o" e "a" e referências similares no contexto de descrever a invenção (especialmente no contexto das reivindicações a seguir) deve ser interpretado como abrangendo tanto o singular quanto o plural, exceto onde indicado em contrário na presente invenção ou claramente contradito pelo contexto. Além disso, deve ser considerado adicionalmente que os termos "primeiro", "segundo" e similares na presente invenção não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, sendo ao invés disso usados para distinguir um elemento de outro. O modificador "cerca de" usado em conexão com uma quantidade é inclusivo do valor declarado e tem o significado ditado pelo contexto (por exemplo, ele inclui o grau de erro associado à medição da quantidade específica).

[0084] Será reconhecido que os vários componentes ou tecnologias podem fornecer certos recursos ou funcionalidades necessárias ou benéficas. Consequentemente, essas funções e recursos conforme pode ser necessário em apoio às reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidos como sendo inerentemente incluídos como uma parte dos ensinamentos da presente invenção e uma parte da presente revelação.

[0085] Os ensinamentos da presente revelação podem ser usados em uma variedade de operações de poços. Essas operações podem envolver o uso de um ou mais agentes de tratamento para tratar uma formação, os fluidos residentes em uma formação, um poço de exploração e/ou equipamentos no poço de exploração, como uma tubulação de produção. Os agentes de tratamento podem estar sob a forma de líquidos, gases, sólidos, semissólidos e misturas dos mesmos. Os agentes de tratamento ilustrativos incluem, mas não se limitam a, fluidos de fraturamento, fluidos de estimulação, ácidos, vapor, água, salmoura, agentes anticorrosão, cimento, modificadores de permeabilidade, lamas de perfuração, emulsificantes, desemulsificantes, sinalizadores, melhoradores de fluxo, etc. As operações de poços ilustrativas incluem, mas não se limitam a, fraturamento hidráulico, estimulação, injeção de sinalizador, limpeza, acidificação, injeção de vapor, injeção de água, cimentação, etc.

[0086] Embora as modalidades descritas na presente invenção tenham sido descritas com referência a várias modalidades, será entendido que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem que se afaste do escopo da presente revelação. Adicionalmente, muitas modificações serão observadas para adaptar um instrumento, situação ou material específico aos ensinamentos da presente revelação sem que se afaste do escopo da mesma. Portanto, pretende-se que a revelação não se limite às modalidades específicas reveladas como o melhor modo contemplado para realizar os recursos descritos, mas que a presente revelação inclua todas as modalidades abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

[0087] Consequentemente, as modalidades da presente revelação não devem ser vistas como limitadas pela descrição anteriormente mencionada, mas são apenas limitadas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Elemento sensor (310, 312) para o monitoramento indireto de dano cumulativo para componentes de fundo de poço, sendo que o elemento sensor é caracterizado por compreender: um corpo de sensor (402, 502) que define uma cavidade interna (404); pelo menos um elemento de desgaste elétrico (406, 408, 410) situado dentro do corpo de sensor, sendo que uma porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico se estende eletricamente a partir da cavidade interna, através do corpo de sensor, e a um exterior do corpo de sensor; e uma substância abrasiva (414) situada dentro da cavidade interna, a substância abrasiva móvel dentro da cavidade interna para entrar em contato com e erodir material do pelo menos um elemento de desgaste elétrico, sendo que a erosão do pelo menos um elemento de desgaste elétrico faz com que uma resistência do pelo menos um elemento de desgaste elétrico aumente.

2. Elemento sensor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o pelo menos um elemento de desgaste elétrico ser um fio que passa através da cavidade interna.

3. Elemento sensor, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o pelo menos um elemento de desgaste elétrico compreender três fios, sendo que cada fio passa através da cavidade interna, sendo que um de cada um dos três fios se estende ao longo de um eixo geométrico X, um eixo geométrico Y e um eixo geométrico Z, de preferência, sendo que os três fios são dispostos de modo que nenhum contato elétrico ocorra entre os três fios.

4. Elemento sensor, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o corpo de sensor ser esférico em formato.

5. Elemento sensor, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o corpo de sensor ser um corpo de sensor em formato cúbico, de preferência, sendo que o corpo de sensor compreende uma pluralidade de placas, sendo que pelo menos uma primeira porção (510) do pelo menos um elemento de desgaste elétrico é formada ao longo de uma superfície interna de pelo menos uma dentre a pluralidade de placas voltadas para a cavidade interna, de preferência, sendo que o corpo de sensor compreende adicionalmente uma base (506) e cada uma dentre a pluralidade de placas é montada na base para definir o corpo de sensor em formato cúbico, e sendo que uma segunda porção (512) do pelo menos um elemento de desgaste elétrico é disposta sobre a base.

6. Elemento sensor, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por a substância abrasiva compreender pelo menos um material particulado e cascalho.

7. Elemento sensor, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por a substância abrasiva compreender um fluido e um material particulado, sendo que o material particulado é suspenso no fluido, de preferência, sendo que o fluido compreende um fluido supercrítico, de preferência, sendo que o fluido é selecionado para mudar de fase a uma temperatura predeterminada.

8. Elemento sensor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o corpo de sensor ser formado a partir de um material que é eletricamente isolante e termicamente condutivo.

9. Elemento sensor, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o corpo de sensor ser eletricamente isolante.

10. Elemento sensor, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o corpo de sensor compreender uma porção isolada, onde pelo menos um elemento de desgaste elétrico passa através do corpo de sensor na porção isolada.

11. Sistema de monitoramento (300) caracterizado por compreender: um componente de fundo de poço (302) que compreende pelo menos um elemento elétrico, sendo que o componente de fundo de poço é disposto como parte de uma ferramenta de fundo de poço (302) para o posicionamento em um poço inacabado (26, 106); e um conjunto de sensor (306) montado no componente de fundo de poço, sendo que o conjunto de sensor compreende: pelo menos um elemento sensor (310, 312) que tem um corpo de sensor (402, 502) que define uma cavidade interna (404); pelo menos um elemento de desgaste elétrico (406, 408, 410) situado dentro do corpo de sensor, sendo que uma porção do pelo menos um elemento de desgaste elétrico se estende eletricamente a partir da cavidade interna, através do corpo de sensor, e a um exterior do corpo de sensor; e uma substância abrasiva (414) situada dentro da cavidade interna, a substância abrasiva móvel dentro da cavidade interna para entrar em contato com e erodir material do pelo menos um elemento de desgaste elétrico, sendo que a erosão do pelo menos um elemento de desgaste elétrico faz com que uma resistência do pelo menos um elemento de desgaste elétrico aumente.

12. Sistema de monitoramento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o pelo menos um elemento sensor compreender um primeiro elemento sensor (310) e um segundo elemento sensor (312), sendo que o primeiro elemento sensor inclui a substância abrasiva no mesmo e o segundo elemento sensor é um elemento sensor de referência (312) que não contém a substância abrasiva no mesmo.

13. Sistema de monitoramento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender um alojamento protetor (308), sendo que o pelo menos um elemento sensor é alojado dentro do alojamento protetor.

14. Sistema de monitoramento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado por o componente de fundo de poço ser uma placa de circuito impresso.

15. Sistema de monitoramento, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a substância abrasiva compreender um fluido e um material particulado, sendo que o material particulado é suspenso dentro do fluido.