BR112020023105B1 - Sistema para medir um parâmetro de interesse em um poço em uma formação de solo e método para medir um parâmetro de interesse em um poço em uma formação de solo com o uso de um sensor de fundo de poço - Google Patents

Abstract

A presente invenção fornece sistemas e métodos para medir um parâmetro de interesse em um poço em uma formação de solo. Os sistemas incluem um sensor de fundo de poço que tem um primeiro componente sensor com uma primeira temperatura e um segundo componente sensor com uma segunda temperatura, sendo que o sensor de fundo de poço é disposto sobre um componente de fundo de poço. Um sistema de controle de temperatura é configurado com um mecanismo de controle térmico conectado de modo operacional a pelo menos um dentre o primeiro e o segundo componentes sensores. O mecanismo de controle térmico é configurado para manter uma diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura abaixo de uma diferença de temperatura pré- determinada. O sensor de fundo de poço é configurado para medir o parâmetro de interesse quando a diferença de temperatura está abaixo da diferença de temperatura pré-determinada.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

[0001] Este pedido é um pedido não provisório que reivindica o benefício de uma data de depósito anterior do pedido provisório US n° de série 62/677.240, depositado 29 de maio de 2018, cuja inteira revelação está incorporada à presente invenção a título de referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] Várias operações são realizadas pela indústria da energia para avaliar formações contendo recursos e recuperar recursos como hidrocarbonetos. Tais operações incluem perfuração, perfuração direcional, inspeção direcional, estimulação e produção. Vários tipos de dispositivos sensores, ferramentas de perfilagem, dispositivos de controle direcional e outros componentes são utilizados pela indústria da energia para propósitos como exploração e produção de hidrocarbonetos.

[0003] Dispositivos de fundo de poço podem ser expostos a condições ambientais severas, como temperaturas e pressões altas que podem danificar componentes e/ou comprometer funções de detecção e outras funções. Por exemplo, altos gradientes de temperatura podem resultar em instabilidades e imprecisões em medições do sensor de fundo de poço.

BREVE SUMÁRIO

[0004] São fornecidos sistemas e métodos para controlar parâmetros térmicos de um dispositivo. Em algumas modalidades, os sistemas e métodos podem incluir um mecanismo de controle térmico operacionalmente conectado ao dispositivo, uma unidade de medição configurada para pelo menos um dentre medir diretamente um gradiente térmico e estimar um gradiente térmico espacial com base em uma diferença entre uma primeira temperatura de um primeiro componente do dispositivo e uma segunda temperatura de um segundo componente do dispositivo, e uma unidade de controle configurada para controlar o mecanismo de controle térmico para pelo menos um dentre reduzir e estabilizar o gradiente térmico.

[0005] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos podem incluir um dispositivo monitorado que tem um primeiro componente e um segundo componente, sendo o dispositivo monitorado disposto para obter medições de fundo de poço e emitir um sinal associado com as medições de fundo de poço obtidas, uma unidade de medição configurada para pelo menos um dentre medir diretamente um gradiente térmico e estimar um gradiente térmico espacial com base em uma diferença entre uma primeira temperatura de um primeiro componente do dispositivo e uma segunda temperatura de um segundo componente do dispositivo, um primeiro mecanismo de controle térmico disposto em contato térmico com o primeiro componente e configurado para ajustar uma temperatura do primeiro componente, um segundo mecanismo de controle térmico disposto em contato térmico com o segundo componente e configurado para ajustar uma temperatura do segundo componente, sendo que a unidade de medição está em comunicação operável com o primeiro mecanismo de controle térmico e o segundo mecanismo de controle térmico, e uma unidade de controle configurada para receber medições de temperatura associadas ao primeiro componente e ao segundo componente e controlar o primeiro mecanismo de controle térmico e o segundo mecanismo de controle térmico independentemente um do outro para pelo menos um dentre reduzir e estabilizar o gradiente térmico estimado.

[0006] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos podem incluir um dispositivo monitorado disposto para obter medições de fundo de poço e emitir um sinal associado às medições de fundo de poço obtidas e uma unidade de medição configurada para pelo menos um dentre medir diretamente um gradiente térmico e estimar um gradiente térmico espacial com base em uma diferença entre uma primeira temperatura de um primeiro componente do dispositivo e uma segunda temperatura de um segundo componente do dispositivo. A unidade de medição é configurada para derivar um perfil térmico com base no gradiente térmico espacial para possibilitar a correção do sinal de saída a fim de ajustar os impactos térmicos no sinal de saída.

[0007] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos podem incluir um dispositivo monitorado disposto para obter medições de fundo de poço e emitir um sinal associado com as medições de fundo de poço obtidas e um mecanismo de controle térmico operacionalmente conectado ao dispositivo monitorado, sendo que o mecanismo de controle térmico inclui um material que compreende pelo menos um dentre um sólido, um líquido e um material alterador de fase, sendo que o material é selecionado para fornecer transferência de calor ao longo de uma extensão do dispositivo monitorado e, dessa forma, fornecer pelo menos um dentre controle e minimização de gradientes térmicos sobre o dispositivo controlado.

[0008] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos podem incluir dispor o dispositivo em um ambiente selecionado, sendo que o dispositivo tem um mecanismo de controle térmico operacionalmente conectado ao mesmo, pelo menos um dentre estimar, por meio de uma unidade de medição, um gradiente térmico espacial com base em uma diferença entre uma primeira temperatura de um primeiro componente do dispositivo e uma segunda temperatura de um segundo componente do dispositivo e medir diretamente um gradiente térmico com o uso da unidade de medição, e pelo menos um dentre medir diretamente, com uma unidade de medição, um gradiente térmico e estimar um gradiente térmico espacial com base em uma diferença entre uma primeira temperatura de um primeiro componente do dispositivo e uma segunda temperatura de um segundo componente do dispositivo, e controlar, por meio de uma unidade de controle, o mecanismo de controle térmico para pelo menos um dentre reduzir e estabilizar o gradiente térmico.

[0009] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos podem incluir dispor um dispositivo monitorado em um ambiente selecionado, sendo que o dispositivo monitorado é disposto para obter medições de fundo de poço e emitir um sinal associado com as medições obtidas no fundo de poço, pelo menos um dentre estimar, por meio de uma unidade de medição, um gradiente térmico espacial com base em uma diferença entre uma primeira temperatura de um primeiro componente do dispositivo e uma segunda temperatura de um segundo componente do dispositivo e medir diretamente um gradiente térmico com o uso da unidade de medição, e derivar, com o uso da unidade de medição, um perfil térmico com base no gradiente térmico espacial para possibilitar a correção do sinal de saída para ajustar os impactos térmicos no sinal de saída.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] As seguintes descrições não devem ser consideradas limitantes sob nenhum aspecto. Com referência aos desenhos anexos, elementos semelhantes são numerados de maneira semelhante:

[0011] A Figura 1 representa uma modalidade de um sistema de perfilagem, produção e/ou perfuração de poço;

[0012] A Figura 2 representa uma modalidade de um sistema de controle de temperatura que inclui um mecanismo de controle térmico conectado a componentes de um sensor de fundo de poço;

[0013] A Figura 3 representa uma modalidade de um sistema de controle de temperatura que inclui mecanismos de controle térmico conectados a múltiplos componentes de um sensor de fundo de poço;

[0014] A Figura 4 representa uma modalidade de um sistema de controle de temperatura que inclui um meio de controle de temperatura que circunda um sensor de fundo de poço;

[0015] A Figura 5 representa uma modalidade de um sistema de controle de temperatura que inclui uma pluralidade de sensores de temperatura dispostos em um sensor de fundo de poço; e

[0016] A Figura 6 é um fluxograma que representa aspectos de um método para controlar a temperatura de um sensor de fundo de poço.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] São aqui descritos sistemas e métodos para monitorar e controlar a temperatura de um sensor de fundo de poço, como um giroscópio. Uma modalidade de um sistema de controle de temperatura inclui um ou mais sensores de temperatura e/ou de gradiente de temperatura usados para estimar uma temperatura em dois ou mais locais diferentes do sensor de fundo de poço ou um gradiente de temperatura ao longo de uma distância entre dois ou mais locais diferentes no ou sobre o sensor de fundo de poço ou um gradiente de temperatura de um primeiro local de um primeiro componente do sensor de fundo de poço para um segundo local de um segundo componente do sensor de fundo de poço. Uma unidade de controle é configurada para receber dados de temperatura e/ou estimar um gradiente de temperatura espacial no sensor de fundo de poço e controlar a temperatura do sensor de fundo de poço para manter constante, reduzir ou pelo menos eliminar substancialmente um gradiente de temperatura no sensor de fundo de poço. Em uma modalidade, o sistema inclui um primeiro e um segundo sensor de temperatura para medir a temperatura em dois ou mais locais ou componentes e estimar o gradiente de temperatura espacial.

