artigo poços inteligentes

7/30/2019 artigo Poos inteligentes

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Bo l e tim t cni co da Produo de Pe t r l eo , R i o de Jane i ro - vo l ume 1 , n 2 , p . 273-292

Poos inteligentes na Petrobras/Intelligent wells in Petrobras

S Manoel Feliciano da Silva Junior S Hardy Leonardo da Cunha Pereira Pinto S Ronaldo Gonalves Izetti

This work presents the concept of the intelligent well, its components,

application in Petrobras and benefits. A well is called intelligent if, and only

if, it adds value to the project during its life cycle. Monitoring of production

parameters elements and/or flow control devices are used for this purpose.

Subsurface monitoring gained strength in the early nineties with the

increase of the reliability and improvement of metrological parameters of the

sensors. This has accelerated the development of using optical technology,more robust for hostile environments such as downhole conditions.

Petrobras is investing in the development of optical sensors, with important

results, such as low cost sensors for applications in onshore fields. Flow con-

trols main components, the valves, are presented as well as the automation

of the operation, trying to demystify the hydraulic power units normally

used in intelligent wells; which usually present a higher level of automation,

resulting in more efficient use of human and material resources. The inte-

gration of these components with other completion equipment, such as theartificial lift systems and the sand control, is also presented.

(Expanded abstract available at the end of the paper).

Este trabalho apresenta o conceito de poo inteligente, seus compo-

nentes, sua aplicao na Petrobras e os benefcios esperados. Um poo

denominado inteligente se, e somente se, maximiza o valor agregado do

projeto durante seu ciclo de vida. Para isto, ele se vale de elementos de

monitorao de parmetros de produo e/ou de dispositivos para controlede fluxo. A monitorao de subsuperfcie ganhou fora desde os anos 90,

com o aumento da confiabilidade e com a melhoria dos parmetros

metrolgicos dos sensores. Isto impulsionou o desenvolvimento de sen-

sores que utilizavam tecnologia ptica mais robusta para ambientes hostis,

PALAVRAS-CHAVE:

completao inteligente

campo inteligente

poo inteligente sensor a fibra ptica

sensor permanente

vlvulas de fundo

controle de fluxo

unidades hidrulicas automatizadas

KEYWORDS:

intelligent completion

intelligent field

intelligent well

fiber optic sensor

downhole sensor

downhole valve

flow control

automated hydraulic power unit

resumo

abstract


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Poos intel igentes na Petrobras Si lva Junior et a l .

como nas condies de fundo de poo. A Petrobras teminvestido bastante no desenvolvimento de sensores p-

ticos e apresenta resultados bastante importantes, co-

mo, por exemplo, os sensores de baixo custo voltados

para aplicaes em campos terrestres. O controle de flu-

xo apresentado tanto nos seus componentes princi-

pais, as vlvulas, como na automao de sua operao.

Desmistifica-se as unidades hidrulicas normalmente

utilizadas em poos inteligentes, que apresentam ummaior grau de automao, tendo com o resultado uma

utilizao mais eficiente de recursos humanos e mate-

riais. A integrao destes componentes com outros ele-

mentos da completao, como a elevao artificial e a

conteno de areia, tambm so apresentados.

o que poointe l igente?Equipar uma completao com sensores de fundo

e dispositivos de controle de fluxo remoto, permitindo

acesso informao em tempo real e decises mais

geis (CERA DOFF)*, corresponde definio de com-

pletao inteligente aceita pela Petrobras. Um pooequipado com componentes inteligentes denomina-

do poo inteligente se, e somente se, maximiza o valor

agregado do projeto durante o seu ciclo de vida

(SHELL)**.

* Definio de completao inteligente do Digital Oil

Field of the Future da Cambridge Energy Research

Associates.** Definio de poo inteligente da Royal Dutch Shell.

e lementos de umpoo inte l igentesensores permanentes

Embora os sistemas de monitorao permanente

em poos de leo e gs tenham iniciado seu uso no

final dos anos 60, foi apenas no incio dos anos 90,

quando sua confiabilidade atingiu nveis aceitveis, quehouve adoo expressiva por parte dos operadores.

Vale ressaltar que no s aconteceu um aumento na

confiabilidade como tambm uma melhoria significati-

va dos parmetros metrolgicos. Os responsveis por

essa evoluo foram: a utilizao de cristal de quartzo

no elemento sensor e a melhoria da robustez da eletr-

nica embarcada (Baker et al. 1995).

No final dos anos 90, outra tecnologia, a dos senso-res a fibra ptica, surgiu com a viso de aumento da

confiabilidade e de facilidade da atualizao tecnolgi-

ca (OPTICAL..., 2006). Atualmente, os sensores a fibra p-

tica possuem uma adoo crescente, principalmente em

poos de gs de alta vazo e em poos high pressure/

high temperature (HP/HT). A Petrobras investiu bastan-

te nessa tecnologia para expandir seu universo de apli-

caes e conta hoje com solues de baixo custo paracampos maduros oriundas do desenvolvimento da tec-

nologia de redes de Bragg em parceria com a Pontifcia

Universidade Catlica do Rio de Janeiro (PUC-Rio).

Hoje quase todas as grandes companhias de servio

possuem sensores a fibra ptica seja por meio de desen-

volvimento prprio ou por meio de aquisies. Dentre

os produtos disponveis no mercado, podem-se destacar:

sensor de presso e temperatura (P/T);

sensor de vazo monofsica e multifsica;

sensores distribudos e quase distribudos

de temperatura;

acelermetros para ssmica de poo.

Os mais utilizados so o distribudo de temperatura e

o P/T. Na tabela 1 feita uma anlise comparativa das prin-

cipais caractersticas dos sensores P/T eletrnicos e pticos.

Em um poo inteligente, os sensores tm um papel

relevante, pois por eles se obtm, em tempo real, a per-

cepo do processo de produo. Atualmente, tem sido

aceita pela Petrobras a classificao dos sensores em:

pontuais;

distribudos;

quase distribudos.

Os sensores pontuais so aqueles que possuem ape-

nas um ponto de leitura da varivel de processo esco-

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Bo l e tim t cni co da Produo de Pe t r l eo , R i o de Jane iro - vo l ume 1 , n 2 , p . 273-292

lhida para monitorao. Normalmente, essa varivel a

presso obtida em uma profundidade prxima ao reser-

vatrio ou no intervalo de interesse. Um exemplo desses

sensores opermanent downhole gauge (PDG).

Os sensores quase distribudos permitem a moni-

torao da varivel de processo em diversos pontos de

um reservatrio ou em um intervalo de interesse, com

sensores numa densidade elevada (> 100). Desta for-

ma, uma completao em trs intervalos, com um sen-

sor de presso em cada intervalo, no pode ser carac-

terizada como um sistema quase distribudo devido

baixa densidade de sensores.

