BR112021014675A2

BR112021014675A2 - Sistema e método para monitoramento de fluxo de fluido em fundo de poço

Info

Publication number: BR112021014675A2
Application number: BR112021014675-0A
Authority: BR
Inventors: Fridtjof Nyhavn; Terje Moen
Original assignee: Wellstarter As
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-09-28
Also published as: US20220098974A1; EP3924601A1; NO20190198A1; WO2020167135A1; NO345838B1; EP3924601A4

Abstract

sistema e método para monitoramento de fluxo de fluido em fundo de poço. a presente invenção refere-se a sistema e método para o monitoramento de fluxo de fluido em reservatório de fundo de poço, focado em pelo menos uma fonte de energia (1), a qual simultaneamente envia dois ou mais pulsos de utilidade. o pulso pode ser um pulso acústico de rápida propagação e independente de fluxo, um pulso de pressão dependente de fluxo e de propagação ligeiramente mais lenta, e um pulso de calor de propagação lenta ou um pulso de traçador de propagação lenta. as fontes de energia são conectadas através dos ditos pulsos, sem cabo, e pelo menos uma fonte de calor superior (1') é conectada ao equipamento na superfície através de um cabo (4).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTE-

MA E MÉTODO PARA MONITORAMENTO DE FLUXO DE FLUIDO EM FUNDO DE POÇO". CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se ao monitoramento de fluxos de fluido em um fundo de poço, particularmente em reservatórios de óleo e gás.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] À medida que a indústria de óleo e gás sofre desafios em termos de reservatórios de óleo e gás cada vez mais complexos, have- rá uma necessidade maior de se monitorar o reservatório de fundo de poço. Os poços são fundos e com frequência penetram diferentes re- servatórios ou zonas de reservatório com diferentes características. Chega-se ao ponto no qual muitas vezes uma drenagem não monito- rada não resulta em uma produção lucrativa. Tradicionalmente, busca- se a resposta às questões sobre "o que flui, por onde flui e quanto" nos poços. Em adição, existe também a necessidade de ferramentas para o diagnóstico de problemas de produção, tais como vazamento, fluxos cruzados ou zonas bloqueadas. Os dados a partir de um moni- toramento de produção poderão ser utilizados no sentido de maximizar a utilização do poço em curto prazo, contudo os mesmos são também decisivos para a otimização do grau de extração ao longo da vida útil do campo de extração.

[0003] Ferramentas de perfilagem de produção baseada em cam- panha (Ferramenta de Perfilagem de Produção; PLT) em cabos ou fle- xitubos são a tecnologia de monitoramento mais comumente usada. No entanto, o monitoramento à base de ferramenta PLT geralmente envolve altos custos e risco operacional e poderá ainda não ser tecni- camente exequível. Isso se aplica particularmente aos poços com ca- beças de poço sobre o leito do mar. Deste modo, operadores têm a tendência de limitar o uso da ferramenta PLT e, em vez disso basear a produção em conjecturas, o que, muitas vezes, não reflete as reais condições de um poço. Como resultado, o potencial de extração de óleo é muito pouco explorado, o que aciona a necessidade de se per- furar mais poços. Por exemplo, o grau de extração para cabeças de poço secas (fáceis para entrar no poço com iniciativas de monitora- mento e controle) é de 20 a 30 % maior que para poços mais inacessí- veis (por exemplo, poços submarinos e em águas profundas). O moni- toramento permanente à base de cabos é uma alternativa às ferra- mentas PLT. Fibras ópticas oferecem um bom desempenho quando as mesmas são instaladas com sucesso e em um poço com as caracte- rísticas corretas. DTS (Sensoriamento de Temperatura Distribuída) e DAS (Sensoriamento de Acústica Distribuída) são técnicas baseadas em fibras, e que oferecem informações úteis. No entanto, altos custos e desafios de confiabilidade impedem seus usos em larga escala.

