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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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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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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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Poos intel igentes na Petrobras Si lva Junior et a l .
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).
7/30/2019 artigo Poos inteligentes
11/20
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
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
Figura 9 -Completaointeligente em
poos equipadoscomgravel pack.
Figure 9 -Intelligent
completion inwells equippedwith gravel pack.
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284
Poos intel igentes na Petrobras Si lva Junior et a l .
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.
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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
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
Poos intel igentes na Petrobras Si lva Junior et a l .
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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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
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.
7/30/2019 artigo Poos inteligentes
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referncias bibliogrficas
288
Poos intel igentes na Petrobras Si lva Junior et a l .
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
e-mail: [email protected]
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
e-mail: [email protected]
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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Poos intel igentes na Petrobras Si lva Junior et a l .
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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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
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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Poos intel igentes na Petrobras Si lva Junior et a l .
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.