Os sensores distribudos so aqueles que permitem

a monitorao de uma varivel de processo com umaresoluo espacial to pequena quanto se queira. Um

exemplo desses sensores o distributed temperature

sensing (DTS).

packers

Tm como funo principal isolar hidraulicamente

cada zona produtora ou injetora do poo a ser contro-

lada e monitorada permitindo, assim, o controle seleti-

vo destas zonas. Alm deste isolamento hidrulico, o

packersuperior da coluna de completao inteligente

tambm possui as funes de ancorar a coluna e de

promover a primeira barreira de segurana do anular,

funes bsicas dospackers de produo.

Por ter o objetivo especfico de isolamento, ospack-

ers de completao inteligente podem apresentar

tanto os mecanismos de ancoragem (cunhas) e isola-

mento (borrachas) como tambm apenas o mecanismode isolamento. Estes packers permitem seu uso mlti-

plo, pois, devido falta do mecanismo de ancoragem,

no requerem trao extra para sua recuperao,

Tabela 1 - Comparao entre as principais caractersticas dos sensores P/T eletrnicos e pticos.

Tabel 1 - Comparison between the characteristics of electronic and optical P/T sensors.


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podendo inclusive ser desassentados e recuperados por

meio de ferramenta de atuao mecnica secundria.

Mecanicamente, ospackers utilizados para comple-

tao inteligente se diferenciam dospackers convencio-

nais por apresentarem orifcios de passagem, tambm

conhecidos como penetraes, que permitem a passa-

gem das linhas de controle: hidrulicas, eltricas ou pti-

cas. Nestes orifcios so instalados conectores para a ve-

dao entre cada linha de controle e opacker. O nme-ro de penetraes uma caracterstica do projeto de

cadapackere deve constar de sua especificao no pro-

jeto de completao. Existem no mercadopackers com

quatro a nove passagens para linhas de controle.

Outra caracterstica importante dospackers estudados

se refere necessidade da no-movimentao relativa de

seus componentes durante o assentamento. O objetivo

dessa no-movimentao evitar a transmisso de tenso slinhas de controle e tambm o risco de rompimento destas.

vlvulas

Os dispositivos de fundo de poo que garantem a

monitorao e o controle individual, simultneo, remo-

to e em tempo real das diversas zonas do poo con-

ceito primrio dos sistemas de completao inteligente so os sensores dos parmetros do poo e as vlvulas

inteligentes de controle de subsuperfcie.

As vlvulas de controle de fluxo podem ser classifi-

cadas segundo seu mecanismo de atuao ou seu tipo

de controle do fluxo.

Modos de acionamento:

hidrulico;

eltrico;

multiplexado (comando eltrico e

acionamento hidrulico).

Tipos de controle de fluxo:

abre-fecha (on-off);

multiposio;

variao contnua.

As vlvulas de acionamento hidrulico so as mais

comuns. O acionamento se faz por meio de um pisto

balanceado que faz a camisa deslizante (sliding sleeve)

se deslocar obstruindo total ou parcialmente os orifcios

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de acesso da vlvula. Em vlvulas infinitamente vari-

veis, faz-se necessrio o uso de um sensor de posicio-

namento. Em vlvulas multiposio, normal que exista

um indexador que limite o curso da vlvula conforme o

ciclo de movimentao atravs de um came mecnico

(por exemplo, oJ-slotda Baker Oil Tools). ou que exista

algum dispositivo que, alm de fornecer a presso ne-

cessria, apenas desloque para a vlvula um volume

controlado fazendo com que esta se mova em passos(por exemplo, a Accupulse da WellDynamics).

O acionamento requer, ento, duas linhas hidrulicas

por vlvula, o que pode causar complicaes na instalao

devido ao aumento do dimetro da completao. Para

reduzir este problema, uma soluo comumente adotada

pelos fabricantes para vlvulas on-offe multiposio a

conexo de todas as linhas de fechamento em uma linha

hidrulica comum. Utiliza-se uma lgica bastante simplespara acionamento, que se vale do fato do uso de pistes

balanceados. A movimentao no sentido de abertura

obtida ao pressurizar a linha de abertura da vlvula e

acompanhar o retorno do fluido pela linha de fechamen-

to comum. Na movimentao no sentido do fechamento

de uma vlvula, primeiramente pressuriza-se a linha de

abertura de todas as vlvulas que se deseja manter nesta

posio e em seguida, pressuriza-se a linha de fechamen-to comum. As vlvulas que forem mantidas pressurizadas

no se movero, pois apresentaro presso diferencial

entre suas tomadas igual zero (ou prximo disso),

enquanto as demais iro se mover no sentido do

fechamento, acionadas pela linha comum.

Nas vlvulas de acionamento eltrico, o deslocamen-

to do mecanismo de controle da vlvula (choke) feito

pela atuao de um motor eltrico. Tais vlvulas reque-

rem apenas uma nica linha de acionamento eltrica que

envia um sinal eltrico decodificado pelas vlvulas, o que

as torna propcias para uso em instalaes com restrio

de passagem pelo suspensor da coluna (tubing hanger).

As vlvulas de acionamento multiplexada so as

mais complexas. O comando da vlvula feito eletrica-

mente e decodificado no mdulo de comando de cada

vlvula, permitindo o acionamento hidrulico do seu

mecanismo de controle. Desta forma, um sistema multi-

plexado com mltiplas vlvulas requer apenas duas linhas

de controle hidrulico e uma linha eltrica que tambm

pode ser compartilhada com o sistema de monitorao.


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Hoje em dia, os sistemas hidrulicos diretos so osmais usados por serem mais econmicos em relao

aos eltricos e aos multiplexados.

Quanto ao tipo de controle de fluxo, as vlvulas do

tipo abre-fecha (on-off) possuem apenas um estgio de

atuao que cicla a vlvula entre as posies totalmen-

te aberta e totalmente fechada.

As vlvulas do tipo multiposio se caracterizam por

possuir diversos estgios de abertura, tendo uma varia-o discreta de quatro a doze posies, a depender do

projeto da vlvula. Neste tipo de controle, a cada acio-

namento da vlvula, seu mecanismo de controle muda

uma posio seqencialmente. Isto permite o aumento

progressivo da rea aberta ao fluxo at a posio total-

mente aberta, retornando no prximo estgio a posi-

o totalmente fechada.

Nas vlvulas de variao contnua possvel o incre-mento infinitesimal do sistema de controle de fluxo

(choke) a cada acionamento. Isto permite qualquer

abertura percentual da mxima rea aberta ao fluxo

que ocorre na posio totalmente aberta.

Os orifcios das vlvulas podem apresentar diferentes

geometrias, desenhadas de acordo com parmetros

como: tipo da vlvula, vazo esperada, regime de escoa-

mento, etc. As geometrias mais comuns so furos circu-lares e rasgos alongados. Os furos circulares so mais

comuns em vlvulas abre-fecha e multiposio, caso em

Figura 1 - Exemplosde geometrias de

vlvulas de comple-tao inteligente (a)orifcios circulares e(b) rasgos elpticos.

Figure 1 - Examplesof intelligentcompletion valve

orifice geometries:(a) circular and(b) slotted.