[0004] Devido aos desafios de custo e confiabilidade acima menci- onados ao monitoramento de um fundo de poço à base de cabos, a indústria, nos anos recentes, tem mostrado um crescente nos sistemas sem cabo (sem fio). Uma técnica, que tem tido grande aceitação é a dos traçadores químicos "Inteligentes" permanentemente instalados. À traçagem de incidentes e de passagens de fluxo em um fundo de poço introduziu um novo tipo de monitoramento de fundo de poço e um grande potencial de mercado surgiu com a técnica. Os sistemas de monitoramento baseados em traçadores não são escolhidos tanto em função da quantificação de taxas, mas, sim, porque os traçadores pos- sibilitam a obtenção de indicações qualitativas com um risco mínimo de instalação e produção bem como custos atrativos. Os principais de- safios dos traçadores de fundo de poço permanentes é que os poços terão de ser fechados e iniciados a fim de criar os transientes de con- centração necessários para oferecer boas indicações quantitativas. O resultado é que as informações não refletem as estáveis condições de produção. Isso é de crucial importância, particularmente para um fluxo multifásico com um alto teor de gás. Para fins de comparação, pode-se mencionar que o procedimento de uma ferramenta PLT é o de sempre tentar correr a produção em uma condição de estado estacionário an- tes de se poder confiar no monitoramento (o mesmo é ainda sujeito a uma considerável incerteza). Com relação aos traçadores, existem também desafios no que diz respeito à distância entre os reservatórios e o ponto de amostragem, aos desafios operacionais de uma amostra- gem de líquido e da logística de transporte para um laboratório de aná- lise. A conclusão que se chega é que os sistemas de monitoramento baseados em traçadores passaram a apresentar uma certa legitimida- de, mas que ainda existe a necessidade de uma tecnologia comple- mentar, a qual poderá operar durante uma produção em estado esta- cionário.

[0005] A técnica anterior compreende a Publicação WO 2017/131530 A1, que descreve uma nova tecnologia chamada HliPlog (HIP = He- atwave Inflow Profiling (Perfil de Fluxo de Entrada de Ondas de Ca- lor)), no qual pulsos de calor são utilizados no lugar de ou em com- plementaridade a traçadores físicos a fim de traçar incidentes em um fundo de poço, caminhos de fluxo e estimativa de taxas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] A presente invenção é descrita e caracterizada por meio das reivindicações independentes, enquanto que as reivindicações dependentes descrevem outras características da presente invenção.

[0007] A mesma provê um sistema para monitoramento de fluxos de fluido em um reservatório de fundo de poço, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos uma fonte de calor colocada em uma completação de fundo de poço e configurada de modo a — por meio de reações exotérmicas — gerar pulsos acústicos que se propagam ao longo de um tubular na completação de um fundo de poço, sendo que a fonte de calor é posicionada de tal modo a obter um espaço entre a fonte de calor e a parede do tubular.

[0008] De acordo com uma modalidade, a fonte de calor é configu- rada de modo a gerar um pulso acústico compreendendo um pulso acústico a partir de uma reação exotérmica dentro da fonte de calor e um pulso acústico subsequente gerado por fluidos em ebulição na pro- ximidade da superfície externa da fonte de calor.

[0009] De acordo com uma modalidade, a fonte de calor é ainda configurada de modo a gerar um pulso acústico de rápida propagação e independente de fluxo, um pulso de pressão dependente de fluxo e de propagação ligeiramente mais lenta, e um pulso de calor de propa- gação lenta.

[0010] De acordo com uma modalidade, a fonte de calor é ainda configurada de modo a gerar um pulso de traçador.

[0011] As fontes de calor são conectadas através dos ditos pulsos, sem cabo. De acordo com uma modalidade, pelo menos uma fonte de calor superior é conectada ao equipamento na superfície através de um cabo.

[0012] Um sensor de fundo de poço pode ser provido de modo a receber pelo menos um dos pulsos. O sensor pode ser um PDG (me- didor de fundo de poço permanente). Uma fonte de energia pode ser disposta acima do sensor a fim de gerar um pulso acústico que se propaga no sentido descendente na completação mais inferior.

[0013] De acordo com uma modalidade, a fonte de calor compre- ende um meio para a geração de uma reação exotérmica assimétrica que se inicia em uma extremidade e se propaga até a outra extremi- dade da fonte de calor. O meio pode ser configurado de modo a modu- lar a reação exotérmica por meio de várias seções de retardo e dife- rentes reagentes ao longo da fonte de calor.

[0014] Um método para monitoramento de fluxo de fluido em fundo de poço é também provido, o método focado em utilizar pelo menos uma fonte de calor de acordo com a presente invenção, posicionada em uma completação de fundo de poço de poço e que simultaneamen- te gera e envia dois ou mais pulsos de utilidade para fins de comuni- cação com uma ou mais fontes ou sensores de energia de fundo de poço. Os ditos pulsos podem ser utilizados para ativar (disparar) uma ou mais fontes de calor de fundo de poço.

[0015] O dito pulso gerado pode ser um pulso acústico de rápida propagação e independente de fluxo, um pulso de pressão dependen- te de fluxo e de propagação ligeiramente mais lenta, e um pulso de calor de propagação lenta ou um pulso de traçador de lenta propaga- ção.

