BRPI0612380B1 - Wellness for hydrocarbon production - Google Patents
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Abstract
poço para produção de hidrocarbonetos. poço para produção de hidrocarbonetos, incluindo um furo perfurado abaixo em um subsolo, um invólucro preso à parede de furo, um tubo de produção que se estende no invólucro da superficie e abaixo a uma zona contendo hidrocarbonetos, um suspensor na superficie em uma extremidade superior do poço, em qual suspensor o tubo de produção e invólucro são pendurados e eletricamente curto-circuitados, e um obturador arranjado de modo vedado e curto-circuitando eletricamente na coroa circular entre o tubo de produção e o invólucro, na ou perto de uma extremidade inferior do poço, distinto visto que o poço adicionalmente inclui: uma bobina primária arranjada concentricamente sobre o tubo de produção, uma bobina secundária arranjada concentricamente sobre o tubo de produção, uma carga conectada à bobina secundária, e uma unidade de gerador de corrente alternada/sinal conectada à bobina primária.
Description
"POÇO PARA PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS" CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção relaciona-se à transmissão de energia e sinal em poços operativos para produção de hidrocarbonetos.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO E TÉCNICA ANTERIOR
[0002] Ao produzir hidrocarbonetos de um poço é preferível ter conhecimento de parâmetros físicos de relevância para como o poço está produzindo. Parâmetros físicos podem ser medidos na cabeça de poço, mas é fortemente preferível ser capaz fazer medições no poço, preferivelmente em zonas de produção do poço.
[0003] Pressão é particularmente interessante, mas também muitos outros parâmetros físicos são de interesse, tais como temperatura, composição e taxas de fluxo. Adicionalmente, pode ser de interesse principal ter válvulas, bombas ou outros meios que requerem energia e sinais da superfície instalados no poço.
[0004] Na publicação de Patente U.S. 6.644.403 B2, um método e um dispositivo são descritos para a medição de parâmetros físicos em um poço de produção. No poço, em uma coroa circular entre um tubo de produção e um invólucro exterior, um semi-transformador é arranjado na coroa circular e um semi-transformador é arranjado no tubo de produção. O semi-transformador na coroa circular tem conexão elétrica por meio de cabos à superfície do poço. O semi-transformador dentro do tubo de produção é acoplado indutivamente ao semi-transformador externo e tem conexão a pelo menos um sensor, um elemento para armazenamento de energia, e circuitos eletrônicos, arranjados dentro do tubo de produção. O equipamento situado na coroa circular é instalado permanentemente, enquanto o equipamento situado dentro do tubo de produção pode ser substituído através intervenção de poço leve, tal como através de operações de cabo. Assim, a invenção de acordo com US 6.644.403 B2 provê vantagem permitindo a equipamento arranjado dentro do tubo de produção ser substituído sem operações inclusívas no poço serem requeridas.
[0005] Na publicação de Patente U.S. 6,515.592 B1, métodos e dispositivos diferentes são descritos para enviar pelo menos um sinal elétrico para ou de pelo menos um dispositivo de furo abaixo em um poço. Os dispositivos instalados de furo abaixo são instalados permanentemente. Corrente é dirigida em um invólucro por uso de uma fonte na superfície conectada ao um invólucro. Um ou vários dispositivos de furo abaixo permanentes são conectados eletricamente ao um invólucro, e a conexão elétrica ao um invólucro é usada para prover energia aos dispositivos de furo abaixo. Os dispositivos de furo abaixo também enviam um sinal ao um invólucro isolado que pode ser dirigido pelo invólucro a uma unidade receptora localizada na superfície que recebe e armazena sinais. A parte superior do invólucro mais perto à superfície é isolada eletricamente da parte subjacente, e conexão elétrica direta ou indutiva é arranjada da unidade de superfície à parte subjacente. No invólucro, aberturas isolantes são providas, e o invólucro subjacente é conectado por meio de um cabo elétrico com uma bobina primária. Uma bobina secundária com dispositivos de furo abaixo conectados é acoplada indutivamente à bobina primária. Em uma concretização, efeito e sinal são passados abaixo por um tubo interno e de volta por um tubo externo. Energia e sinais são enviados para e do dispositivo de furo abaixo localizado permanentemente por uso de freqüências distintas e/ou endereçamento. Não há nenhuma descrição de acoplamento indutivo a um tubo de produção interno, não há nenhuma descrição de dispositivos medidores dentro do tubo interno, e não há nenhuma descrição de curto-circuitar entre o tubo externo e interno na extremidade superior de um poço, senão por uma unidade de gerador/sinal localizada na superfície.