Figura 2 - Variao de inflow performance

relationship (IPR) a partir da variao daabertura da vlvula. Azul: IPR do poo; Roxo:

curva de perda de carga no tubo; Verde:

presso diferencial entre IPR e perda decarga; demais curvas: perda de carga navlvula para diversos valores de choke(Konopczynski e Ajayi, 2004).

Figure 2 - Valve choke variation and inflowperformance relationship (IPR) variationrelationship. Blue: IPR; Purple: tubing

performance curve (TPC); Green: pressuredifferential; other: valve performance curves

at several choking values (Konopyczynskie Ajayi, 2004).

que, para cada posio, apenas um conjunto de furospermite a passagem de fluido. O dimetro dos furos

calculado a partir dos parmetros de produo ou inje-

o, sendo feito sob medida para o poo. As vlvulas

com rasgos alongados podem ser desenhadas para qual-

quer tipo de operao. A vazo vai ser funo da posio

do rasgo em relao janela, permitindo at mesmo

uma vlvula com choke infinitamente varivel (fig. 1).

As vlvulas de fundo de poo com controle de fluxo(multiposio ou variao contnua) apresentam curvas

de vazo do tipo igual percentagem, ou seja, aquela

que, para cada deslocamento, corresponde uma igual

variao na percentagem do fluxo (fig. 2).


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bastante simples, executa ento a seqncia de aciona-mento das solenides necessrias, conforme a lgica

projetada pelo fornecedor dos equipamentos para a

movimentao de vlvulas. Aps a estabilizao da

presso nas linhas desejadas, o CLP aguarda um tempo

determinado antes de ventil-las, adequado ao que

esperado para o trmino da movimentao.

Em alguns projetos de automatizao da HPU, onde

se deseja assegurar que houve a movimentao dasvlvulas, a linha de controle que estiver despressurizada

(linha de abertura no caso de um fechamento e vice-

versa) conectada a um pequeno tanque onde o CLP

verifica o volume de retorno. Tal volume deve estar em

um intervalo compatvel com o esperado pelo desloca-

mento do pisto para a operao solicitada, aps o

tempo esperado.

Alguns fabricantes incluem tambm a anlise davazo de retorno para determinar o momento em que a

vlvula parou de se mover, antes de medir o volume de

retorno, seja pelo processamento desta ou pela medio

direta em um tanque de retorno. A medio desta vazo,

que muito pequena, bastante complexa, aumentan-

do demasiadamente o custo da unidade.

Uma HPU totalmente automtica pode incluir tam-

bm a funcionalidade de comando remoto. O CLP po-de ser utilizado para implementar um protocolo de co-

municao e os mesmos comandos, disponibilizados

localmente, serem disponibilizados para atuao pelo

sistema supervisrio da plataforma. Dados importantes

para manuteno tambm podem ser exteriorizados

desta forma, simplificando o processo de diagnstico

de problemas (fig. 3).

Uma opo, para quando o custo a premissa fun-

damental, a utilizao de uma unidade itinerante:

montada em umskidou em um caminho. A unidade

seria provida de mangueiras com conectores de engate

rpido que seriam conectadas diretamente nas toma-

das existentes no adaptador de sada da cabea de pro-

duo e a movimentao das vlvulas seria feita direta-

mente por esta unidade. A vantagem deste processo

principalmente econmica, uma vez que uma unidade

pode ser utilizada para vrios poos, j que as movi-mentaes de vlvulas no so freqentes.

Existem vrios fatores que podem adicionar uma

complexidade operacional indesejvel ao processo e

Alm do perfil de vazo da vlvula, necessrio es-pecificar, durante a sua seleo, a presso mxima de ope-

rao e a presso mxima diferencial. A presso mxima

de operao especifica a maior presso qual a vlvula

totalmente fechada pode ser submetida sem sofrer per-

da de estanqueidade ou dano ao selo, situao existente

durante intervenes, por exemplo, no assentamento de

packers e testes de estanqueidade do equipamento de pro-

duo. A presso mxima diferencial especifica a maiorpresso entre coluna e anular qual a vlvula pode ser

submetida para operar normalmente sua abertura, con-

dio encontrada durante a operao normal do poo.

unidade de controle remoto

Para movimentar vlvulas de acionamento hidruli-

co, necessrio se utilizar uma unidade de potnciahidrulica (hydraulic power unit- HPU). Basicamente, a

unidade hidrulica tem a funo de pressurizar um flui-

do at um determinado nvel que varia de acordo com

o fabricante (o normal que seja em torno de 5 000 psi).

Para isto ela utiliza uma bomba hidrulica e distribui

esta presso nas linhas de controle atravs de um con-

junto de vlvulas (manifold). A bomba pode ser aciona-

da eltrica ou pneumaticamente, de acordo com adisponibilidade da infra-estrutura. Por exemplo, se no

existir um suprimento de ar comprimido no local de

instalao (caso comum em poos onshore), para o

caso onde a bomba pneumtica, ser necessria tam-

bm a existncia de um compressor, o que aumenta a

probabilidade de falha devido ao acrscimo da comple-

xidade do sistema.

Uma vez atingido o nvel de presso, o operador

manobra as vlvulas necessrias na unidade, de acordo

com o procedimento descrito pelo fabricante do siste-

ma, para que haja o deslocamento das vlvulas de con-

trole de fluxo de subsuperfcie. Em algumas unidades

hidrulicas, possvel utilizar pequenos acumuladores

para uma maior estabilizao da presso de sada.

A fim de simplificar a operao, a unidade hidruli-

ca pode ser construda para uma operao inteira-

mente automtica, incluindo um controle de aciona-mento da bomba a partir da sua presso de sada e uti-

lizando vlvulas solenides para acionar as linhas de

controle. Um controlador lgico programvel (CLP),


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mente hostil (altas salinidade e acidez), os cabos devem

apresentar tambm uma proteo mecnica contra cho-

ques e arrastamentos contra o revestimento que pos-

sam ocorrer durante a instalao e posteriores inter-

venes. Existem diversas formas de proteo mecni-

ca, porm as mais comuns so a armadura de ao e o

uso de um tubo de ao inoxidvel similar ao de instru-

mentao, em geral com 1/4 de dimetro, mas po-

dendo variar conforme a caracterstica do cabo.

Atualmente, novos materiais esto sendo utilizados

para a confeco dos tubos de proteo, entre eles ao

com liga de nquel, polmeros e ligas de alumnio (por

exemplo, duralumnio), de acordo com a especificidadedo ambiente onde este cabo permanecer. Do lado de

fora da proteo mecnica, a utilizao de um revesti-

mento polimrico oferece proteo adicional contra

possvel que esta opo comprometa, em longo prazo,

o benefcio econmico previsto. Alguns desses fatores

so: a necessidade de se deslocar o equipamento para

as manobras, a necessidade de se preencher as linhas

com fluido (flushing), o risco de contaminao do flui-

do hidrulico nas operaes de conexo e desconexo

e a necessidade de se manter um registro acurado da

posio corrente das vlvulas de todos os poos inteli-

gentes do campo.

cabos, conectores, penetradorese clamps

Os cabos utilizados para os sistemas de monitora-

o so peas fundamentais no sucesso da instalao.