[0016] Sendo assim, a presente invenção se refere a um sistema de sinalização acústica nos tubulares de fundo de poço. O sistema de acordo com a presente invenção permite uma sinalização sem cabo a partir da superfície para as fontes de calor, o que permitirá um monito- ramento «Sob Demanda», o que significa um disparo das fontes de calor quando solicitado a partir da superfície em um momento deseja- do. Além disso, o sistema facilita a sincronização de tempo (relógios) na superfície e no fundo de poço de modo a manter o tempo dentro de alguns segundos durante um período de mais de um ano. Isso propici- ará uma ótima qualidade de dados a partir de algoritmos de interpreta- ção. Embora sistemas sem cabo já existam hoje em dia, os quais po- derão tecnicamente resolver as necessidades de sinalização, esses sistemas não se baseiam em fontes de calor que emitem energia acústica. O sistema de acordo com a presente invenção facilita uma ampliação do uso da traçagem de fluxo com técnicas de onda de calor não materiais.

[0017] A presente invenção facilita a utilização da velocidade de propagação de dois ou mais pulsos de utilidade a fim de caracterizar o influxo a partir de diferentes zonas no poço.

[0018] As unidades / fontes de calor podem ser configuradas de tal modo que o calor seja transmitido para um anular ou para o tubo de produção ou uma combinação dos dois.

[0019] O sistema permite o uso de um pulso acústico (por exem- plo, no tubo de produção) para a sincronização de relógios em unida- des de fundo de poço (por exemplo, nas unidades de calor) bem como — se assim for desejado — também para a sincronização de uma ou mais unidades de fundo de poço com os relógios na superfície.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0020] As características acima mencionadas além de outras ca- racterísticas da presente invenção serão explicadas em mais detalhe na descrição a seguir de uma modalidade preferida, apresentada co- mo um exemplo não limitante e com referência aos desenhos em ane- xO, nos quais: A Figura 1 é um diagrama esquemático, mostrando o sis- tema de acordo com a presente invenção instalado em uma completa- ção de fundo de poço; A Figura 2 é um gráfico de tempo de um pulso acústico ge- rado por uma fonte de calor e mostra um pulso relativamente curto a partir da reação exotérmica em si, com um subsequente som de ebuli- ção a partir da superfície quente; A Figura 3 é um gráfico de tempo do pulso ilustrado na Fi- gura 2 após uma filtragem passa alta; A Figura 4 é um gráfico de tempo da parte de baixa fre- quência do pulso ilustrado na Figura 2; A Figura 5 é uma seção de uma completação de fundo de poço, na qual uma fonte de calor simultaneamente envia dois ou mais pulsos de utilidade, sendo que a Figura 5a ilustra um pulso acústico

7IN7 em uma parede sólida (por exemplo, de aço), a Figura 5b ilustra um pulso de pressão nos fluidos do poço, a Figura 5c ilustra uma onda de calor nos fluidos de poço, e a Figura 5d ilustra uma onda de concen- tração de traçador (um pulso) nos fluidos de poço; A Figura 6 é um diagrama esquemático de uma outra mo- dalidade da presente invenção, ilustrando uma fonte de calor interna- mente ventilada; e A Figura 7 é uma vista ampliada da seção em "T" ilustrada na Figura 6.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE PREFERIDA

[0021] A descrição a seguir poderá utilizar expressões, tais como "horizontal", "vertical", "lateral", "para frente e para trás", "para cima e para baixo", "superior", "inferior", "interno", "externo", "dianteiro", "tra- seiro", etc. Essas expressões essencialmente se referem às perspecti- vas e às posições mostradas nos desenhos e relacionadas a um uso normal da presente invenção. Essas expressões são usadas tão so- mente para facilitar a compreensão da descrição e não devem ser limi- tantes.

[0022] O conceito de fonte de calor selecionado se baseia nas rea- ções exotérmicas com reagentes, que sob a forma de unidades de ca- lor (compreendendo fontes de calor), por exemplo, são carregados em tubos de calor (em uma fonte de calor pulsada) 1, os quais são anexa- dos a uma completação de fundo de poço (por exemplo, um tubo de produção) 2 em uma zona de reservatório R, tal como mostrado na Figura 1. As unidades de calor 1 podem, por exemplo, ser de uma pri- meira configuração 1a, disposta de modo a aquecer fluidos no lado de fora do tubo de produção 2 ("ventilados para fora") ou de uma segunda configuração 1b para aquecer fluidos dentro do tubo de produção ("ventilados para dentro"). Para fins desta descrição, deve-se entender que uma unidade de calor 1 compreende pelo menos uma fonte de calor (por exemplo, um tubo de calor exotérmico) e outras partes e componentes auxiliares, tais como descritas abaixo. Em determinados contextos, os termos "unidade de calor" e "fonte de calor" podem, por- tanto, ser considerados como sinônimos. A menos que de outra ma- neira notado, as unidades de calor 1a, 1b são idênticas e podem ser coletivamente designados como unidades de calor 1.