[0006] Na publicação de Pedido de Patente U.S. 2004/0144530 A1, um dispositivo de envelope provedor de reatância ferromagnética e uso disso em um poço de petróleo são descritos, por quais uma queda de tensão é desenvolvida através do dispositivo de envelope provedor de reatância quando uma corrente alternada é passada por um tubo interior, e efeito e sinais são por esse meio extraídos, usados para acionar e comunicar com dispositivos e sensores no poço. O dispositivo de envelope provedor de reatância, um denominado bobina de reatância, não recebe energia e é preparado de um material tendo alta permeabilidade magnética relativa, por exemplo na gama de 1.000 a 150.000, tal como uma liga de metal ferromagnético ou uma ferrita. A bobina de reatância é isolada eletricamente do tubo interior e atua para prover uma impedância reativa contra as correntes alternadas no tubo, A fonte de energia e sinal na superfície não é acoplada indutivamente ao poço, [0007] Na publicação de Patente Ü.S. 6,684.952 B2, um método e um aparelho são descritos, provendo comunicação de energia elétrica e sinais de componentes de furo abaixo para outros componentes de furo abaixo, por uso de uma montagem acoplada indutivamente. Bobinas primárias e secundárias concêntricas lado a lado são usadas, tendo conexão da superfície por um cabo a uma bobina primária perto de equipamento para medição e/ou controle. Mais especificamente, alimentação passante de energia e sinais elétricos por uma parede de forro/invólucro sem condutores passantes elétricos é descrita, pelo uso de acoplamento indutivo.
[0008] Uma demanda existe para desenvolvimento adicional da técnica anterior supracitada, para implementação em um poço sem uso de cabos longos, e com possibilidade para substituição de sensores e outro equipamento sensível situado dentro de um tubo de produção. Uma demanda particular existe por tecnologia útil em poços que são curto-circuitados entre o tubo de produção e a invólucro na superfície, com um suspensor onde ditos tubos são pendurados, e curto-circuitados abaixo no poço com um obturador entre ditos tubos, e particularmente para conexão a zonas e equipamento localizado adicionalmente abaixo no poço do que o obturador de curto-circuito, SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0009] As demandas supracitadas são cumpridas pela presente invenção provendo um poço para produção de hidrocarbonetos, incluindo um furo perfurado abaixo em um subsolo, um invólucro preso à parede de furo, um tubo de produção que se estende no invólucro da superfície e abaixo a uma zona contendo hidrocarbonetos, um suspensor na superfície em uma extremidade superior do poço, em qual suspensor o tubo de produção e invólucro são pendurados e curto-circuitados eletricamente, e um obturador arranjado de modo vedado e curto-circuitando eletricamente no anel entre o tubo de produção e o invólucro na ou perto de uma extremidade inferior do poço, distinto visto que o poço adicíonalmente incluí: uma bobina primária arranjada concentricamente sobre o tubo de produção; uma bobina secundária arranjada concentricamente sobre o tubo de produção; uma carga conectada à bobina secundária; e uma unidade de gerador corrente alternada/sinal conectada à bobina primária.