Alm de serem protegidos contra o ambiente quimica-

Figura 3 - Diagrama simplificado para acionamento de vlvulas de completao inteligente em uma unidade hidrulica.

Figure 3 - Simplified diagram of a hydraulic power unit for intelligent completion valves.


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ataques qumicos alm de absorver parte dos choques.Para aumentar a sustentao, cabos de armadura po-

dem ser encapsulados lado a lado com o cabo principal

no revestimento polimrico (fig. 4).

Os cabos pticos so similares aos eltricos no que

se refere proteo mecnica e ao revestimento poli-

mrico. O cabo composto por duas ou trs fibras

(multimodo, monomodo ou combinao destas), por

um elemento de Kevlar para auxiliar a sustentao e atrao e tambm por um preenchimento para manter

todo este ncleo sem retirar completamente sua mobili-

dade. Os materiais do preenchimento do encapamen-

to individual de cada fibra, assim como o da prpria

fibra ptica dependem fortemente da temperatura

qual o cabo ser submetido. No caso especfico da fibra

ptica, a presena de hidrognio, advindo principal-

mente da gua produzida, combinada com calor podelevar a um efeito chamado escurecimento por hidrog-

nio (hydrogen darkening oushadowing).

Durante a descida, o cabo necessita ser fixado co-

luna de produo. Para tanto, inicialmente utilizaram-

se cintas metlicas que, todavia, tendem a se romper

nas intervenes. comum que este rompimento deixe

muito material no poo e oferea risco de acunhar

equipamentos, o que, em completao inteligente, um problema de maior importncia, devido comple-

xidade da composio da coluna. Alm disso, em pon-

tos onde ocorre um aumento de dimetro, tal como

nas luvas, o cabo passa a ser muito mais danificado por

se aproximar do revestimento. Assim, a utilizao de

clamps se faz necessria. Estes so dispositivos que se

prendem coluna fixando o cabo a esta, protegendo-

o de eventuais choques com o revestimento. Apesar de

mais caros do que cintas metlicas, os clamps so ainda

bastante baratos e se apresentam como uma soluo

melhor para a descida de cabos por apresentarem

menor risco de se soltarem (fig. 5).

Durante sua fabricao, os cabos pticos podem ser

incorporados a flatpacks hbridos (ptico e hidrulico,

eltrico e hidrulico, etc.), simplificando o procedimen-to de descida pela reduo do nmero de linhas indi-

viduais a serem fixadas coluna de produo.

Para conexo do sensor ao cabo, em geral so utili-

zados conectores do tipo seco, ou seja, que no momen-

to da conexo e da desconexo esto na superfcie.

Estes conectores so, normalmente, montados na ex-

tremidade do cabo e ligados ao sensor no momento de

prend-lo ao mandril.

No caso do uso de sensores a fibra ptica em ambien-

tes onde a condio de trabalho seja menos severa

Figura 4 - Exemplos de cabos utilizados

em monitorao de fundo de poo

(Baker et al. 1995).

Figure 4 - Downhole cable examples

(Baker et al. 1995).

Figura 5 - Protetor de cabo (clamp) do tipo

cross-coupling (Baker et al. 1995).

Figure 5 - Cross-coupling clamp(Baker et al. 1995).


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(poos terrestres, por exemplo), podem ser utilizadosconectores comuns usados em comunicao, com uma

proteo mecnica externa. Esta condio, no entanto,

est longe de ser a ideal para a maioria dos casos. Em

poos com completao inteligente em mltiplos inter-

valos, sero necessrios conectores secos, que sero

montados na superfcie, para interligar os sensores

entre as zonas durante a descida da coluna.

Um penetrador necessrio para que o sinal possaatravessar o suspensor de coluna, impedindo a passa-

gem de presso. Trata-se basicamente de um compo-

nente onde h conectores em ambos os lados, com um

condutor (ou fibra ptica) passando atravs dele, e com

vedaes em ambos os lados para garantir a estanquei-

dade at sua presso nominal (fig. 6).

No caso da utilizao em completao subsea,

indispensvel o uso de conectores molhados na mon-tagem da rvore de natal. Estes conectores permitem,

por meio de uma barreira de presso, a conexo e a

desconexo em ambiente submerso sem o risco de

contato dos ferrolhos (peas responsveis pelo contato)

com o ambiente.

Em conectores com especificaes para guas pro-fundas, indispensvel que seja utilizada uma cmara de

compensao de presso no lugar da barreira. No sus-

pensor de coluna, um conector macho fica espera pelo

lado fmea que est montado na rvore de natal. In-

ternamente, este conector interligado com o dispositi-

vo de sada da cabea de produo, disponibilizando um

conector para o cabo que vai para a plataforma (fig. 7).

Para conectores e penetradores eltricos, j existem

solues qualificadas pela Petrobras, com larga utiliza-

o. Os conectores pticos secos, disponveis por diver-

sos fabricantes, j esto em processo de qualificao na

companhia. Os conectores molhados ainda esto em

fase inicial de desenvolvimento, visto que nenhuma

soluo comercial apresenta a cmara de compensao

de presso especificada pela Petrobras, baseada nos

histricos de confiabilidade de conectores eltricos.

sistema de superviso

As informaes de monitorao dos poos devem

ser apresentadas para os operadores de forma clara,

em tempo real e com confiabilidade de informao e,

Figura 6 - Diagrama mostrando a utilizaode penetradores e conectores secos para asada do cabo de sinais de monitorao e o

controle pela cabea de produo. (Baker etal. 1995).

Figure 6 - Penetrators and dry-mate connec-tors used for exit of monitoring and controlsignal cables through the wellhead (Baker et

al. 1995).

Figura 7 - Utilizaode conectoresmolhados emrvores de natal

subsea(Baker et al. 1995).

Figure 7 - Wet-mateconnectors used

for subseachristmas trees(Baker et al. 1995).


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para tanto, um sistema supervisrio deve ser utilizado.Este supervisrio pode ser uma das solues de merca-

do j existentes tal como o iFix, o Case, o InTouch (utili-

zados pelo rgo de Explorao e Produo da Compa-

nhia, entre outros) ou as de desenvolvimento interno

como o SCP, feito pela Unidade de Negcio de Explo-

rao e Produo da Bahia (UN-BA) ou o Sisal, desen-

volvido pela Unidade de Negcio de Explorao e Pro-

duo do Rio Grande do Norte e Cear (UN-RNCE). Assolues internas visam obter alternativas de mais bai-

xo custo de propriedade e simplicidade nos processos

de atualizao e modificao. Devido diversidade de

fabricantes e equipamentos que pode ser envolvida em

um poo inteligente, imprescindvel que a conectivi-

dade entre os equipamentos seja levada em conta em

todas as fases do projeto (fig. 8). A escolha de equipa-

mentos que se comuniquem utilizando protocolosabertos, de grande difuso na indstria, e a minimiza-

o do nmero destes utilizados em um mesmo cam-

po, alm de simplificar a conectividade, minimiza custo

por meio da reduo da necessidade de equipamentos

de compatibilizao de protocolos (bridges).