[0018] A temperatura pode ser controlada para reduzir o gradiente por, por exemplo, um fluido ou material sólido que circunda o sensor de fundo de poço e/ou pela operação de um ou mais mecanismos de controle térmico em múltiplos locais/componentes do sensor de fundo de poço. Em outra modalidade, o sistema emprega um sensor de gradiente que mede um gradiente térmico diretamente sem subtrair temperaturas medidas individualmente do primeiro e do segundo sensores de temperatura (isto é, sem calcular a diferença) e usa a dita unidade de controle para reduzir ou eliminar tal gradiente térmico. A medição direta de um gradiente térmico pode ser implementada com o uso de qualquer sensor ou detector que seja sensível ao fluxo de calor, incluindo, mas não se limitam a, um termopar ou módulo Peltier, medindo-se o esforço em um dispositivo exposto ao estresse térmico, e/ou sensores ópticos (como uma fibra óptica que inclui uma rede de Bragg).

[0019] Vários sensores, como giroscópios, podem gerar sinais e/ou dados que são sensíveis a flutuações de temperatura que podem impactar a análise do sinal/dados recebidos. Por exemplo, se existir um gradiente de temperatura ou um gradiente térmico entre um ou mais locais em um sensor ou outro dispositivo, tal gradiente pode causar questões de polarização e/ou fator de escala, que são resultados de saídas dependentes de temperatura. A diferença de temperatura de alguns Kelvin (por exemplo, > 3 K) pode levar a falhas de medição significativas (polarização e fator de escala). Os sensores incluem frequentemente componentes eletrônicos que aplicam correções de temperatura aos dados de saída do sensor, dependendo da temperatura dos circuitos eletrônicos, como um componente eletrônico ou uma placa de componentes eletrônicos. Se a placa de componentes eletrônicos e a porção de detecção do sensor (por exemplo, cabeça de sensor) estiverem em temperaturas diferentes, as correções de temperatura aplicadas a partir da placa de componentes eletrônicos podem não ser precisas.

[0020] Consequentemente, as modalidades fornecidas na presente invenção são direcionadas a sistemas para estabilizar termicamente sensores de fundo de poço através de gradientes de homogeneização (por exemplo, minimizando, eliminando ou estabilizando gradientes térmicos). A estabilização térmica ou redução das diferenças de temperatura para 0,01 K a 1 K, ou 1 K a 3 K, ou 2 K a 4 K, ou 3 K a 5 K podem ser obtidas de acordo com modalidades da presente descrição. Em algumas modalidades, o controle de temperatura é obtido com o uso de um meio que circunda e entra em contato com todas as partes do sensor de fundo de poço (por exemplo, todas as partes de componentes eletrônicos de sensor, cabeças de sensor, compartimento de sensor e/ou componentes dos mesmos). Em algumas modalidades, o meio é eletricamente não condutivo e pode ser um material sólido, líquido ou alterador de fase.

[0021] O controle de temperatura do sensor de fundo de poço pode ser realizado enquanto o sensor de fundo de poço está disposto em um ambiente que poderia afetar as características de temperatura dos sensores de fundo de poço e potencialmente comprometer a operação dos sensores de fundo de poço. Por exemplo, o controle de temperatura pode ser realizado em conjunto com um sensor de fundo de poço, como um sensor giroscópico, uma unidade eletrônica e/ou um dispositivo de monitoramento que está disposto em uma formação contendo recursos (por exemplo, em um poço em uma formação que contém hidrocarbonetos ou outra formação de solo). Ou seja, tais sensores, unidades de componentes eletrônicos e/ou dispositivos de monitoramento (coletivamente "sensores de fundo de poço") podem ser dispostos no fundo do poço e ser submetidos a condições ambientais e/ou térmicas que podem potencialmente afetar ou impactar a operação dos sensores de fundo de poço.

[0022] A Figura 1 ilustra um exemplo de um sistema 10 que pode ser usado para executar uma ou mais operações da indústria de energia. O sistema 10 nesse exemplo é um sistema de perfuração que inclui uma coluna de perfuração 12 disposta em um poço 14 que penetra através de pelo menos uma formação de solo 16. Embora o poço 14 seja mostrado na Figura 1 como sendo de diâmetro constante, os versados na técnica observarão que poços inacabados não são tão limitados. Por exemplo, o poço 14 pode ter diâmetros e/ou direções variantes (por exemplo, azimute, voltado para a ferramenta e/ou inclinação). O sistema 10 e/ou a coluna de perfuração 12 incluem vários componentes ou conjuntos de fundo de poço, como um conjunto de perfuração (incluindo, por exemplo, uma broca de perfuração e um motor de lama) e vários conjuntos de comunicação e ferramentas de medição, um ou mais dentre os quais podem ser configurados como um conjunto de fundo de poço (BHA) 18. Embora o sistema 10 seja descrito como um sistema de perfuração, os versados na técnica observarão que sistemas de fundo de poço e/ou da indústria de energia podem assumir várias formas e/ou configurações e, dessa forma, incluem vários componentes e ferramentas de fundo de poço e superfície. Por exemplo, tais sistemas podem incluir, mas não se limitam a, sistemas de produção e/ou cabo de perfilagem ou sistemas que podem ser usados para executar várias operações relacionadas à exploração, medição e/ou produção de hidrocarbonetos ou outros recursos-alvo localizados em formações de solo (por exemplo, formação de solo 16).

[0023] Em uma modalidade, a coluna de perfuração 12 aciona uma broca de perfuração 20 que penetra na formação de solo 16. Um fluido de perfuração de fundo de poço, como lama de perfuração, é bombeado através de um conjunto de superfície 22 (incluindo, por exemplo, um guindaste, uma mesa giratória ou acionamento pelo topo, um tambor de tubo enrolado em espiral e/ou tubo vertical) a partir de um poço de lama 26 ou outra fonte para dentro da coluna de perfuração 12 através do orifício interno dos componentes de fundo de poço separados que formam a coluna de perfuração usando uma ou mais bombas 24. O fluido de perfuração de fundo de poço retornará para a superfície através do poço 14.

[0024] O sistema 10 pode incluir também um conjunto de direção 28 que tem componentes configurados para guiar a broca de perfuração 20. O conjunto de direção 28, em uma modalidade não limitadora e conforme mostrado, inclui um ou mais elementos de polarização 30 configurados para serem atuados a fim de aplicar força lateral à broca de perfuração 20 para realizar alterações na direção.

[0025] Vários sensores podem ser dispostos em ou implantados com o sistema 10 para controlar e monitorar aspectos de uma operação ou para avaliação de formação. Dessa forma, os sensores podem ser dispostos na superfície e/ou no interior do fundo de poço. Os sensores, por exemplo, podem ser configurados para medir as propriedades do poço 14, a formação de solo 16, o fluido de poço (no interior de um orifício da coluna de perfuração 12 e/ou no espaço anular entre a coluna de perfuração 12 e uma parede do poço 14) e/ou a coluna de perfuração. Exemplos de tais sensores incluem, mas não se limitam a, sensores distintos (por exemplo, sensores de temperatura e/ou esforço) e sensores distribuídos (por exemplo, sensores de temperatura de fibra óptica, esforço e/ou acústicos). Outros exemplos de sensores incluem, mas não se limitam a, sensores de resistividade, sensores de raios gama, sensores nucleares, calibres, ferramentas de medição sísmica e/ou sensores de orientação/direcionais (por exemplo, magnetômetros, acelerômetros, giroscópios, etc.). É de notar que o número e o tipo de sensores descritos na presente invenção são exemplificadores e não se destinam a ser limitadores, já que qualquer tipo e configuração adequados de sensores podem ser usados para medir as propriedades.