[0010] O poço de acordo com as formas de invenção forma um circuito elétrico fechado pelo tubo de produção e invólucro sendo acoplado junto no suspensor e no obturador, dito tubos sendo isolados eletricamente entre o suspensor e o obturador. Com o termo "invólucro" também é significado seções de forros que são curto-circuitadas eletricamente, de forma que o circuito elétrico seja mantido. O circuito elétrico pode até para um poço longo ter uma baixa perda ôhmica, tipicamente 1-10 ohm, que é importante para o efeito técnico da invenção. Tubos de produção e invólucros em aço inoxidável, por exemplo aço de 13% de Cr, será mais preferível com respeito à perda do que o denominado aço negro. Tubos de produção são tipicamente preparados de aço inoxidável de 13% de Cr.
[0011] O obturador é preferivelmente arranjado de modo vedado e curto-circuitando eletricamente na coroa circular entre o tubo de produção e invólucro a um nível acima da zona contendo hidrocarbonetos, para evitar vazamento de fluidos eletricamente condutivos na coroa circular acima do obturador.
[0012] A carga preferivelmente inclui uma alimentação passante indutiva na forma de um transformador dividido, com uma parte externa arranjada fora do tubo de produção e uma parte interna arranjada de modo liberável dentro do tubo de produção, com conexão de dita parte interna a sensores ou meios que são arranjados de modo liberável dentro do tubo de produção. Em uma concretização preferível, a carga é arranjada descendentemente do obturador, conectada com cabos elétricos alimentados pelo obturador da carga à bobina secundária. Por esse meio, só a carga ou componentes selecionados da carga são expostos a fluidos da zona contendo hidrocarbonetos.
[0013] O poço de acordo com a invenção pode incluir pelo menos uma zona adicionalmente abaixo no poço do que o obturador eletricamente curto-circuitando, conectado com cabos da bobina secundária pelo obturador a uma bobina primária adicional arranjada sobre o tubo de produção em dita zona, e com uma bobina secundária adicional arranjada sobre o tubo de produção em dita zona, com uma carga conectada à dita bobina secundária adicional. Na ou perto da extremidade de dita zona, é assumido ser um obturador de curto-circuito, ou outro curto-circuito entre o tubo de produção e invólucro. Por esse meio, conexão de zonas que caso contrário seriam zonas cegas isoladas relativas ao resto do poço, é alcançado.
[0014] O sinal de energia é preferivelmente transmitido a cerca de 50 Hz e 50250 V da unidade de gerador/sinal, enquanto sinais preferivelmente são transmitidos a cerca de 20-30 kHz e cerca de 20 V da unidade de gerador/sinal. As bobinas preferivelmente têm núcleos ferromagnéticos arranjados entre o tubo de produção e a bobina respectiva, para aumentar o campo magnético e por esse meio melhorar o acoplamento indutivo ao poço.
[0015] O poço preferivelmente inclui centralizadores eletricamente isolantes arranjados na coroa circular entre o tubo de produção e o invólucro entre o suspensor e o obturador, para evitar curto-circuito entre ditos tubos.
[0016] A carga pode incluir um ou mais de uma bobina primária adicional, um estrangulamento acionado eletricamente ou válvula de controle (válvula de estrangulamento), instrumentação para medição de pressão, temperatura, multi-fase, composição, vazão, velocidade de fluxo, uma bomba, um motor e um sensor sísmico. Componentes suscetíveis a desgaste são preferivelmente arranjados de modo substituível e de modo liberável dentro do tubo de produção. A carga convenientemente também inclui uma unidade de energia, por exemplo na forma de um pacote de baterias, circuitos para codificação/decodificação, endereçamento, comunicação e controle, escolhidos apropriadamente e adaptados de equipamento previamente conhecido. As preferivelmente cargas podem se comunicar com a unidade de sinal, e opcionalmente com outras cargas.