O advento do gerenciamento digital integrado de

campos de petrleo (GeDIg) veio a acrescentar a neces-

sidade de interoperabilidade dos sistemas supervisrios

com outros sistemas, sejam eles historiadores ou apli-

caes especficas. Para tanto, faz-se necessria a com-

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patibilidade com os protocolos Open Standard forProcess Control(OPC), Object Linking and Embedding

for Database (OLE DB) e futuramente com o Production

Markup Language (Prodml).

in tegrao com

outros e lementosda completaoA completao inteligente pode ser usada isolada-

mente ou em conjunto com outras tcnicas de com-

pletao como, por exemplo, em poos com conteno

de areia, com sistemas de elevao artificial, poos

multilaterais, etc. Nestes casos fundamental um pro-jeto detalhado das interfaces para que os sistemas per-

maneam operacionais e confiveis.

Em poos com conteno de areia, a completao

inteligente fica limitada ao controle de apenas duas

zonas. Isto acontece devido ao restrito espao interno

que inviabiliza o posicionamento das vlvulas dentro

das telas de conteno. Nestes casos, utiliza-se o artif-

cio de se incluir uma rea polida, entre os dois sistemas

de conteno de areia, que promova a vedao da

extremidade de uma coluna, de pequeno dimetro,

Figura 8 - Integrao entre os sistemassupervisrios e historiadores, conformeprevisto pelo GeDIg.

(Silva Junior et al. 2005).

Figure 8 - Supervisory and historian systemsintegration, as proposed by GeDIg.(Silva Junior et al. 2005).


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concntrica ao sistema de conteno de areia. Na partesuperior da coluna de completao utilizam-se duas

vlvulas inteligentes que controlaro o fluxo de cada

zona, sendo que a vlvula inferior possui uma camisa

externa (shroud) para possibilitar o controle do fluxo da

zona inferior atravs da coluna de pequeno dimetro.

A vlvula superior convencional e regula o fluxo da

zona superior por meio do anular entre a coluna de

pequeno dimetro e os tubos telados (fig. 9).A aplicao de completao inteligente em poos

equipados com sistemas de elevao artificial notada-

mente poos equipados com bombeio centrfugo sub-

merso (BCS), onde a freqncia de troca dos sistemas

de bombeio requer intervenes freqentes com recu-

perao da coluna de produo fica comprometida. A

complexidade operacional e elevados custos associados

constante recuperao, reparo e reinstalao do sis-tema de completao inteligente, originalmente proje-

tado para instalaes permanentes ao longo da vida til

do poo, so aspectos a desfavorecer a sua utilizao.

Para compatibilizar os sistemas de completao

inteligente com os sistemas de elevao artificial, ne-

cessrio o desenvolvimento de ferramentas ou projetos

de completao que permitam interveno na coluna

superior que contm o sistema de bombeio indepen-

dentemente da parte inferior com o sistema de comple-

tao inteligente.

Em poos equipados com bombeio mecnico, utili-

zam-se bombas insertveis que permitem manuteno

freqente, sem a necessidade de retirada da coluna

com o sistema de completao inteligente.

J os sistemas de gas liftno interferem na com-

posio do projeto de completao inteligente, sendo,

portanto, o mtodo de elevao artificial mais com-

patvel com o uso de completao inteligente.

Os sistemas de bombeio centrfugo submerso (BCS)

constituem o pior cenrio para o uso de completao

inteligente por necessitarem de manuteno freqente

com troca do conjunto. No caso de no se usar ferra-

mentas especiais de desconexo, a retirada do sistema

de completao inteligente inevitvel.

A ferramenta de desconexo molhada (WetDesconection Tool - WDT) pode possuir conexes hi-

drulicas, eltricas ou pticas, individualmente ou com-

binadas entre si. Isto depende do tipo de acionamento

283


Figura 9 -Completaointeligente em

poos equipadoscomgravel pack.

Figure 9 -Intelligent

completion inwells equippedwith gravel pack.


12/20

284


dos sistemas de controle (eltricos, hidrulicos ou mis-tos) e de monitorao (eltricos ou pticos) com o qual

ir operar.

Um dos principais problemas para o custo elevado

dos elementos dos poos inteligentes em aplicaes

offshore a falta de compatibilidade entre os sistemas

subsea e os sistemas inteligentes. Os resultados so

sempre projetos especiais cujos custos iniciais so ele-

vados e apresentam pouca flexibilidade devido de-pendncia de um fabricante especfico. A criao do

intelligent well interface standardization (IWIS) (Going

et al. c2006) surgiu da iniciativa de fabricantes e opera-

dores de reverter esse quadro criando uma padroniza-

o para as interfaces entre os sistemassubsea e os sis-

temas inteligentes.

O IWIS trata da padronizao das interfaces fsicas,

alimentao, comunicao e testes dos poos inteli-gentes, cujos resultados so parte da ISO 13628, parte

6 (subsea production control systems).

completaointe l igente naPetrobrasaplicaes em poos submarinos

A primeira instalao de um sistema de completaointeligente em um poo submarino da Petrobras ocor-

reu em agosto de 2003 no poo injetor 8-MLS-67HA-

RJS da Unidade de Negcio de Explorao e Produo

do Rio de Janeiro (UN-Rio). Nesta oportunidade, foi des-

cido um conjunto totalmente eltrico da Baker para via-

bilizar a injeo de gua seletivamente em duas zonas

por meio de vlvulas de controle de subsuperfcie eltri-

cas com variao contnua de choke (fig. 10).Aps a instalao do sistema de completao, foi

testado e qualificado o sistema SCRAMS da Well-

Figura 10 - Esquema de completao do poo injetor 8-MLS-67HA-RJS.

Figure 10 - Intelligent completion schematic for injector well 8-MLS-67HA-RJS.


13/20

285


Dynamics no poo injetor 8-RO-35D-RJS do Campo deRoncador, na UN-Rio. Este poo est localizado a

14,5 km do floating production storage and offloading

(FPSO) Brasil, em LDA de 1 890 m, o que tornou a apli-

cao atpica e desafiadora. O desafio poder ser expli-

cado porque, a esta distncia, sistemas de controle

hidrulicos diretos no so adequados, devido demo-

ra na resposta do comando e ao grande risco de falhas

por entupimentos da linha de controle. Desta forma,optou-se por usar o sistema multiplexado da Well-

Dynamics com vlvulas de variao contnua de choke.

Estas vlvulas so acionadas hidraulicamente por meio

de um mdulo de controle eltrico multiplexado (SAM

Tool) que controlam seletivamente a injeo de gua

em duas zonas distintas. Para minimizar os efeitos da

distncia nos sinais do sistema de monitorao e con-

trole, foi utilizado um cnister na rvore de natal mo-lhada (ANM) para amplificar os sinais entre a unidade

de produo e o poo (fig. 11).