[0026] Em uma modalidade, o sistema 10 inclui uma ferramenta ou um conjunto de medição direcional 32 configurados para medir parâmetros relacionados à direção e/ou à orientação da broca de perfuração 20 e da coluna de perfuração 12. O conjunto de medição direcional inclui um ou mais sensores de fundo de poço 34, como um acelerômetro, magnetômetro, gravímetro, sensor de esforço, sensor giroscópico e/ou outro sensor de direção. Os magnetômetros medem o campo magnético da Terra, e os sensores giroscópicos direcionais podem detectar e medir uma velocidade angular. Os sensores giroscópicos podem ser preferenciais para medições de direção em ambientes magnéticos, como componentes de fundo de poço magnético ou formações de solo magnéticas. Os sensores giroscópicos podem compreender giroscópios mecânicos, giroscópios ópticos, giroscópios a laser de anel, giroscópios de sistemas microelectromecânicos ("MEMS" - micro-electromechanical systems gyroscopes). Os giroscópios MEMS são giroscópios miniaturizados encontrados em dispositivos eletrônicos como sistemas de navegação, telefones móveis e dispositivos direcionais de campo petrolífero. O uso de sensores giroscópicos pode substituir sensores magnetômetros e pode melhorar a precisão das inspeções de fundo de poço. As inspeções de fundo de poço precisas possibilitam o controle da trajetória automática e o "geosteering" e podem aprimorar a colocação do poço em reservatórios de hidrocarboneto.

[0027] Os componentes do sistema 10, como o conjunto de direção 28, o conjunto de medição direcional 32 e vários sensores, podem ser conectados de modo comunicativo a um ou mais dispositivos de processamento, que podem estar dispostos na superfície e/ou localizados em um ou mais locais de fundo de poço (por exemplo, dentro ou ao longo da coluna de perfuração 12 e/ou BHA 18). Por exemplo, uma unidade de processamento 40 está conectada a um ou mais componentes por meio de qualquer regime de comunicação adequado, como telemetria de pulso de lama, telemetria eletromagnética, telemetria acústica, enlaces com fio (por exemplo, tubo de perfuração com fio e tubulação enrolada em espiral), enlaces sem fio, enlaces ópticos ou outros. A unidade de processamento 40 pode ser configurada para realizar funções como controlar a perfuração e direção, transmitir e receber dados, processar dados de medição e/ou monitorar operações do sistema 10. A unidade de processamento 40, em uma modalidade, inclui um dispositivo de entrada/saída 42, um processador 44 e um dispositivo de armazenamento de dados 46 (por exemplo, memória, mídias legíveis por computador) para armazenar dados, modelos e/ou programas de computador ou software 48. Outros dispositivos de processamento podem estar incluídos no fundo de poço, como componentes eletrônicos de fundo de poço 50, que podem estar em comunicação com a unidade de processamento 40 situada na superfície.

[0028] É incluído um sistema de controle de temperatura 36 para monitorar e controlar gradientes de temperatura de e/ou em um dispositivo do sistema 10. Por exemplo, conforme mostrado, o sistema de controle de temperatura 36 é mostrado associado com os sensores de fundo de poço 34, embora outros dispositivos do sistema 10 possam incluir sistemas de controle de temperatura similares àquele mostrado e descrito na presente invenção. O sistema de controle de temperatura 36 inclui uma ou mais unidades de medição de temperatura e uma unidade de processamento configurada para receber medições de temperatura a partir da uma ou mais unidades de medição de temperatura e estimar um gradiente de temperatura espacial em um dispositivo que é monitorado pelo sistema de controle de temperatura 36. Conforme descrito na presente invenção, um "gradiente de temperatura espacial" ou "gradiente de temperatura" se refere a uma diferença na temperatura entre pelo menos dois locais diferentes do dispositivo monitorado. O gradiente de temperatura espacial pode ser uma diferença entre temperaturas em locais diferentes, uma taxa de variação da temperatura como função do local ou qualquer outra medição de mudanças nas temperaturas entre locais ou componentes do dispositivo monitorado.

[0029] As diferenças de temperatura podem ocorrer quando a temperatura do ambiente do componente de fundo de poço está mudando devido a alterações de profundidade (por exemplo, aumento da temperatura de formação com profundidade crescente) ou devido a operações de fundo de poço como variação do fluxo de lama (por exemplo, vazões variáveis, fluxo desligado/fluxo ligado) ou manobras no poço. Além disso, fontes de calor interno podem causar diferenças de temperatura significativas entre diferentes componentes dentro dos sensores de fundo de poço. Os componentes eletrônicos dissipam a energia fornecida por uma fonte de alimentação (por exemplo, bateria ou unidade de fonte de alimentação). A energia dissipada pode não ser a mesma para todos os componentes nos sensores de fundo de poço, o que pode levar a diferenças de temperatura entre diferentes componentes dentro do sensor e/ou nos gradientes de temperatura espaciais. Os componentes eletrônicos em um sensor giroscópico (isto é, um tipo de sensor de fundo de poço), por exemplo, fornecem sinais de estimulação à cabeça do sensor, processam sinais de saída da cabeça do sensor e passam por ciclos de ligar e desligar. Todas essas operações elétricas podem causar aumentos de temperatura em uma placa de componentes eletrônicos (placa de circuito impresso), embora a cabeça do sensor não esteja mudando sua temperatura conforme necessário. Uma separação espacial entre a cabeça do sensor e uma respectiva placa eletrônica fica tipicamente entre 5 mm e 100 mm. Em casos raros, a separação pode ser maior que 100 mm, dependendo de onde o sensor de fundo de poço está localizado no componente de fundo de poço e de como o sensor de fundo de poço é projetado.

[0030] Em algumas modalidades, os sistemas de controle de temperatura da presente revelação incluem mecanismos para fornecer o controle de gradientes térmicos de um dispositivo. Os mecanismos para controlar gradientes térmicos podem incluir mecanismos para reduzir os gradientes térmicos espaciais, mecanismos para eliminar substancialmente gradientes térmicos espaciais, mecanismos para estabilizar gradientes térmicos e/ou mecanismos para compensar um gradiente térmico estimado através de análise de dados e/ou processamento de sinal. Por exemplo, um ou mais mecanismos de controle térmico, como dissipadores de calor ou resfriadores termoelétricos ("TECs" - thermoelectric coolers), podem ser fixados a partes e/ou componentes respectivos de um dispositivo monitorado para que a temperatura de cada componente ou parte possa ser controlada individualmente. Tal controle pode possibilitar a estabilização, redução e/ou eliminação de um gradiente térmico espacial em ou sobre o componente ou parte do dispositivo. Em outro exemplo, o dispositivo monitorado pode ser contido ou encapsulado em um material sólido ou fluido (por exemplo, submerso dentro de um material fluido) que é termicamente condutivo, com o material sendo passiva ou ativamente controlado para, assim, controlar um gradiente térmico e/ou uma temperatura do dispositivo monitorado e estabilizar, reduzir ou eliminar gradientes térmicos ou diferenças de temperatura dentro ou sobre o dispositivo.

[0031] Em algumas modalidades, o dispositivo pode não ser ativamente monitorado, mas mecanismos descritos na presente invenção podem ser empregados para estabilizar, reduzir ou eliminar passivamente gradientes térmicos. A estabilização passiva não exige uma fonte de alimentação (por exemplo, fonte de alimentação remota, fonte de alimentação dedicada, etc.). Em várias das modalidades descritas acima, o material fluido pode ser selecionado para ser submetido a uma mudança de fase (por exemplo, parafina, água ou álcool) para otimizar o controle do gradiente térmico. Como tal, os mecanismos empregados na presente invenção podem ser otimizados para várias aplicações, incluindo controle específico de gradiente térmico com base nas características e/ou propriedades dos elementos dos sistemas de controle de temperatura.