[0017] O poço de acordo com a invenção preferivelmente inclui várias zonas produtoras de hidrocarbonetos, com carga incluindo instrumentação e uma válvula de estrangulamento ajustável arranjada em cada zona. Por esse meio, produção controlada pode ser alcançada de cada zona produtora de hidrocarbonetos, baseado em parâmetros medidos com a instrumentação. As zonas podem fazer parte do circuito elétrico regular do poço, ou serem conectadas de acordo com a invenção. DESENHOS
[001S] A invenção é ilustrada com 3 figuras, das quais: [0019] Figura 1 é um esboço esquemãtico de um poço de acordo com a presente invenção;
[0020] Figura 2 ilustra uma concretização da presente invenção, com uma carga que é substituível por manutenção de poço leve; e [0021] Figura 3 ilustra uma concretização da presente invenção, com alimentações passantes para várias zonas, quais zonas estão separadas por obturadores eletricamente isolantes.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0022] Referência é feita primeiro à Figura 1, que ilustra um poço incluindo um tubo de produção 1 e um invólucro 2, os tubos na cabeça de poço sendo pendurados em um denominado suspensor 3, que provê curto-circuito elétrico entre 0 tubo de produção e o invólucro. Um pouco adicional mente abaixo no poço, um obturador 4 é ilustrado, arranjado de modo vedado e curto-circuitando eletricamente na coroa circular entre o tubo de produção e o invólucro. Na parte superior do poço, ao redor ou sobre o tubo de produção, uma bobina primária é arranjada, conectada com cabo a uma unidade de gerador de energia/sinal 5 na superfície do poço. Dentro do poço, acíma do tubo de produção, um bobina secundária B é arranjada, conectada a uma carga 6. Entre o suspensor 3 e o obturador 4, o tubo de produção 1 e o invólucro 2 estão eletricamente isolados, por centralizadores eletricamente isolantes 7 arranjados como requerido para impedir curto-circuito entre os tubos. A coroa circular entre o tubo de produção e o invólucro entre o suspensor e o obturador está preferivelmente cheio com um fluido ou meio eletricamente não condutivo, por exemplo óleo diesel e/ou a superfície dos tubos tem uma camada eletricamente isolanfe aplicada.
[0023] A unidade de gerador de energia/sinal 5 gera sinais elétricos de corrente alternada que são dirigidos pelo bobina A, que resultam em acoplamento indutivo ao tubo de produção 1, por qual uma corrente alternada elétrica é gerada. A bobina B é um acoplamento indutivo ao tubo de produção 1, tal que uma tensão alternada seja gerada através da bobina B, conectada à carga 6 para operação dela. O poço como tal forma um circuito elétrico fechado, como o tubo de produção está acoplado ao invólucro pelo obturador 4 e pelo suspensor 3. Sinais e energia para e do poço são transmitidos por uso da unidade de gerador de energia/sinal 5, e convenientemente com a carga 6, que pode incluir sua própria unidade de energia, circuitos eletrônicos e sensores, motores ou outro equipamento conectado. Sinais transmitidos da carga 6 são transferidos pela bobina B para o tubo de produção 1 e extraídos com a bobina A.
[0024] Figura 2 ilustra como carga que é substituível por manutenção de poço leve é arranjada. Mais especificamente, a bobina B está conectada a um transformador 8, que consiste em dois semi-transformadores, mais especificamente o semi-transformador 8a na coroa circular, arranjados no, ao redor ou parcialmente embutido no tubo de produção, e semi-transformador 8b arranjado contrariamente dentro da tubo de produção 1. A carga 6 é arranjada com conexão ao semi-transformador 8b dentro doa tubo de produção, e pode ser substituída por manutenção de poço leve, que significa operações de cabo, operações de tubulação enrolada, ou semelhante, sem ter que retirar o tubo de produção.
[0025] Referência adicional é feita a Figura 3, que ilustra como instrumentação pode ser arranjada em zonas diferentes no poço, quais zonas são adicionalmente abaixo no poço do que o (superior) obturador curto-circuitando eletricamente 4. Mais especificamente, as zonas são acopladas juntas por uso de alimentações passantes elétricas 9 pelos obturadores (inferiores) 4 a bobinas primárias e secundárias adicionais, A', B', A" e B", respectivamente na Figura 3. As zonas podem ser por exemplo zonas produtoras de hidrocarbonetos em ramais laterais do poço.