Posteriormente, foi realizada a terceira instalao de

completao inteligente em poo submarino no poo

produtor 7-BI-21H-RJS do Campo de Bicudo da

Unidade de Negcio de Explorao e Produo da Ba-cia de Campos (UN-BC). Este sistema foi composto por

apenas uma vlvula hidrulica on-offcom a finalidade

de prevenir a produo prematura de gs proveniente

da zona superior, impedindo assim o aumento descon-

trolado da RGO. Este poo possui um trecho horizontal

de 1 150 m com conteno de areia e, pela primeira

vez, foi usado um sensor duplo de presso e tempera-

tura do tipo Harvest da QuantX (fig. 12)

Figura 11 - Esquema de completao dopoo injetor 8-RO-35D-RJS.

Figure 11 - Intelligent completion schematic

for injector well 8-RO-35D-RJS.

Figura 12 - Esquema de completao dopoo produtor 7-BI-21H-RJS.

Figure 12 - Intelligent completion schematic

for producer well 7-BI-21H-RJS.


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286


aplicaes em poos terrestresO primeiro piloto de campo inteligente da Petrobras

foi instalado no Campo de Carmpolis (SE) sendo cons-

titudo por seis poos produtores inteligentes e um

poo injetor inteligente. Os poos foram completados

com trs intervalos isolados por packers, com monito-

rao ptica de presso e de temperatura em cada um

deles e, no caso dos produtores, um sensor de pressoe temperatura foi colocado acima do packerde pro-

duo para otimizao da elevao artificial (no caso,

bombeio mecnico). O poo produtor utiliza vlvulas

de controle de fluxo do tipo abre-fecha (on-off), en-

quanto os injetores utilizam vlvulas multiposio, com

seis posies intermedirias (choke); todos os sistemas

foram fornecidos com unidades hidrulicas totalmente

Tabela 2 - Poos inteligentes instalados em Carmpolis (SE).

Tabela 2 - Intelligent wells in Carmpolis (SE).

automticas e com operao remota (Pereira Pinto etal. c2006). Para os poos, foi escolhido o protocolo de

comunicao Modbus e a utilizao de rede Ethernet

por serem padres abertos e bastante utilizados na

indstria. Rdios Ethernet de 34 Mbps de alta disponi-

bilidade fornecem uma capacidade de trfego imensa-

mente superior necessria, possibilitando testes de

maior complexidade e um maior nmero de disposi-

tivos por poo (tabela 2).Um dos objetivos do primeiro piloto de campo inte-

ligente instalado em Carmpolis avaliar as diversas

tecnologias existentes. Para a monitorao ptica, fo-

ram escolhidos os sensores pticos P/T desenvolvidos

pela Petrobras conjuntamente com a PUC-Rio, exceto

no poo 7-CP-976-SE, onde foram testados os sensores

e os sistemas de superfcie da Weatherford. Alm disso,


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287


neste poo tambm foi testada a unidade hydraulicallycontrolled addressing unit(HCAU) que chaveia as linhas

hidrulicas entre as vlvulas minimizando o seu nmero.

No poo 7-CP-130-SE, foram testados packers de

isolamento da Welldynamics que no apresentam me-

canismos para ancoragem. Neste e tambm no 7-CP-

1316D-SE foram testados os equipamentos de comple-

tao inteligente de baixo custo para poos com reves-

timento de 5 1/2, um dos principais resultados desteprojeto.

No poo 7-CP-1527D-SE, a preocupao com a

trao necessria para o desassentamento dospackers

levou ao uso de uma vlvula encamisada, acima de um

packerpermanente que isola o intervalo inferior. Para a

monitorao deste intervalo, um sensor denominado

2P2T (duas presses e duas temperaturas) foi utilizado,

medindo a presso da zona inferior por meio de umtubo capilar.

Devido ao alto ndice de intervenes para substitui-

o de bombas no campo, o que seria um grande pro-

blema dado o grau de complexidade da coluna instala-

da, optou-se pela instalao de uma bomba insertvel

acima da completao inteligente. Um estudo de seis

meses foi conduzido anteriormente em outro poo, uti-

lizando monitorao ptica e posicionando a bomba em

duas diferentes profundidades. Isto provou que a dife-

rena de produo entre as duas posies de instalao

da bomba era desprezvel (Silva Junior et al. 2005).

conc lusesOs benefcios esperados pela utilizao de poos

inteligentes se refletem em vrios aspectos. O primeiroe mais evidente quanto otimizao da produo. A

monitorao permanente, associada a um controle de

fluxo, permite uma otimizao do gerenciamento de

reservatrios. Testes de formao podem ser feitos com

muito mais simplicidade, uma vez que se tem controle

sobre o fluxo seletivo.

Testes de interferncia podem ser feitos coordena-

damente com poos produtores e injetores, fornecen-do dados mais precisos para a elaborao e o aperfei-

oamento dos modelos de reservatrios. Por meio dos

dados obtidos, pode-se avaliar a produo de gua e

agir de forma a reduzir o seu volume. reduzida tam-bm a necessidade de tratamento de gua para descar-

te ou reinjeo, seja pela restrio na produo, seja

pela mudana do perfil de injeo (Glandt, 2003). A mo-

nitorao da injeo de vapor permite a avaliao con-

tnua do processo, levando a uma maior eficincia.

A monitorao de temperatura distribuda pode ser

utilizada para otimizao dogas liftpor meio da anli-

se da abertura das vlvulas pela variao da tempera-tura. Para mtodos de bombeio mecnico ou eltrico

submerso, a monitorao permanente de presso per-

mite um aumento da eficincia do mtodo por meio de

um ajuste automtico dos parmetros de bombeio.

Os dados de superfcie e subsuperfcie, obtidos com

a monitorao na completao inteligente, podem ser

utilizados para se tentar uma deteco antecipada de

falhas (early fault prediction) dos equipamentos ou doprocesso. Uma vez que uma massa significativa de da-

dos seja coletada, incluindo diversas situaes normais

e anormais de poo devidamente registradas pela

operao podem ser usadas tcnicas avanadas de

processamento de sinais para que sejam detectadas

assinaturas precedendo os eventos; entre estas tcni-

cas, tem-se o data mining e o uso de redes neurais e de

filtragem adaptativa. Um trabalho como este se encon-

tra em desenvolvimento para os dados obtidos no pilo-

to de campo inteligente de Carmpolis.

A monitorao de parmetros do campo, no ape-

nas de produo, mas tambm de diagnsticos dos

equipamentos, permite uma melhor utilizao dos

recursos, tanto humanos quanto materiais. Tradicio-

nalmente, feita uma ronda para verificar problemas

no campo, que quando constatados, necessitam ser

diagnosticados e endereados a uma equipe especficapara os reparos. Com uma monitorao on-line, diver-

sas falhas podem ser diagnosticadas em pouco tempo

e, associada ao conhecimento do equipamento exis-

tente, a equipe certa pode ser deslocada para a soluo

de problemas. Isto evita o deslocamento desnecessrio

de equipes, otimizando a utilizao de recursos

humanos e materiais.