[0032] Em uma modalidade exemplificadora, como sistemas de controle de temperatura ativos, o sistema de controle de temperatura inclui uma unidade de processamento que pode ajustar dados recebidos de um dispositivo monitorado com base em e/ou para levar em conta um gradiente de temperatura estimado. Por exemplo, uma unidade de análise (por exemplo, a unidade de processamento 40 mostrada na Figura 1) pode ser configurada para corrigir ou ajustar dados ou sinais de saída, como dados de medição a partir do dispositivo monitorado com base em um gradiente de temperatura estimado. Ou seja, quando o dispositivo emite dados de medição, os dados de gradiente térmico podem ser usados para corrigir a saída de dados de medição a partir do dispositivo. Em algumas modalidades, a unidade de processamento pode estar situada no interior do componente de fundo de poço dentro do poço. O componente de fundo de poço pode compreender também uma memória para armazenar dados medidos e parâmetros de processamento, parâmetros de correção, parâmetros de calibração, instruções/algoritmos de processamento, pontos de ajuste e/ou tabelas de consulta.

[0033] Os sistemas de controle de temperatura exemplificadores da presente revelação são descritos com mais detalhes abaixo em conjunto com um sensor (por exemplo, "dispositivo monitorado") configurado para realizar medições no fundo de poço; no entanto, os sistemas de controle de temperatura não são tão limitados e podem ser usados com qualquer tipo de dispositivo para o qual o controle de temperatura ou controle de gradiente térmico é desejado.

[0034] A Figura 2 mostra aspectos de uma modalidade de um sistema de controle de temperatura 52 configurado para uso com um sensor de fundo de poço 60, como um dispositivo de sensor eletrônico (por exemplo, um sensor giroscópico). O sensor de fundo de poço 60 inclui múltiplos componentes, como um primeiro componente sensor 62 (por exemplo, uma placa de circuito impresso (PCB), um módulo de múltiplos chips ("MCM" - Multiple Chip Module) ou componentes eletrônicos de alta temperatura) e um segundo componente sensor (por exemplo, uma cabeça de sensor) que fixa e sustenta, por exemplo, o giroscópio real. O primeiro e o segundo componentes sensores 62, 64 são conectados por um condutor 66, como um cabo flexível, embora outros conectores elétricos ou eletrônicos possam ser empregados sem se afastar do escopo da presente revelação. O sistema de controle de temperatura 52 inclui um primeiro sensor de temperatura 68 configurado para medir uma temperatura do primeiro componente sensor 62 e um segundo sensor de temperatura 70 configurado para medir independentemente uma temperatura do segundo componente sensor 64. Em uma modalidade não limitadora, o primeiro sensor de temperatura 68 e o segundo sensor de temperatura 70 formam, pelo menos uma parte de, uma unidade de medição para medir um parâmetro representativo de uma diferença de temperatura entre uma primeira temperatura do primeiro sensor 62 e uma segunda temperatura do segundo componente sensor 64. Em algumas modalidades, uma unidade de medição pode ser disposta para determinar um gradiente de temperatura entre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor.

[0035] As medições de temperatura podem ser transmitidas a partir da unidade de medição (por exemplo, sensores de temperatura 68, 70) para uma unidade de medição e/ou controle 72, sendo que a unidade de medição e/ou controle 72 tem um processador e/ou outros elementos, componentes eletrônicos, etc. A unidade de medição e/ou controle 72 pode realizar funções como estimar um gradiente de temperatura espacial entre o primeiro componente sensor 62 e o segundo componente sensor 64 através do cálculo da diferença entre medições de temperatura recebidas do primeiro e do segundo sensores de temperatura 68, 70 em um dado momento. Embora mostrado na Figura 2 com uma única unidade de medição e/ou controle 72 (isto é, ilustrado como uma estrutura única), os versados na técnica reconhecerão que, em algumas modalidades, os aspectos de medição e controle de temperatura podem ser realizados em componentes estruturais separados (por exemplo, como diferentes circuitos ou dispositivos eletrônicos).

[0036] Em uma outra modalidade, a unidade de medição pode fornecer um parâmetro representativo de uma diferença entre a primeira temperatura do primeiro componente sensor e a segunda temperatura do segundo componente sensor e/ou o gradiente de temperatura entre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor para uma unidade de monitoramento. A unidade de monitoramento pode ser um processador configurado para monitorar o parâmetro representativo ou um operador humano. O parâmetro representativo medido pela unidade de medição pode ser usado para monitorar a diferença de temperatura entre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor para pelo menos um dentre um propósito de monitoramento de temperatura, um propósito de monitoramento da qualidade de dados (por exemplo, qualidade dos dados de saída do sensor de fundo de poço) e/ou um propósito de correção de temperatura (por exemplo, corrigir os dados de saída de sensor de fundo de poço quanto a diferenças de temperatura no sensor de fundo de poço). Em algumas modalidades, o parâmetro representativo medido pela unidade de medição não é inserido na unidade de controle a ser usada como parâmetro de controle e não é usado para controlar o mecanismo de controle térmico. Outras funções da unidade de medição e/ou controle 72 podem incluir independentemente controlar a temperatura de um ou ambos os componentes do sensor de fundo de poço 60 (por exemplo, o primeiro componente sensor 62 e/ou o segundo componente sensor 64).

[0037] Por exemplo, conforme mostrado na Figura 2, um primeiro mecanismo de controle térmico 74, como um resfriador termoelétrico (TEC), é disposto em contato com ou de outro modo em comunicação térmica com o segundo componente sensor 64 e pode ser controlado para elevar ou baixar a temperatura do segundo componente sensor 64 de modo que uma diferença entre as temperaturas do segundo componente sensor 64 e do primeiro componente sensor 62 possam ser estabilizadas, reduzidas, minimizadas ou eliminadas. A estabilização de um gradiente predeterminado (ou uma diferença de temperatura predeterminada) que é não zero pode ser relativamente fácil de alcançar, e pode ser eficaz e eficiente de um ponto de vista energético. Conforme será entendido pelos versados na técnica, TECs podem ser usados para resfriar, aquecer ou tanto resfriar quanto aquecer, e, dessa forma, o termo "resfriador termoelétrico" ou "TEC" não é destinado a implicar apenas o resfriamento, mas sim se refere a um dispositivo ou componente termoelétrico que tem a capacidade de ajustar as temperaturas (por exemplo, aquecer ou resfriar).

[0038] Resfriadores termoelétricos usam o efeito Peltier para criar um fluxo de calor entre a junção de dois tipos diferentes de materiais. Um resfriador Peltier, um aquecedor ou uma bomba de calor termoelétrica é uma bomba de calor ativa de estado sólido que transfere calor de um lado do dispositivo para o outro, com consumo de energia elétrica, dependendo da direção da corrente. Tal instrumento também é chamado de dispositivo Peltier, bomba de calor Peltier, refrigerador de estado sólido ou resfriador termoelétrico (TEC). O mesmo pode ser usado para aquecimento ou resfriamento, embora na prática a principal aplicação seja o resfriamento. O mesmo também pode ser usado como um controlador de temperatura que aquece ou resfria. Um resfriador termoelétrico também pode ser usado como um gerador termoelétrico. Quando operado como um resfriador, uma tensão é aplicada por uma fonte de alimentação através do dispositivo, e, como resultado, uma diferença de temperatura irá se acumular entre os dois lados. Quando operado como um gerador, um lado do dispositivo é aquecido até uma temperatura maior que o outro lado, e como resultado, uma diferença na tensão irá se acumular entre os dois lados (isto é, o efeito Seebeck). Os TECs podem ter um ou mais estágios.

[0039] O controle do mecanismo de controle térmico tem por base uma temperatura de referência. A referência de temperatura pode ser uma temperatura predefinida, uma temperatura atual de um dos componentes do sensor de fundo de poço (por exemplo, placa de componentes eletrônicos ou cabeça de sensor) ou uma diferença de temperatura entre dois componentes do sensor de fundo de poço. Em resposta ao fornecimento do mecanismo de controle térmico a um valor de temperatura de referência, o mecanismo de controle térmico pode aumentar ou reduzir a temperatura em pelo menos um componente dentre os componentes do sensor de fundo de poço. Em um caso exemplificador, o mecanismo de controle térmico pode reduzir a diferença de temperatura ou o gradiente de temperatura para zero. Em algumas modalidades, pode ser benéfico controlar a diferença de temperatura ou o gradiente de temperatura para atingir e manter a uma diferença de temperatura predefinida. Em ainda outra modalidade, o mecanismo de controle térmico pode manter a diferença de temperatura ou o gradiente de temperatura dentro de uma faixa de diferença de temperatura específica ou faixa de gradiente de temperatura, como, por exemplo, 0,1 K a 0,5 K, 0,5 K a 1 K, ou 1 K a 2 K, ou 2 K a 4 K, 4 K a 8 K (2,5 K/m a 12,5 K/m, 12,5 K/m a 25 K/m, 25 K/m a 50 K/m, 50 K/m a 100 K/m, 100 K/m a 200 K/m).