[0023] A Figura 1 ilustra como uma pluralidade de unidades de calor 1 é disposta em várias posições ao longo do tubo de produção 2. O tubo de produção é conectado a um revestimento 10 e a um correspondente obturador de suspensor de revestimento vedador 11. Os obturadores 6 definem zonas de influxo separadas, e os fluidos de poço q fluem a partir da formação que circunda o tubo de produção e nas respectivas zonas de influxo, como os fluxos de poço q1 e q2, através dos designados ca- nais de influxo 7, e para dentro do tubo de produção 2.

[0024] O posicionamento das unidades de calor 1 ventiladas para dentro e para fora será tipicamente feito onde houver um considerável volume de fluxo passando pelas diferentes unidades, de tal maneira que se torne possível detectar um pulso de calor (nos sensores a ju- sante). No entanto, o posicionamento longitudinal ao longo da comple- tação poderá também se basear em outras considerações, tais como nos tempos calculados de quando os vários sinais deverão atingir os sensores em questão. Além disso, pode-se imaginar que as unidades de calor 1 fiquem posicionadas de tal maneira que as mesmas não possam enviar sinais durante uma esperada produção, embora pos- sam emitir um sinal no caso de condições incomuns. Isso poderá, por exemplo, ser feito a partir de uma zona parcial, na qual nenhuma pro- dução é esperada.

[0025] Quando as fontes de calor nas unidades de calor 1a, 1b são ativadas, pulsos de calor são impostos sobre os fluidos que fluem por essas unidades de calor 1a, 1b, e esses pulsos de calor serão mais tarde registrados em um medidor de temperatura a jusante, por exem- plo, em um PDG (PDG = Medidor de Fundo de Poço Permanente) 3. De acordo com a modalidade ilustrada na Figura 1, o medidor PDG 3 é conectado ao equipamento de registro e controle (não mostrado) na superfície, através de um cabo 4. Uma fonte de pulso de calor opcional 1', conectada a cabo à superfície, é também mostrada na Figura 1. À finalidade dessa disposição é ser capaz de transmitir a partir da com- pletação mais superior (usando o cabo 4), para a completação mais inferior (sem o cabo, porém usando a fonte de calor de acordo com a presente invenção).

[0026] Os pulsos de temperatura registrados, nesse caso, forma- rão a base para uma interpretação baseada em modelo, através da qual é tentado calcular novamente para o fluxo q através da zona de reservatório R, as contribuições do fluxo de zona q1, q2 e do fluxo Q0, Q1, Q2 do tubo de produção 2. Faz-se ainda referência à técnica ante- rior, tal como a Publicação WO 2017/131530 A1 acima mencionada para maiores detalhes. A Publicação WO 2017/131530 A1 acima men- cionada também descreve várias outras configurações de completação de fundo de poço. Um primeiro sistema se baseia em um controle de tempo pré-programado dos tempos dos pulsos de calor.

[0027] Em geral, uma unidade de calor 1 compreende uma fonte de calor, uma unidade de controle eletrônico que aciona um dispositivo de ignição elétrico, o qual, por sua vez, aciona uma reação exotérmica na fonte de calor (por exemplo, um tubo de calor). A unidade de calor poderá ser, assim, um módulo aquecedor programável, e, de maneira correspondente, ser denominado como um PROHM (PROgrammable Heater Module) (Módulo Aquecedor Programável).

[0028] No entanto, existe uma clara recomendação por parte da indústria que os pulsos de calor e, portanto, seu monitoramento, de- vem de preferência ser disparados por um comando a partir da super-

fície ("Sob Demanda"), em um momento desejado pelo operador. Em adição, há uma exigência quanto à sincronização de tempo (relógios) na superfície e no fundo de poço. A precisão global do tempo deve ser feita dentro de alguns segundos no curso de um ano. Isso não poderá ser obtido com a tecnologia de relógio conhecida, e uma sincronização regular se torna, portanto, necessária. Isso é feito para se obter uma ótima qualidade de dados a partir dos algoritmos de interpretação. De- vido à experiência com a energia acústica, a qual poderá ser excitada a partir das fontes de calor e registrada ao longo do tubo de produção 2, um desenvolvimento de sinalização com base nessa energia é ava- liado como parte da presente invenção. A sinalização no tubo de pro- dução será também interessante como um sistema parcial para uma solução "Sob Demanda" de acordo com a presente invenção.