Utilizando-se as tcnicas de predio de falhas, umprograma de manuteno de carter tanto preditivo

quanto preventivo pode ser adotado de forma a mini-

mizar as paradas de produo, maximizando o retorno.


16/20

S BAKER, A.; GASKELL, J.; JEFFERY, J.; THOMAS, A.; VENERUSO, T.;

UNNELAND,T. Permanent monitoring: looking at lifetime reservoir dynam-

ics. In: OILFIELD Review. [Sugar Land]: Schlumberger, 1995. 1 CD-ROM.

S GLANDT, C. A. Reservoir aspects of smart wells. In: SOCIETY OF

PETROLEUM ENGINEERS. LATIN AMERICAN AND CARIBBEAN PETRO-

LEUM ENGINEERING CONFERENCE, 8., 2003, Trinidad and Tobago.

[Proceedings]. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2003. 1

CD-ROM. (SPE 81107).

S GOING,W. S.;THIGPEN, B. L.; CHOK,P.M.; ANDERSON,A. B.;VACHON,

G. P. Intelligent well technology: are we ready for closed loop control?.

In: SOCIETY OF PETROLEUM ENGINEERS. INTELLIGENT ENERGY CON-

FERENCE AND EXHIBITION, 2006, Amsterdam. [Proceedings].

Richardson: Society of Petroleum Engineers, c2006. (SPE 99834).

S KONOPCZYNSKI, M.; AJAYI, A. Design of intelligent well downhole

valves for adjustable flow control. In: SOCIETY OF PETROLEUM ENGI-NEERS. TECHNICAL CONFERENCE AND EXHIBITION, 2004, Houston.

[Proceedings]. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 2004.

(SPE 90664).

S OPTICAL Sensing Systems. Weatherford: [s.n.], 2006.

S PEREIRA PINTO, H. L. C; SILVA JUNIOR, M. F.; IZETTI, R. G.;GUIMARES, G. B. Integrated multi-zone low cost intelligent completion

for mature fields. In: SOCIETY OF PETROLEUM ENGINEERS. INTELLI-

GENT ENERGY CONFERENCE AND EXHIBITION, 2006, Amsterdam.

[Proceedings]. Richardson: Society of Petroleum Engineers, c2006.

(SPE 99948).

S SILVA JUNIOR, M. F.; PORTELLA, R. C. M.;IZETTI, R. G.; CAMPOS, S.R. V.

Technologies trials of intelligent field implementation in Carmpolis Field.

In: SOCIETY OF PETROLEUM ENGINEERS. INTELLIGENT ENERGY CON-

FERENCE AND EXHIBITION, 2005, Dallas. [Proceedings]. Richardson:

Society of Petroleum Engineers, 2005. 1 CD-ROM. (SPE 95517).

referncias bibliogrficas

288


Um campo com vrios poos inteligentes pode ser pro-jetado para permitir seu gerenciamento integrado. Isto

pode acontecer por meio da monitorao dos parme-

tros de produo e injeo dos poos e de sua anlise

conjunta bem como a anlise dos dados de manuten-

o, como paradas e intervenes. Desta forma, um

melhor planejamento da produo pode ser feito, de

forma a buscar um ponto timo.

O ponto que deve ser considerado quando se anali-sa os componentes das tecnologias inteligentes o

cenrio de aplicao. Como toda ferramenta, ela no

adequada a qualquer cenrio. Uma avaliao, no ape-

nas econmica, mas de valor agregado deve ser utiliza-

da quando os componentes inteligentes so especifica-

dos. Um bom exemplo o caso dos campos maduros

terrestres no Brasil que possuem uma grande distribui-

o geogrfica associada baixa produtividade indivi-

dual dos poos; nesses cenrios o oramento tem umpeso significativo. Deve-se avaliar o impacto operacio-

nal das mudanas e tambm o valor individual de cada

ferramenta para o processo produtivo, devido ao volu-

me. O desenvolvimento de ferramentas que permitam

fazer uma avaliao econmica associada quantifica-

o do valor agregado ao processo dos componentes

inteligentes hoje uma necessidade. Esforos internos

e externos empresa esto sendo despendidos nessesentido com o objetivo claro de corroborar decises na

escolha de componentes inteligentes tentando respon-

der as perguntas sobre o que, onde e quando utilizar.


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289

Bo le tim t cn ico da P roduo de Pe t r l eo , R io de J ane i r o - vo lume 1, n 2 , p . 273-292

Manoel Feliciano da Silva Junior

S Centro de Pesquisas da Petrobras (Cenpes)S Gerncia de Tecnologia e Engenharia dePoos

e-mail: [email protected]

Manoel Feliciano da Silva Junior engenheiro eletrnico, formadopela Universidade Federal de Pernambuco - UFPE (1989) e Mestre emEngenharia Mecnica pela PUC-Rio (2004). Ingressou na Petrobrasem 1990, como engenheiro de equipamentos, tendo trabalhado emdiversas unidades da Petrobras na Aquisio Geofsica Terrestre. Desde1999, trabalha no Centro de Pesquisas da Petrobras, onde atualmentedesenvolve tecnologias para o Gerenciamento Digital Integrado de

Campos de Petrleo (GeDIg), na gerncia de Tecnologia de Engenhariade Poo.

autores

Ronaldo Gonalves Izetti

S E&P Engenharia de ProduoS Gerncia de Completao e Avaliao


Ronaldo Gonalves Izetti engenheiro de petrleo da Petrobras,tendo se graduado originariamente em Engenharia Eltrica pelo IME em1980. Ingressou na Petrobras em 1983, tendo trabalhado em diversasunidades da empresa como engenheiro de produo na rea de Enge-nharia de Poo com especialidade em Completao de Poos. Em 1993foi transferido para a sede da empresa, no Rio de Janeiro onde tem tra-balhado desde ento em projetos de tecnologia de poo com nfase em

completao. Em 2000 se graduou como Mestre em Engenharia deProduo pela PUC-Rio.

Hardy Leonardo da Cunha Pereira Pinto

S Centro de Pesquisas da Petrobras (Cenpes)S Gerncia de Tecnologia e Engenharia dePoos


Hardy Leonardo da Cunha Pereira Pinto engenheiro eletrnico,formado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ (1995) eMestre em Engenharia Eltrica pela Coordenao dos Programas dePs-graduao em Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janei-ro - COPPE-UFRJ (1999). Ingressou na Petrobras em 2004, como enge-nheiro de equipamentos. Desde 2005, trabalha no Centro de Pesquisasda Petrobras, no desenvolvimento de tecnologias para Gerenciamento

Digital Integrado de Campos de Petrleo (GeDIg), na gerncia de Tecno-logia de Engenharia de Poo.


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290


expanded abst rac t

The definition of Intelligent Completion, according

to CERA DOFF and accepted by Petrobras, is to equip

the completion with downhole sensors and remotely

actuated flow control devices, allowing access to real

time information and support more agile decisions. Awell equipped with intelligent elements is an

Intelligent Well if, and only if, it adds value to the proj-

ect during its lifecycle. It is the definition of Intelligent

Well according to Shell and accepted by Petrobras.