[0040] Voltando agora à Figura 3, nessa modalidade, múltiplos mecanismos de controle térmico 74, 76 podem ser conectados em comunicação térmica com os respectivos componentes de modo que a temperatura dos componentes possa ser individualmente controlada para reduzir gradientes de temperatura. Por exemplo, o sistema de controle de temperatura pode incluir um segundo mecanismo de controle térmico 76, como um segundo TEC. A unidade de medição e/ou controle 72 pode ser configurada para controlar a temperatura de um ou ambos dentre o primeiro componente sensor 62 e o segundo componente sensor 64.

[0041] Com referência à Figura 4, em uma modalidade, os gradientes de temperatura espaciais no sensor de fundo de poço 60 podem ser controlados, estabilizados, reduzidos, minimizados ou eliminados pela encapsulação do sensor de fundo de poço 60 em um meio de transferência de calor 82. Por exemplo, o sensor de fundo de poço 60 está disposto dentro de um recipiente de sensor 80 que é parcial ou completamente preenchido com um meio de transferência de calor 82, que pode ser um meio fluido ou sólido. Por exemplo, o meio de transferência de calor 82 pode ser um óleo eletricamente não condutivo ou um sólido eletricamente isolante (por exemplo, uma cerâmica). Em uma modalidade, o meio 82 circunda e pode entrar em contato com todas ou substancialmente todas as superfícies externas do sensor de fundo de poço 60. Dessa maneira, a temperatura do sensor de fundo de poço 60 pode ser pelo menos substancialmente homogeneizada através da transferência de calor de um componente para outro.

[0042] No exemplo da Figura 4, o recipiente de sensor 80 é preenchido com um líquido eletricamente não condutivo que circunda e toca todas as partes dos componentes eletrônicos do sensor, da cabeça do sensor e do compartimento do sensor. Em outra modalidade, o meio líquido ou sólido pode ser eletricamente condutivo. Materiais eletricamente condutivos possuem comumente boa condutividade térmica. Empregar um meio eletricamente condutivo pode exigir o isolamento de componentes elétricos por um revestimento não condutivo, uma embalagem e/ou uma proteção (por exemplo revestimento epóxi, revestimento de silício, revestimento de parileno, etc.).

[0043] O recipiente de sensor 80 pode estar situado dentro de um colar de um componente de fundo de poço ou dentro do orifício interno de um componente de fundo de poço dentro de um recipiente na lama de perfuração (por exemplo, um design de sonda) ou em uma luva não giratória de um conjunto de direção. Em algumas modalidades não limitadoras, por exemplo, o recipiente de sensor 80 pode ter apenas alguns centímetros cúbicos de volume (por exemplo, 3 cm3 a 10 cm3) e dimensões internas de alguns milímetros (por exemplo, 15 mm a 25 mm).

[0044] O meio 82, em uma modalidade, é eletronicamente não condutivo e pode ser, por exemplo, um líquido termicamente condutivo, um sólido ou um material alterador de fase. Se o meio 82 é um líquido (fluido), como metal líquido ou poliglicol, a homogeneidade térmica pode ser alcançada usando-se condutância térmica e/ou fluxo convectivo de calor entre o líquido e os componentes do sensor. O líquido pode ser bombeado, com o uso de um dispositivo de bombeamento, ao redor dos componentes do sensor para otimizar a homogeneidade de temperatura em todo o líquido. Em algumas modalidades, um agitador, como uma hélice, uma pá ou um êmbolo, pode ser usado para misturar o líquido para transportar calor. Adicionalmente, em algumas configurações, a convecção líquida sobreposta acionada por diferenças de temperatura no líquido pode promover a transferência de calor e a compensação da diferença de temperatura.

[0045] Em algumas modalidades, um reservatório de líquidos com uma temperatura diferente da temperatura do líquido (por exemplo, líquido mais frio) que circunda o sensor de fundo de poço pode ser usado. O líquido do reservatório de líquidos pode ser circulado do reservatório de líquidos para o sensor de fundo de poço e de volta para o reservatório. O reservatório de líquidos pode ser conectado por meio de tubos de fluxo a uma cavidade na qual o sensor de fundo de poço está localizado. O reservatório de líquidos pode ser uma temperatura controlada a fim de resfriar ou aquecer o líquido do reservatório dependendo de qual temperatura é desejada no sensor de fundo de poço. Metais líquidos com coeficientes de condutividade térmica na área de dezenas a centenas de W/mK adequados para fins de resfriamento são, por exemplo e sem limitação, galinstan, ligas de metais alcalinos, ligas de césio (Cs77K23), ligas de NaK (K78Na22) ou chumbo.

[0046] Em uma modalidade, o líquido pode servir inerentemente como um meio de transmissão de calor giratório. Por exemplo, o sensor de fundo de poço 60 pode ser um sensor giroscópico sustentado por uma estrutura de suporte adequada de modo que o sensor de fundo de poço 60 possa ser girado dentro do líquido com um motor giratório. O motor em si pode ser posicionado fora do recipiente de sensor 80 ou dentro do recipiente de sensor 80 e dentro do líquido.

[0047] O líquido pode ter uma alta capacidade térmica e agir, assim, como um filtro passa baixa para rápidas mudanças de temperatura ambiente e para amortecimento de calor gerado pelo sensor de fundo de poço 60. Esse efeito pode ser usado, por exemplo, durante a inspeção de fluxo desligado quando não há energia suficiente disponível para estabilizar a temperatura do líquido ou nenhuma energia pode ser fornecida por uma fonte de alimentação do componente de fundo de poço.

[0048] Se o meio 82 for um sólido (por exemplo, alumínio, cobre, cerâmicas de nitreto de alumínio, cerâmicas de carbureto de silício, etc.), a homogeneidade térmica pode ser alcançada com o uso de uma condutância térmica entre o sólido e os componentes do sensor de fundo de poço 60. O sólido pode ter também uma alta capacidade térmica e agir, assim, como um filtro passa baixa conforme discutido acima.

[0049] Voltando agora à Figura 5, é mostrada uma ilustração de um sensor de fundo de poço 60 que tem uma pluralidade de primeiros sensores de temperatura 68. Os primeiros sensores de temperatura 68 podem ser conectados em comunicação térmica com um primeiro componente sensor 62 e estão localizados em diferentes posições para medir temperaturas nas respectivas diferentes posições no primeiro componente sensor 62. Embora não mostrado, os primeiros sensores de temperatura 68 podem ser operacionalmente conectados a uma unidade de medição e/ou controle conforme mostrado e descrito acima. A unidade de medição e/ou controle pode, então, controlar um mecanismo de controle térmico para ajustar uma temperatura em um ou mais locais no primeiro componente sensor 62. Embora mostrado com múltiplos primeiros sensores de temperatura 68 localizados e posicionados no primeiro componente sensor 62, em outras modalidades, um ou mais segundos sensores de temperatura podem ser dispostos no segundo componente sensor 64.

[0050] A Figura 6 ilustra um método 90 para controlar a temperatura e/ou responder por gradientes de temperatura em um dispositivo monitorado. O método 90 pode ser usado em conjunto com o sistema 10 e/ou o sensor de fundo de poço 60, apesar de o método 90 poder ser utilizado em conjunto com qualquer tipo adequado de dispositivo para o qual o controle da temperatura é desejado. O método 90 inclui um ou mais estágios 91 a 94. Em uma modalidade, o método 90 inclui a execução de todos os estágios 91 a 94 na ordem descrita. No entanto, certos estágios podem ser omitidos, estágios adicionais podem ser adicionados e/ou a ordem dos estágios pode ser alterada.