[0029] A unidade de controle eletrônico (não mostrada) na unidade de calor se baseia em um microcontrolador com consumo de energia extremamente baixo, o qual poderá, ao mesmo tempo, controlar e mo- nitorar várias funções. A unidade de calor poderá também ser provida, por exemplo, com sensores que podem medir, por exemplo, pressão, temperatura, movimento (acelerômetros) e som (hidrofone). Além dis- so, a fonte de calor exotérmica na unidade de calor pode ser combina- da com dispositivos mecânicos, que são, por si sós, conhecidos na técnica, a fim de criar pulsos sonoros ao, por exemplo, soltar uma mo- la apertada, que poderá, assim, gerar tanto um pulso sonoro como também um pulso mecânico que se propagam através dos tubos. Es- ses pulsos poderão também ser gerados por uma forma de reação ou detonação mais rápida ao serem liberados, criando um pulso mais for- te, com relação à reação exotérmica. A unidade de calor individual 1, desta maneira, poderá tanto enviar sinais para outras unidades de ca- lor 1 como também receber sinais de outras unidades de calor ou a partir da superfície. Sendo assim, entre outras coisas, os relógios po-

derão ser sincronizados ou os relógios poderão ser ativados de modo que o desejado tempo de disparo seja obtido.

[0030] O pulso de calor que é gerado afetará o fluxo de fluido que vem do poço. Primeiramente, ocorrerá o aquecimento de um determi- nado volume de fluido. Esse volume de fluido criará um pulso de calor que poderá ser detectado por um medidor de pressão e temperatura de fundo de poço. Esse pulso de calor será também detectável pela unidade de controle eletrônico de outras unidades de calor 1, e poderá ser utilizado como um sinal de disparo para as mesmas. Um outro as- pecto do pulso de calor é que uma mudança de volume no fluido pro- duzido poderá acontecer. O óleo produzido em condições de reserva- tório é, com frequência, dosado ao ponto de bolha, de tal modo que até mesmo uma quantidade limitada de energia adicionada possa re- sultar em uma formação de gás, o que levará a uma mudança no vo- lume de fluxo. Em um caso similar, pode-se imaginar que uma mudan- ça no volume de fluxo poderá ser percebida como um pulso de pres- são em um sensor de pressão de fundo de poço ou na cabeça de poço ou em outros lugares, nos quais sensores adequados são dispostos, e possivelmente tanto uma mudança de pressão como uma mudança de volume de fluxo poderão ser registradas.

[0031] Os sistemas para uma transmissão de sinal sem cabo com base tanto em uma pulsação através de fluido como através de tubos são conhecidos. Uma parte importante de tal sistema é um sistema de geração de pulsos. Nesse caso, a reação exotérmica provê oportuni- dades tanto diretamente conforme mostrado em experimentos como através de outro refinamento do processo. Um outro fenômeno é que o aumento de temperatura tal como causada por uma reação exotérmica poderá ser utilizado para aumentar a liberação de um traçador quími- co. O mesmo é possivelmente um pulso de traçador que é liberado sem que seja necessário mudar a taxa de produção, o que normal-

mente acontece ao se utilizar somente um traçador químico.

[0032] Quando a sinalização às unidades de aquecimento em questão no poço ocorre por meio de pulsação através do fluido, pode- rá ser relevante fazer essa pulsação no caso de uma taxa de sinal muito baixa, o que, na prática, envolverá a parada e o início da produ- ção por muitos segundos e possivelmente minutos. Tal pulsação será uma mudança no fluxo natural no poço e poderá atrapalhar um quadro de influxo de outra maneira estável a partir do reservatório. Poderá, portanto, ser uma questão sensível que as unidades de calor sejam ativadas por algum tempo (horas ou dias) depois de o sinal de disparo ser enviado.