[0026] Testes em grande escala provaram que um sinal de corrente alternada apropriado para transmissão de energia é cerca de 50 Hz, e freqüência para o sinal de corrente alternada para transmissão de sinal pode ser apropriadamente 20-30 kHz. Ditas freqüências podem ser desviadas. Por exemplo, o sinal de energia pode ser convenientemente corrente alternada com freqüência na faixa de 20-60 Hz. A sinalização é conduzida preferivelmente a freqüência mais alta, preferivelmente na faixa de kHz, para assegurar resolução suficiente para a transmissão de sinal. Testes provaram que um sinal de saída de 30 kHz é mais que suficiente para transmitir dados a uma taxa de 10-15 kbit/segundo, que é suficiente para transmissão dos sinais desejados. Tensão aplicada para transmissão de efeito é tipicamente 50-250 Volt, enquanto tensão aplicada para transmissão de sinal é tipicamente 20 Volt. Corrente aplicada é tipicamente 0,1-0,5 A por bobina. Efeito de saída típico é cerca de 50% do efeito de entrada. A bobina primária A pode ser uma ou vários bobinas acopladas em paralelo, ou um bobina longa, por exemplo 7-10 m de comprimento, como um bobina maior com mais enrolamentos provê melhor transmissão, igualmente núcleos maiores ou mais extensos. Mais preferivelmente, a bobina primária são várias bobinas idênticas com um núcleo de ferrita, quais bobinas são arranjadas lado a lado e acopladas em paralelo, que é conveniente com respeito à fabricação, montagem e flexibilidade. O semelhante se aplica às bobinas secundárias, porém, estas podem ser de um tamanho menor do que as bobinas primárias, e com menos enrolamentos, por causa de considerações espaciais e porque as bobinas secundárias não são para transmitir efeitos grandes. Bobinas que são acopladas em paralelo são travadas em fase, tal que elas atuem juntas. As bobinas são tipicamente embutidas em um polímero para assegurar estabilidade mecânica. Perda aumentada por poços longos pode ser compensada aplicando efeito maior, aumentando o número de núcleos nos bobinas, e com bobinas maiores ou número aumentado de bobinas acopladas em paralelo, lado a lado, identicamente.
EXEMPLO
[0027] Um poço de comprimento 2.000 m terá 1 kW transmitido de topo para fundo. Testes provam que uma eficiência de 50% é realista. Portanto, 2 kW devem ser aplicados na bobina primária. Uma bobina primária conveniente será cerca de 8 m de comprimento e consiste em 80 bobinas idênticas, arranjadas lado a lado e acopladas em paralelo, cada bobina tendo cerca de 250 enrolamentos de cabo de cobre de 0,2 mm2. Aplicando corrente alternada de 220 V a 50 Hz e cerca de 9,1 A na bobina primária, 25 W será aplicado em cada uma das 80 bobinas que constituem a bobina primária, com uma corrente de 0,1 A em cada uma das 80 bobinas da bobina primária. O circuito elétrico fechado do poço, consistindo no tubo de produção e invólucro que são curto-circuitados no topo e fundo do poço, pode ser considerado como um enrolamento, e a tensão e corrente no circuito elétrico fechado então se tornam respectivamente 80 x 220/250 = 70,4 V e 9,1 x 250/80 = 28,43 A, se perdas forem omitidas. Porém, há perdas por causa de perda ôhmica no tubo de produção e invólucro, tipicamente cerca de 2 ohm para o poço atual. Se uma bobina secundária idêntica à bobina primária for usada, e perdas forem omitidas, na bobina secundária 220 V e cerca de 9,1 A pode ser tirado. Uma perda de cerca de 50% deve ser esperada em um poço de 2.000 m de comprimento, por qual razão só metade do efeito pode ser tirado na bobina secundária, por exemplo 220 V e 4,55 A. Otimização do equipamento, em particular bobinas, pode ser assumido resultar em perda reduzida. O poço pode ser considerado como dois transformadores, onde o tubo de produção e invólucro formam o lado secundário para a bobina primária, e o lado primário para a bobina secundária.