[0051] No primeiro estágio 91, um dispositivo como o sensor de fundo de poço 60 é disposto em um ambiente de interesse, como no poço 14 mostrado na Figura 1. Por exemplo, é realizada uma operação da indústria de energia, como uma operação de perfuração. Uma coluna de perfuração que inclui o sensor de fundo de poço 60 é implantada em um poço, e leituras de sensor a partir do sensor de fundo de poço 60 são usadas para estimar características direcionais, que podem ser usadas para controlar parâmetros operacionais como a direção de perfuração.

[0052] No segundo estágio 92, a temperatura do sensor de fundo de poço 60 em múltiplos locais é medida. Por exemplo, a temperatura do segundo componente sensor 64 e a temperatura do primeiro componente sensor 62 são medidas ao mesmo tempo ou dentro de um período de tempo selecionado (por exemplo, durante o qual não se espera que a temperatura do ambiente circundante altere substancialmente). A diferença entre as temperaturas medidas é calculada e um gradiente de temperatura espacial é estimado a partir da mesma.

[0053] No terceiro estágio 93, se o gradiente de temperatura excede um valor selecionado ou limite, a temperatura de um ou mais componentes é controlada para reduzir ou estabilizar o gradiente em um nível desejado. Em algumas modalidades, os pontos de ajuste de todos os componentes de temperatura controlados podem ser escolhidos para ter um gradiente constante (ou zero). Os pontos de ajuste são os valores desejados ou predeterminados dos componentes controlados. O controle de temperatura também pode ser aplicado ao inteiro sensor de fundo de poço 60 de uma só vez.

[0054] Em uma modalidade, um ou mais mecanismos de controle térmico, como TECs, em um ou múltiplos locais são controlados para alterar a temperatura em um ou mais locais e reduzir ou estabilizar o gradiente. Em outra modalidade, a temperatura é controlada através de um meio sólido ou de fluido que encapsula o sensor de fundo de poço 60. A temperatura do meio pode ser controlada, por exemplo, controlando-se a vazão de fluido e/ou aplicando-se um dissipador de calor ou TEC em um líquido ou sólido.

[0055] No quarto estágio 94, se um gradiente de temperatura ainda existir (por exemplo, porque o gradiente não é completamente mitigado por controle de temperatura do sensor de fundo de poço 60 ou porque o controle direto de temperatura do sensor de fundo de poço 60 não é realizado ou não está disponível), os dados de saída são corrigidos com base no gradiente de temperatura estimado.

[0056] Por exemplo, sinais ou dados provenientes do sensor de fundo de poço 60 (por exemplo, dados de taxa de giroscópio ou outros dados de medição) podem ser corrigidos com o uso de leituras de temperatura, gradientes derivados e derivados espaciais de temperatura mais alta.

[0057] Em uma modalidade, os dados de saída são corrigidos com o uso do seguinte processo. A temperatura de múltiplos componentes é medida, e os gradientes de temperatura são estimados. Derivativos espaciais de temperatura mais alta também podem ser derivados. Valores de saída esperados com base no gradiente de temperatura e/ou derivado estimados são calculados, por exemplo, com o uso de valores de calibração e/ou uma tabela de consulta. Diferenças entre os valores reais de dados recebidos a partir do sensor de fundo de poço 60 e os valores de saída esperados são calculados, e as diferenças são usadas para corrigir os dados de saída. Os dados de saída podem ser corrigidos corrigindo-se as saídas de sensor analógico ou sinais digitais derivados das saídas de sensor analógico.

[0058] As modalidades descritas na presente invenção apresentam várias vantagens e efeitos técnicos. Os sistemas e métodos descritos na presente invenção possibilitam o monitoramento eficaz de gradientes de temperatura em um dispositivo e a correção de efeitos induzidos por gradientes de temperatura controlando-se a temperatura diretamente e/ou corrigindo-se dados com base nos gradientes medidos. Tais sistemas e métodos melhoram a eficácia de tais dispositivos evitando danos potenciais e imprecisões de dados devido a gradientes de temperatura espaciais.

[0059] Por exemplo, medições giroscópicas de procura de norte de fundo de poço geralmente exigem giroscópios compactos (MEMS) com baixas instabilidades de fator de escala e polarização. No entanto, os gradientes de temperatura em um conjunto de sensor giroscópico pode causar diferentes temperaturas nos circuitos eletrônicos e no sensor do conjunto, o que resulta em uma saída dependente de temperatura (polarização e/ou fator de escala). As modalidades descritas na presente invenção podem reduzir ou eliminar tais gradientes, ou podem responder por tais gradientes durante a análise e o processamento, corrigindo, assim, influências de gradiente de temperatura em instabilidades de sinal de giroscópio.

[0060] Em um exemplo de um dispositivo monitorado e controlado termicamente que é um giroscópio, uma saída de taxa de giroscópio pode ser estabilizada com o uso de um controle de temperatura ativo de componentes-chave, como a cabeça de sensor e os componentes eletrônicos, sendo que a temperatura pode exercer uma influência importante em uma saída de taxa do sensor de fundo de poço (por exemplo, referência de tensão estável). A estabilização e o controle de temperatura são fornecidos através de uma superfície resfriada por TEC que está em contato térmico com esses componentes-chave (por exemplo, como mostrado nas ilustrações descritas acima). No caso da cabeça de sensor, isto pode consistir em montar a cabeça de sensor sobre um TEC e conectar a cabeça de sensor à placa de componentes eletrônicos com o uso de um cabo flexível (por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 2 a 3). Os pontos de ajuste de todos os componentes controlados de temperatura podem ser escolhidos para ter um gradiente constante (ou zero). Em algumas modalidades, o controle de temperatura também pode ser aplicado a todo o circuito eletrônico de uma só vez.

[0061] Adicionalmente, conforme discutido acima, um sinal de saída de um dispositivo monitorado pode ser corrigido com base nos gradientes térmicos no dispositivo monitorado. Por exemplo, um sinal de taxa de giroscópio pode ser corrigido com o uso de leituras de temperatura e gradientes derivados e derivados espaciais de temperatura mais alta. Isto pode ser realizado com o uso do processo descrito acima. Por exemplo, a medição da temperatura de componentes-chave pode ser obtida com o uso de um ou mais sensores de temperatura. Subsequentemente, os gradientes de temperatura podem ser derivados, e, em algumas modalidades, derivados espaciais de temperatura mais alta podem ser obtidos. A partir de tais derivações, a dedução através da calibração, tabelas de consulta, a implantação de funções analíticas (por exemplo, e- função, polinômio, etc.), etc., uma mudança esperada de saída de taxa de giroscópio a partir do perfil de temperatura medido e derivado podem ser obtidos. A partir disto, uma correção para a saída de taxa de giroscópio pode ser realizada. Tal correção pode ser feita, por exemplo, corrigindo-se uma saída de taxa de sensor analógico ou um sinal digital derivado da saída de taxa de sensor analógico.

[0062] Vantajosamente, as modalidades descritas na presente invenção empregam meios e/ou materiais líquidos, sólidos ou de mudança de fase para transferência de calor ao longo de uma extensão de um dispositivo (por exemplo, conjunto de sensor) a fim de minimizar os gradientes de temperatura. Em algumas modalidades, nas quais o dispositivo é um giroscópio, o giroscópio pode ser girado dentro de um líquido de transferência de calor para indexação. Adicionalmente, em algumas modalidades, uma alta capacidade térmica do meio pode servir para amortecer adicionalmente rápidas alterações de temperatura do dispositivo. Adicionalmente, as modalidades descritas na presente invenção podem ser usadas para controlar a temperatura do dispositivo (por exemplo, cabeça de sensor e outros componentes-chave) independente ou separadamente para controlar o (conhecido) efeito de gradientes de temperatura sobre o sinal de saída de taxa. Além disso, as modalidades descritas na presente invenção podem ser empregadas para medir a temperatura em pontos-chave de um dispositivo monitorado (por exemplo, um conjunto de sensor) e um perfil térmico pode ser derivado, e uma correção para a saída de taxa de sensor pode ser realizada em sinais analógicos ou digitais. Perfis térmicos que usam o gradiente de temperatura podem ser usados em simulações (por exemplo, FEM) do sensor em um dado ambiente, como um componente de fundo de poço em um poço exposto a temperaturas elevadas (por exemplo, uma faixa de temperatura típica pode ser de cerca de 4 °C a cerca de 300 °C).