[0033] As fontes de calor de rápida atuação nas unidades de calor 1a, 1b de acordo com a presente invenção, em adição ao calor, tam- bém liberará pulsos acústicos, os quais se propagarão ao longo dos tubos com relação aos quais a fonte de calor é posicionada (nesse ca- so: o tubo de calor 1a, 1b é montado no tubo de produção 2). Tais pul- sos acústicos foram demonstrados no medidor 200 do centro de pes- quisa SINTEF, com ciclo de fluxo de 4 polegadas, e um registro de acelerômetro (sensor para ondas acústicas) de 15 m a partir da fonte de calor é mostrado na Figura 2 (aceleração vs. tempo). Foi observado o recebimento de um pulso acústico relativamente curto e imediato Ar a partir da reação exotérmica dentro da própria fonte de calor, com um subsequente som de ebulição (pulso acústico) Ag a partir da ebulição que ocorre nos fluidos expostos a uma superfície quente (uma fonte de calor). Em teoria, e como um exemplo não limitante, a fonte de calor libera cerca de 250 kilojoules de energia, e um pouco dessa energia, portanto, entra sob a forma de um pulso acústico. A Figura 3 mostra o mesmo pulso após uma filtragem passa alta a uma frequência de filtro de 10 kHz. Observa-se que essa parte de alta frequência do pulso po- derá também ser capturada com boas condições de sinal / ruído mes-

mo após 15 m e provavelmente algumas centenas de metros. Isso mostra que tanto o pulso imediatamente a partir da reação exotérmica Ar e o som de ebulição Ag poderão ser utilizados por algumas cente- nas de metros antes de a razão sinal / ruído ficar muito fraca para uso prático. A Figura 4 mostra uma versão filtrada em passa banda (50 a 200 Hz) do sinal recebido (vide Figura 2). Observa-se um pulso forte Ar, mas agora o som de ebulição Ag desaparece. Sinais de baixa fre- quência basicamente se deslocam por distâncias maiores que os de frequências mais altas, sendo assim Ar faz parte, portanto, do sinal que pode ser utilizado para sinalização ao longo de faixas maiores, provavelmente acima de 1 km neste tubo. Desta maneira, pulsos acús- ticos gerados por uma fonte de calor (1a e/ou 1b) poderão ser utiliza- dos para ativar (disparar) outras fontes de calor (1a e/ou 1b) a montan- te ou a jusante da fonte de calor (unidade de calor; vide Figura 1).

[0034] A solução técnica descrita com a finalidade de gerar um pulso de calor em combinação com um ou mais dentre os demais pul- sos pode prover o entendimento de um influxo ao longo do caminho do poço sem a instalação de equipamentos acessórios complicados, tais como cabos ou coisa do gênero. O sistema pode ser passivo e as uni- dades de calor individuais poderão ser montadas nas seções curtas do tubo (por exemplo, nos tubos curtos com subs de cruzamento), que têm um impacto mínimo para fluxo no poço durante uma produção normal. Embora não ilustrado, um capuz pode ser posicionado no tubo curto a fim de proteger a unidade de calor durante, por exemplo, ope- rações de intervenção em poço. Sendo assim, a presente invenção provê um sistema novo, simples e confiável para o monitoramento de um fluxo de poço.

[0035] A Figura 5 ilustra uma seção de uma completação de fundo de poço (por exemplo, como uma seção da completação mostrada na Figura 1), sendo que uma fonte de energia (aqui: a fonte / unidade de calor 1b) é ativada no sentido de simultaneamente enviar dois ou mais pulsos de utilidade. O valor de utilização dos diversos pulsos é ilustra- do na Figura e pode ser resumido como se segue: - na Figura 5a — O pulso de utilidade é um pulso acústico em uma parede sólida (por exemplo, de aço): Um pulso acústico bidi- recional, de rápida propagação e independente de fluxo Pw na parede de aço do tubo 2 poderá atingir toda a completação mais inferior den- tro de um espaço de tempo muito curto (por exemplo, 1 segundo) após a fonte de calor ter sido disparada. A velocidade de propagação pode- rá exceder 3000 metros / segundo. A propagação é independente dos fluidos de poço e poderá ser usada para a sincronização de relógios e disparo de ação (sob demanda).

- na Figura 5Db — O pulso de utilidade é um pulso de pres- são em fluidos de poço: Um pulso de pressão dependente de fluxo "médio rápido" Pp, ligeiramente mais lento que o pulso acústico se propaga nos fluidos de poço e pode atingir a completação mais inferior dentro de 5 a 10 segundos depois de a fonte de calor ter sido dispara- da. A formação de pulso e a velocidade de propagação são incertas e altamente dependentes do fluido. Esse pulso poderá ser utilizado prin- cipalmente em diagnósticos de poço e caracterização de fluidos.