[0028] A relação de conversão entre as bobinas, tensão aplicada, corrente, impedância, carga e freqüência, são de significação com respeito à eficiência. Porém, parâmetros e componentes podem ser escolhidos dentro de limites amplos, com a condição que transmissão de energia e sinal possa ser realizada satisfatoriamente. Por exemplo, tipos diferentes de carga e a extensão de carga conectada podem ter efeito significante por causa de impedância aumentada.
REIVINDICAÇÕES
Claims (9)
1. Poço para produção de hidrocarbonetos, compreendendo um furo perfurado abaixo em um subsolo, um invólucro (2) preso à parede de furo, um tubo de produção (1) que se estende no invólucro (2) da superfície e abaixo a uma zona contendo hidrocarbonetos, um suspensor (3) na superfície em uma extremidade superior do poço, em qual suspensor (3), o tubo de produção (1) e invólucro (2) são pendurados e eletricamente curto-circuitados, e um obturador (4) arranjado de modo vedado e eletricamente curto-circuitando na coroa circular entre o tubo de produção (1) e o invólucro (2), na ou perto de uma extremidade inferior do poço, em que o poço adicionalmente inclui: uma bobina primária (A) arranjada concentricamente sobre o tubo de produção (1); uma bobina secundária (B) arranjada concentricamente sobre o tubo de produção (1); uma carga (6) conectada à bobina secundária (B); e uma unidade de gerador de corrente alternada/sinal (5) conectada à bobina primária (A), e caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma zona adicionalmente abaixo no poço do que o obturador (4) eletricamente curto-circuitando, conectado com cabos (9) alimentados da bobina secundária (B) pelo obturador (4) a uma bobina primária adicional (A’) arranjada sobre o tubo de produção (1) em dita zona, e com uma bobina secundária adicional (B’) arranjada sobre o tubo de produção (1) em dita zona, com uma carga (6) conectada à dita bobina secundária adicional (B’).
2. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o obturador (4) é arranjado de modo vedado e curto-circuitando eletricamente na coroa circular entre o tubo de produção (1) e invólucro (2) a um nível acima da zona contendo hidrocarbonetos.
3. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carga (6) compreende uma alimentação passante indutiva na forma de um transformador dividido (8), com uma parte externa (8a) arranjada fora do tubo de produção (1) e uma parte interna (8b) arranjada de modo liberável dentro do tubo de produção (1), com acoplamento da dita parte interna a sensores ou meios que são arranjados de modo liberável dentro do tubo de produção (1).
4. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carga (6) é arranjada descendentemente do obturador (4), conectada com cabos elétricos (9) alimentados pelo obturador (4) da bobina secundária (B) à carga (6).
5. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal de energia é transmitido a cerca de 50 Hz e 50-250 V da unidade de gerador/sinal (5), enquanto a sinalização é transmitida a 20-30 kHz e cerca de 20 V da unidade de gerador/sinal (5).
6. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que centralizadores eletricamente isolantes (7) são arranjados na coroa circular entre o tubo de produção (1) e invólucro (2) entre o suspensor (3) e o obturador (4), para impedir curto-circuito entre os ditos tubos.
7. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as bobinas (A, B, A’, B’) têm um núcleo ferromagnético arranjado como uma luva entre o tubo de produção (1) e a bobina respectiva.
8. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carga (6) compreende uma ou mais de uma bobina primária adicional, um estrangulamento eletricamente acionado (válvula de estrangulamento), instrumentação para medição de pressão, temperatura, multi-fase, composição, vazão, velocidade de fluxo, uma bomba, um motor e um sensor sísmico.
9. Poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende várias zonas produtoras de hidrocarbonetos, com carga (6) incluindo instrumentação e uma válvula de estrangulamento ajustável arranjada em cada zona.
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