[0063] Embora as modalidades descritas na presente invenção tenham sido descritas com referência a figuras específicas, será entendido que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos das mesmas sem que se afaste do escopo da presente revelação. Adicionalmente, muitas modificações serão observadas para adaptar um instrumento, situação ou material particular aos ensinamentos da presente revelação sem que se afaste do escopo da mesma. Portanto, pretende-se que a revelação não fique limitada às modalidades específicas reveladas, mas que a presente revelação inclua todas as modalidades que se enquadrem no escopo das reivindicações em anexo ou da seguinte descrição de possíveis modalidades.

[0064] Modalidade 1: Um sistema para medir um parâmetro de interesse em um poço em uma formação de solo, sendo que o sistema compreende: um sensor de fundo de poço disposto em pelo menos um dentre em ou sobre um componente de fundo de poço, sendo que o sensor de fundo de poço compreende pelo menos um primeiro componente sensor e um segundo componente sensor, sendo que o primeiro componente sensor tem uma primeira temperatura e um segundo componente sensor tem uma segunda temperatura; um sistema de controle de temperatura pelo menos parcialmente localizado no sensor de fundo de poço, sendo que o sistema de controle de temperatura compreende: um mecanismo de controle térmico, sendo que pelo menos um dentre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor é conectado de modo operacional ao mecanismo de controle térmico, sendo que o mecanismo de controle térmico é configurado para manter uma diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura abaixo de uma diferença de temperatura pré-determinada, e o sensor de fundo de poço é configurado para medir o parâmetro de interesse, usando o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor, quando a diferença de temperatura estiver abaixo da diferença de temperatura pré-determinada.

[0065] Modalidade 2: Um sistema de acordo com a modalidade descrita anteriormente, em que o primeiro componente sensor é uma cabeça de sensor de um sensor giroscópio e o segundo componente sensor é um componente eletrônico, e o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor estão em comunicação elétrica com o uso de pelo menos um dentre um fio, uma fibra e uma conexão sem fio.

[0066] Modalidade 3: Um sistema de acordo com qualquer das modalidades acima descritas, em que o mecanismo de controle térmico compreende um material termicamente condutivo.

[0067] Modalidade 4: Um sistema de acordo com a modalidade descrita anteriormente, em que o material termicamente condutivo é um fluido, e o sensor de fundo de poço é submerso no fluido termicamente condutivo, sendo que o fluido termicamente condutivo é um dentre um óleo, um metal líquido e um poliglicol.

[0068] Modalidade 5: Um sistema de acordo com a modalidade descrita anteriormente, que compreende adicionalmente pelo menos um dentre: (i) uma bomba configurada para criar um fluxo no fluido termicamente condutivo, (ii) um agitador configurado para criar um movimento do fluido termicamente condutivo, e (iii) um motor configurado para girar pelo menos uma porção do sensor de fundo de poço dentro do fluido termicamente condutivo.

[0069] Modalidade 6: Um sistema de acordo com a modalidade descrita anteriormente, em que o sistema de controle de temperatura compreende adicionalmente uma unidade de medição configurada para pelo menos um dentre: (i) medir a primeira temperatura e a segunda temperatura e (ii) medir um gradiente de temperatura entre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor; e uma unidade de controle configurada para controlar pelo menos uma dentre a bomba, o agitador e o motor com base na pelo menos uma primeira temperatura medida e uma segunda temperatura e/ou no gradiente de temperatura medida.

[0070] Modalidade 7: Um sistema de acordo com a modalidade anterior, em que o material termicamente condutivo é um material sólido e compreende pelo menos um dentre alumínio, cobre, cerâmicas de nitreto de alumínio e cerâmicas de carbureto de silício.

[0071] Modalidade 8: Um sistema de acordo com a modalidade anterior, em que o material termicamente condutivo é um material alterador de fase e compreende pelo menos um dentre parafina, água e álcool.

[0072] Modalidade 9: Um sistema de acordo com qualquer das modalidades descritas acima, em que o sistema de controle de temperatura compreende adicionalmente uma unidade de medição configurada para pelo menos um dentre: (i) medir a primeira temperatura e a segunda temperatura e (ii) medir um gradiente de temperatura entre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor, e em que o mecanismo de controle térmico é um resfriador termoelétrico (TEC); e uma unidade de controle configurada para controlar o TEC, sendo que a unidade de controle usa um dentre a primeira temperatura e a segunda temperatura ou um gradiente térmico para controlar o TEC, e a unidade de controle é configurada para reduzir a diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura.

[0073] Modalidade 10: Um sistema de acordo com a modalidade descrita anteriormente, em que a unidade de controle reduz a diferença entre a primeira temperatura e a segunda temperatura para menos de 5 K ou reduz o gradiente de temperatura para menos de 100 K/m.

[0074] Modalidade 11: Um sistema de acordo com a modalidade descrita anteriormente, em que o mecanismo de controle térmico é um primeiro mecanismo de controle térmico conectado de modo operacional ao primeiro componente sensor, em que o sistema de controle de temperatura compreende adicionalmente: um segundo mecanismo de controle térmico conectado de modo operacional ao segundo componente sensor, em que a unidade de controle é configurada para controlar o primeiro mecanismo de controle térmico e o segundo mecanismo de controle térmico.

[0075] Modalidade 12: Um sistema de acordo com qualquer das modalidades descritas acima, que compreende adicionalmente um recipiente, em que o sistema de controle de temperatura está alojado no interior do recipiente dentro de um orifício interno do componente de fundo de poço.

[0076] Modalidade 13: Um sistema de acordo com qualquer das modalidades descritas acima, em que o sistema de controle de temperatura compreende adicionalmente um sensor de gradiente de temperatura.

[0077] Modalidade 14: Um sistema de acordo com qualquer das modalidades descritas acima, que compreende adicionalmente uma unidade de análise configurada para corrigir os dados de medição emitidos a partir do sensor de fundo de poço com base na diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura.

[0078] Modalidade 15: Um método para medir um parâmetro de interesse em um poço em uma formação de solo com o uso de um sensor de fundo de poço, sendo que o método compreende: manter, com o uso de um sistema de controle de temperatura, uma diferença de temperatura ou um gradiente de temperatura entre uma primeira temperatura de um primeiro componente sensor do sensor de fundo de poço e uma segunda temperatura de um segundo componente sensor do sensor de fundo de poço abaixo de uma diferença de temperatura pré-determinada, e medir o parâmetro de interesse, usando o sensor de fundo de poço, quando a diferença de temperatura estiver abaixo da diferença de temperatura predeterminada.

[0079] Modalidade 16: Um método de acordo com a modalidade anterior, em que o primeiro componente sensor é uma cabeça de sensor de um sensor giroscópio e o segundo componente sensor é um componente eletrônico, e o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor estão em comunicação elétrica com o uso de pelo menos um dentre um fio, uma fibra e uma conexão sem fio.

[0080] Modalidade 17: Um método de acordo com qualquer das modalidades descritas acima, em que o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor estão dispostos em um fluido termicamente condutivo, sendo que o método compreende adicionalmente pelo menos um dentre: (i) bombear, com o uso de uma bomba, o fluido termicamente condutivo para criar ali um fluxo, (ii) agitar, com o uso de um agitador, o fluido termicamente condutivo para criar um movimento ali, e (iii) operar um motor para girar pelo menos uma porção do sensor de fundo de poço dentro do fluido termicamente condutivo.

[0081] Modalidade 18: Um método de acordo com a modalidade descrita anteriormente, que compreende adicionalmente: medir pelo menos um dentre (i) a primeira temperatura e a segunda temperatura e (ii) um gradiente de temperatura entre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor, usando uma unidade de medição; e controlar o pelo menos um dentre a bomba, o agitador e o motor com base na pelo menos uma primeira temperatura e segunda temperatura medidas e/ou no gradiente de temperatura medido, com o uso de uma unidade de controle.

[0082] Modalidade 19: Um método de acordo com qualquer das modalidades descritas acima, que compreende adicionalmente: medir a primeira temperatura e a segunda temperatura ou um gradiente térmico entre o primeiro componente sensor e o segundo componente sensor; e controlar um resfriador termoelétrico (TEC) do sistema de controle de temperatura com base em um dentre a primeira temperatura e a segunda temperatura ou o gradiente térmico para reduzir a diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura.