- na Figura 5c — O pulso de utilidade é um pulso de calor (onda) em fluidos de poço: Um pulso de calor de propagação relativa- mente lenta Px (onda) nos fluidos de poço correntes se propagará apenas a jusante, em direção à completação mais inferior. A onda de calor gerada é dependente da composição do fluido e do regime de fluxo. Esse pulso é principalmente utilizado em diagnósticos de poço e estimativa de velocidade de fluxo e/ou taxa de fluxo.

- na Figura 5d — O pulso de utilidade é uma onda de con- centração de traçador (pulso) nos fluidos de poço: Um pulso de traça- dor de propagação lenta Pr (golfada) se propagará a jusante com o fluxo. Esse pulso apresenta algumas similaridades com a onda de ca- lor (vide Figura 5c), mas a sua física de fluxo é diferente. Esse pulso é principalmente utilizado como um indicador, por exemplo, de vazamen- tos de fluido através de obturadores. Essa Figura ilustra como um va- zamento através de um obturador 6 pode ser detectado ao liberar uma golfada de traçador no lado de fora do tubo de produção em um lado do obturador 6, e detectar a golfada de traçador que fluiu pelo obtura- dor e para dentro do tubo, em um local a jusante no interior do tubo. Deve-se entender que, embora a Figura mostre uma fonte de calor in- ternamente ventilada, uma golfada de traçador poderá ser liberada conforme ilustrado, também a partir de uma fonte de calor voltada para fora.

[0036] Embora a Figura 5 mostre apenas uma fonte de calor (1a e/ou 1b), deve-se entender que os pulsos gerados podem ser utiliza- dos no sentido de ativar (disparar) outras fontes de calor a montante ou a jusante da fonte de calor. Os vários pulsos conectam (ou seja, acionam) as fontes de calor (o tubo de calor) apenas pelo próprio pul- so acústico, ou seja, sem cabo, enquanto que a fonte de calor superior pode ter um cabo até a superfície.

[0037] As Figuras 6 e 7 ilustram uma outra modalidade da presen- te invenção. A menos que especificamente notado de maneira diferen- te, as características e funções dessa modalidade serão similares àquelas acima descritas com referência às Figuras 1 a 5.

[0038] De acordo com essa modalidade, a unidade de calor (com- preendendo a fonte de calor) 1 é colocada dentro do tubo de produção e fixada à parede dos tubos por meio de um ou mais suportes 8 a fim de obter um espaço 9 entre a unidade de calor e a parede dos tubos. Os suportes 8 são feitos de um material isolante térmico, e o espaço 9 garante que a unidade de calor fique termicamente separada da pare- de do tubo. O tubo de calor é de preferência disposto em uma região de diâmetro aumentado do tubo de produção (por exemplo, em um tubo curto, tal como acima descrito), conforme ilustrado nas Figuras. Embora as Figuras 6 e 7 ilustrem uma unidade de calor ventilada para dentro, deve-se entender que essa disposição poderá ser também ventilada para fora.

[0039] Quando a fonte de calor é ativada, o efeito principal será a geração de um fluxo de energia sob a forma de calor a partir da fonte e para dentro dos fluidos circundantes Q0, Q1 (tal como o pulso de calor Pu, vide Figura 5c). Os efeitos secundários (porém mais imediatos no tempo que o pulso de calor) criarão um ou mais pulsos acústicos que se propagam e são transmitidos para a parede dos tubos e se propa- gam ao longo da parede dos tubos (tal como o pulso acústico Pw, vide Figura 5a). Diversos mecanismos contribuem para a criação dos pul- sos acústicos de banda larga acima descritos. Originando-se na uni- dade de calor 1, esses pulsos se propagam através de um ou mais suportes mecânicos 8 e ainda para dentro e ao longo dos tubos de completação 2. A parede dos tubos de completação recebe apenas um aquecimento menor, e, portanto, a formação dos pulsos acústicos será somente dentro da ou na fonte de calor termicamente desacopla- da 1.

[0040] O pulso acústico (ou pulsos) — que pode se deslocar por longas distâncias (por exemplo, vários quilômetros) nos tubos de com- pletação — poderá ser gerado por meio de um ou mais fenômenos a seguir: - Aquecimento geral da parede de fonte de calor a partir da geração de calor interno.

- Rápido fluxo de massa de metais fundidos dentro da fonte de calor, por exemplo, ao longo do comprimento da fonte de calor.

- Formação de gás metálico transiente dentro da fonte de calor.

- Fluidos em ebulição na superfície externa da fonte de ca- lor. Esse pulso acústico será de uma frequência mais alta que a dos pulsos acima mencionados, e poderá, por conseguinte, se deslocar por distâncias mais curtas (por exemplo, algumas centenas de me- tros).