The use of permanent downhole monitoring sys-

tems in oil and gas wells was started in the late sixties,

but it was only in the early nineties, when the reliabil-

ity reached acceptable levels, that it was largely adopt-ed by the operators. The improvement in the metro-

logical parameters was also a large contributing for

the increase in reliability. The use of quartz sensors and

the improvement in the robustness of the electronic

sensors were responsible for this evolution. In the late

nineties, fiber optic sensors started being used,

focused on the reliability improvement and the sim-

plicity of technological updating. These sensors have

been a significant application in high flow gas wells

and in HP/HT wells (high pressure and high tempera-

ture). Petrobras has invested significantly in this tech-

nology for onshore fields and low cost applications.

Among the sensors available in the market, the

Distributed Temperature Sensor (DTS) and the Pressure

and Temperature sensor (P&T) are the most used. In an

intelligent well, sensing plays a major role since it gives

a real time perception of the production process.

Intelligent completion packers are used to provide

hydraulic isolation of each zone allowing selective con-

trol of the intervals; the uppermost completion packer is

also responsible for anchoring the tubing and providing

the first safety barrier for the annulus, the same basic

functions of the regular production packer. Besides this,

there are packers solely for isolation purposes, which

have only the isolating material with no anchoring,reducing the force needed for unsetting them and

allowing a large number of isolation intervals. The intel-

ligent completion packers also have passages for the

control and monitoring lines, known as penetrations;

typically an intelligent completion packer presents four

to nine penetrations. During the setting procedures, the

intelligent completion packer must not have any relative

movement of its components so it does not transmit anytension to control or monitoring lines.

The flow control valves are responsible for allowing

selective control of production or injection. They can be

actuated hydraulically, electrically or a combination of

both (multiplexed). The most common type is the

hydraulically actuated, in which a balanced piston is

used to shift a sliding sleeve to restrict the passage

through the valve. Usually, it uses one opening controlline for each valve and a common close control line for

the system, to reduce the number of hydraulic lines

installed. In electrically actuated valves, an electrical

motor is responsible for the shifting of the sleeve. The

motors are actuated using one single electrical line, for

all motors, that supplies also the addressing informa-

tion which is decoded in the valve. This makes this kind

of valve appropriate for wells where there are restric-

tions to the number of penetrations on the wellhead or

the tubing hanger. The valves can also be classified

according to the flow control they provide as on-off,

multiposition and infinitely variable. The on-off valves

only provide the selectivity by allowing or cutting the

flow. The multiposition valves provide several steps of

choking, and are designed accordingly to the flow rate

expected in the well. They can use an index system to

restrict the course and provide the choking or an exter-nal device that provides a very controlled volume of

hydraulic fluid in each shifting. The infinitely variable

valves are more complex since they require sensors to

give feedback on their position so that it is possible to

adjust the correct choking. There are also several

geometries for the valve orifices, but the most common

are circular and elliptical slots, which are used in on-

off/multiposition and infinitely variable respectively. Themain parameters on specifying intelligent completion

valves are the flow range, the maximum pressure and

the maximum differential pressure.


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291


expanded abst ract

When using hydraulically actuated valves, a

Hydraulical Power Unit (HPU) is needed. It is basically

constituted of a pump, which can be pneumatic or elec-

trically actuated, and a manifold that is to be manipu-

lated according to a logic determined by the maker ofthe system. This logic can be placed in a Programmable

Logic Controller (PLC) that actuates solenoid valves on

the manifold, making the entire procedure transparent

to the operator, giving also the ability to remotely oper-

ate the HPU. To verify the shifting, the intelligent com-

pletion HPUs usually have a small tank to verify the vol-

ume of fluid returned, after the pressures supplied to

the valves have stabilized. Some HPUs also measure theflow rate of the returned fluid, but this process is much

more complicated and significantly increases the costs,

without adding many benefits.

The cables used for monitoring and control have to

be protected against the chemically hostile environ-

ment, such as downhole condition and mechanical

shocks during intervention procedures. Generally, the

conductor medium (electrical or optical) are encapsu-

lated in a 1/4 metallic tubing to offer mechanical

resistance and coated with a polymeric material to pro-

tect against chemical attacks. Cable protectors (clamps)

are used to hold the cable to the production tubing and

to offer extra protection to it near the couplings, where

the diameter of the tubing is increased. Dry-mate con-

nectors are used to connect the cable to sensors or to

another cable. To pass the signal through the tubing

hanger and wellhead, devices called feed throughs areused to ensure that there is no pressure communica-

tion. In subsea trees or downhole, wet-mate connec-

tors are used in seawater environments or in the pres-

ence of production fluids. There is a range of electrical

connectors, both dry and wet-mate, and feed throughs

qualified and in use in Petrobras; optical dry-mate con-

nectors and feed throughs are already in qualification

process, while optical wet-mate connectors that matchPetrobras specifications are still in development.

The data gathered by the sensors needs to be pre-

sented to the operators in real-time, which can be done

by using a supervisory. It is also very important that the

connectivity of all equipment allows the integration of

all data. The use of open standards and protocols

reduce connectivity and integration issues.

Intelligent completion can be used together withother completion techniques like sand control and arti-

ficial lift, but in these cases an interface project is cru-

cial to ensure the reliability of the system. Specific com-

pletion tools or projects are used to integrate artificial

lift systems with intelligent completion, allowing the

intervention of the upper tubing (containing the lift sys-

tem) to be independent from the lower tubing (con-

taining all the intelligent completion tools). These toolsinclude a wet disconnect tool (WDT), which is the most

practical solution for completions using ESP (Electrical

Submersible Pump). Electric-Hydraulic and Optical-

Hydraulic WDT tools are currently being developed by

Petrobras with its service companies.

There are several aspect benefits of the use of intel-

ligent wells. The permanent monitoring allows an opti-

mization of the reservoir management. The selectivity

achieved by flow control allows that formation and

interference tests can be done in a simpler way, obtain-

ing more precise data for updating reservoir models.

Obtained data can also be used to minimize water pro-

duction, reducing the processing for reinjection and

disposal, thus reducing the size of the plant. The dis-

tributed temperature monitoring can be used to opti-

mize and evaluate steam injection and gas lift.

Monitoring the pressure and temperature of the pumpinflow allows automatic adjustment of pumping

parameters.

Surface or subsurface data can be used for early

fault prediction of process and equipment, through

pattern recognition techniques such as neural net-

works and data mining. Real time monitoring allows

precise fault diagnostics, allowing better use of human

and material resources.As any tool, an economic and added value evalua-

tion must be used to estimate all the benefits. The oper-

ational impact of the equipment must also be evaluat-


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292


expanded abst ract

ed, due to their quantity and complexity. There are sev-

eral efforts inside and outside Petrobras to create analy-

sis tools to support intelligent completion projects, help-

ing to choose the most appropriate solution.

artigo poços inteligentes

Documents