[0083] Modalidade 20: Um método de acordo com qualquer das modalidades descritas acima, que compreende adicionalmente corrigir, com o uso de uma unidade de análise, os dados de medição emitidos a partir do sensor de fundo de poço com base na diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura.

[0084] 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 quando 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).

[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 furo de poço e/ou equipamentos no poço, 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, 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 a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade ou modalidades exemplificativas, será entendido pelos versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem que se afaste do escopo da invenção. Adicionalmente, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou um material específico aos ensinamentos da invenção sem que se afaste do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não se limite à modalidade específica apresentada como o melhor modo contemplado para realizar a presente invenção, mas que a invenção inclua todas as modalidades que se enquadrem no escopo das reivindicações. Além disso, nos desenhos e na descrição, foram reveladas modalidades exemplificativas da invenção e, embora termos específicos possam ter sido empregados, eles são usados, a menos que seja afirmado de outra forma, em um sentido genérico e descritivo apenas e não para fins de limitação, portanto o escopo da invenção não é assim limitado.

Claims (20)

1. Sistema para medir um parâmetro de interesse em um poço (14) em uma formação de solo (16), sendo que o sistema é caracterizado por compreender: um sensor de fundo de poço (34, 60) disposto em pelo menos um dentre em ou sobre um componente de fundo de poço; sendo que o sensor de fundo de poço compreende pelo menos um primeiro componente sensor (62) e um segundo componente sensor (64), sendo que o primeiro componente sensor tem uma primeira temperatura e o segundo componente sensor tem uma segunda temperatura, e define uma primeira diferença de temperatura ou um gradiente de temperatura, em que o primeiro componente de sensor é uma cabeça de sensor de um sensor de giroscópio e o segundo componente de sensor é um componente eletrônico e em que a cabeça de sensor define uma porção de detecção do sensor de giroscópio e o componente eletrônico é configurado para pelo menos um dentre fornecer sinais de estimulação para a cabeça de sensor, processar sinais de saída da cabeça do sensor e controle dos ciclos de ativação e desativação; um primeiro sensor de temperatura configurado para medir a primeira temperatura; um segundo sensor de temperatura configurado para medir a segunda temperatura; e um sistema de controle de temperatura (36, 52) pelo menos parcialmente localizado no sensor de fundo de poço (60), sendo que o sistema de controle de temperatura compreende: um mecanismo de controle térmico (74, 76) incluindo um primeiro lado e um segundo lado, em que o primeiro lado e o segundo lado estão em temperaturas diferentes, definindo uma segunda diferença de temperatura diferente da primeira diferença de temperatura e em que o primeiro lado está em comunicação térmica com pelo menos um dentre o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor, em que o mecanismo de controle térmico (74, 76) é configurado para manter a primeira diferença de temperatura ou o gradiente de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura abaixo de uma diferença de temperatura predeterminada ou de um gradiente de temperatura predeterminado, respectivamente, usando a segunda diferença de temperatura, e o sensor de fundo de poço configurado para medir o parâmetro de interesse usando o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor, em que a primeira diferença de temperatura está abaixo da diferença de temperatura predeterminada ou do gradiente de temperatura predeterminado.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor estão em comunicação elétrica usando pelo menos um dentre um fio, uma fibra e uma conexão sem fio.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um condutor que conecta o primeiro componente de sensor ao segundo componente de sensor, em que o condutor é um dentre um fio, uma fibra e um conector sem fio.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o condutor está configurado para transmitir sinais entre o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade de monitoramento configurada para monitorar a primeira diferença de temperatura para pelo menos um dentre monitoramento de temperatura, monitoramento de qualidade de dados e correção de temperatura.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de temperatura compreende ainda: uma unidade de medição configurada para pelo menos um dentre (i) medir a primeira temperatura e a segunda temperatura e (ii) medir um gradiente de temperatura entre o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor; e uma unidade de controle configurada para controlar o mecanismo de controle térmico com base em pelo menos uma dentre a primeira temperatura e a segunda temperatura medidas e o gradiente de temperatura medido.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle está configurada para reduzir a primeira diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura para menos de 5 K ou reduzir o gradiente de temperatura para menos de 100 K/m.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle térmico é um primeiro mecanismo de controle térmico conectado operativamente ao primeiro componente de sensor, o sistema de controle de temperatura compreendendo ainda: um segundo mecanismo de controle térmico conectado operativamente ao segundo componente de sensor, em que a unidade de controle está configurada para controlar o primeiro mecanismo de controle térmico e o segundo mecanismo de controle térmico.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um recipiente, em que o sistema de controle de temperatura está alojado dentro do recipiente dentro de um furo interno do componente de fundo de poço.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle de temperatura compreende ainda um sensor de gradiente de temperatura.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade de análise configurada para corrigir a saída de dados de medição do sensor de fundo de poço com base na primeira diferença de temperatura ou gradiente de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor de temperatura é conectado em comunicação térmica com o primeiro componente de sensor e o segundo sensor de temperatura está conectado em comunicação térmica com o segundo componente de sensor.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um recipiente de sensor, em que o recipiente de sensor está localizado dentro do componente de fundo de poço, e o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor estão dispostos dentro do recipiente de sensor.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cabeça do sensor é montada no primeiro lado do mecanismo de controle térmico.

15. Método (90) para medir um parâmetro de interesse em um poço (14) em uma formação de solo (16) com o uso de um sensor de fundo de poço (34, 60), sendo que o método é caracterizado por compreender: medir uma primeira temperatura de um primeiro componente de sensor do sensor de fundo de poço com um primeiro sensor de temperatura; medir uma segunda temperatura de um segundo componente de sensor do sensor de fundo de poço com um segundo sensor de temperatura, em que o primeiro componente de sensor é uma cabeça de sensor de um sensor giroscópio e o segundo componente de sensor é um componente eletrônico e em que a cabeça de sensor define uma porção de detecção do sensor giroscópio e o componente eletrônico é configurado para pelo menos um dentre fornecer sinais de estimulação para a cabeça do sensor, processar sinais de saída da cabeça do sensor ou controlar os ciclos de ligação e desligamento; manter, utilizando um sistema de controle de temperatura, uma primeira diferença de temperatura ou um gradiente de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura abaixo de uma diferença de temperatura predeterminada ou de um gradiente de temperatura predeterminado, respectivamente, em que o sistema de controle de temperatura inclui um controle térmico mecanismo incluindo um primeiro lado e um segundo lado, em que o primeiro lado e o segundo lado estão em temperaturas diferentes definindo uma segunda diferença de temperatura diferente da primeira diferença de temperatura, em que o primeiro lado está em comunicação térmica com pelo menos um dos primeiros sensores componente e o segundo componente de sensor, em que a manutenção da primeira diferença de temperatura inclui o uso da segunda diferença de temperatura, e medir o parâmetro de interesse, utilizando o sensor de fundo de poço, em que a primeira diferença de temperatura está abaixo da diferença de temperatura predeterminada ou do gradiente de temperatura predeterminado.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor de temperatura está conectado em comunicação térmica com o primeiro componente de sensor e o segundo sensor de temperatura está conectado em comunicação térmica com o segundo componente de sensor.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os sinais são transmitidos entre o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor usando pelo menos um dentre um fio, uma fibra e uma conexão sem fio.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: medir pelo menos uma dentre (i) a primeira temperatura e a segunda temperatura e (ii) um gradiente de temperatura entre o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor, utilizando uma unidade de medição; e controlar o mecanismo de controle térmico com base em pelo menos uma dentre a primeira temperatura e a segunda temperatura medidas e o gradiente de temperatura medido, usando uma unidade de controle.

19. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: medir a primeira temperatura e a segunda temperatura ou um gradiente de temperatura entre o primeiro componente de sensor e o segundo componente de sensor; e controlar um resfriador termoelétrico (TEC) do sistema de controle de temperatura com base em uma dentre a primeira temperatura e a segunda temperatura ou o gradiente de temperatura para reduzir a primeira diferença de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura.

20. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a correção, usando uma unidade de análise, da saída de dados de medição do sensor de fundo de poço com base na primeira diferença de temperatura ou no gradiente de temperatura entre a primeira temperatura e a segunda temperatura.