[0041] A geração de calor dentro da fonte de calor pode se basear em uma reação exotérmica assimétrica que se inicia em uma extremi- dade e se propaga até a outra extremidade da fonte de calor (por exemplo, um tubo de calor).

[0042] A reação exotérmica pode ser modulada por meio da inser- ção de seções de retardo e diferentes reagentes ao longo dos tubos de fonte de calor. Isso, nesse caso, também modulará os pulsos acús- ticos em conformidade e de tal maneira que assinaturas únicas pos- sam ser transmitidas.

[0043] Ao se utilizar pulsos baseados em diferentes princípios físi- cos, tais como um pulso de calor em combinação com um ou mais pulsos (pulsos de utilidade), tais como som nos tubos, um pulso de pressão no fluido ou um pulso químico no fluido, poderá ser possível realizar uma interpretação detalhada do fluxo no poço. Por exemplo, será interessante medir o retardo de tempo entre vários tipos de pulso, uma vez que cada um dos mesmos terá diferentes velocidades de propagação características.

[0044] Um exemplo de uma fonte / unidade de calor exotérmica é a termite de cobre, porém a presente invenção não se limita a esse ma- terial.

[0045] Embora a presente invenção tenha sido descrita com refe- rência a um tubo de produção 2, a presente invenção não deve ficar limitada a essa aplicação, mas, sim, deverá ser aplicável a um fluxo de fluido em qualquer tubular.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para monitoramento de fluxo de fluido em um reservatório de fundo de poço, caracterizado pelo fato de que compre- ende pelo menos uma fonte de calor (1, 1a, 1b) colocada em uma completação de fundo de poço e configurada de modo a — por meio de reações exotérmicas — gerar pulsos acústicos que se propagam ao longo de um tubular (2) na completação de um fundo de poço, sendo que a fonte de calor é posicionada de tal modo a obter um espaço (9) entre a fonte de calor e a parede do tubular.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor é configurada de modo a gerar um pulso acústico compreendendo um pulso acústico a partir de uma rea- ção exotérmica dentro da fonte de calor e um pulso acústico subse- quente gerado por fluidos em ebulição na proximidade da superfície externa da fonte de calor.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado pelo fato de que a fonte de calor é ainda configurada de modo a gerar um pulso acústico de rápida propagação e independente de flu- xo, um pulso de pressão dependente de fluxo e de propagação ligei- ramente mais lenta, ou um pulso de calor de propagação lenta.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor é ainda con- figurada de modo a gerar um pulso de traçador.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as fontes de calor são co- nectadas através dos ditos pulsos, sem cabo, e pelo fato de que pelo menos uma fonte de calor superior (1') é conectada ao equipamento na superfície através de um cabo (4).

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende um sensor de fundo de poço (3), o qual é posicionado de modo a receber pelo me- nos um dos pulsos.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o sensor é um PDG (medidor de fundo de poço per- manente) (3).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracte- rizado pelo fato de que uma fonte de calor (1') é colocada acima do sensor (3) a fim de gerar um pulso acústico que se propaga no sentido descendente na completação mais inferior.

9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor compreen- de um meio para a geração de uma reação exotérmica assimétrica que se inicia em uma extremidade e se propaga até a outra extremi- dade da fonte de calor.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracteriza- do pelo fato de que o dito meio é configurado de modo a modular a reação exotérmica por meio de várias seções de retardo e diferentes reagentes ao longo da fonte de calor.

11. Método para monitoramento de fluxo de fluido em fundo de poço, caracterizado pelo fato de que usa pelo menos uma fonte de calor (1), tal como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, posicionada em uma completação de fundo de poço de poço e que simultaneamente gera e envia dois ou mais pulsos de utilidade para fins de comunicação com uma ou mais fontes ou sensores de energia de fundo de poço.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracteriza- do pelo fato de que os ditos pulsos são utilizados para ativar (disparar) uma ou mais fontes de calor de fundo de poço.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, carac- terizado pelo fato de que o dito pulso gerado é um pulso acústico de rápida propagação e independente de fluxo, um pulso de pressão de- pendente de fluxo e de propagação ligeiramente mais lenta, e um pul- so de calor de propagação lenta.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 11 a 13, caracterizado pelo fato de que o dito pulso gerado é um pulso de traçador.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracteriza- do pelo fato de que um pulso acústico (por exemplo, no tubo de produ- ção) é utilizado para a sincronização de relógios em uma ou mais uni- dades de fundo de poço (por exemplo, nas fontes de calor) e/ou para a sincronização de uma ou mais unidades de fundo de poço com os re- lógios na superfície.