Uma das principais características de um poço inteligente é a flexibilidade operacional. Isto é possível devido à divisão desses poços em segmentos, que são providos de instrumentos (sensores, válvulas de controle de influxo, entre outros) possibilitando o acesso a informações de produção e realização de intervenções, como fechamento total ou parcial de válvulas, em tempo real. A Figura 2.1 ilustra um poço inteligente com seus principais componentes.
De acordo com Silva Jr. et al. (2006), são elementos de um poço inteligente: sensores permanentes, packers, válvulas, unidade de controle remoto, cabos, conectores, penetradores, clamps e sistema de supervisão. A explicação de cada componente de um poço inteligente, apresentada neste item, é baseada no trabalho de Silva Jr. et al. (2006).
Os sensores têm papel fundamental em um poço inteligente, pois fornecem os dados da produção em tempo real. Atualmente os sensores são a fibra ótica, sendo que os de maior relevância são:
• sensor de pressão e temperatura (P/T); • sensor de vazão monofásica e multifásica;
• sensores distribuídos e quase distribuídos de temperatura; • acelerômetro para sísmica de poço.
Na Figura 2.1, é indicado um PDG (permanent downhole gauge) - Sensor Permanente de Fundo - que é classificado como sensor pontual por possuir apenas um ponto de leitura da variável de processo escolhida para monitoração, normalmente a pressão. Além dos sensores pontuais, devem ser considerados ainda os sensores distribuídos e os quase distribuídos.
Quanto ao packer, sua principal função é isolar hidraulicamente cada zona produtora ou injetora do poço, de maneira que as zonas possam ser controladas independentemente. Especificamente para poços inteligentes, o packer superior da coluna de completação tem também a função de ancorar a coluna e de criar a primeira barreira de segurança para o anular. Além disso, os packers utilizados para completação inteligente diferenciam-se dos packers convencionais por apresentarem orifícios que possibilitam a passagem de linhas de controle, sejam elas linhas hidráulicas, elétricas ou ópticas.
As válvulas utilizadas em poços inteligentes podem ser classificadas em três categorias, de acordo com o tipo de controle de fluxo: abre-fecha, multiposição e variação contínua. Também, podem ser classificadas de acordo com seu modo de acionamento como: hidráulico, elétrico e multiplexado.
Válvulas de acionamento hidráulico são as mais comuns e mais utilizadas. O acionamento é feito por meio de duas linhas hidráulicas, uma responsável pela abertura e outra pelo fechamento da válvula. Já as elétricas têm seu deslocamento realizado pela atuação de motor elétrico. É necessária apenas uma linha de acionamento elétrica para conduzir um sinal que é decodificado pelas válvulas. Por fim, as válvulas de acionamento multiplexas têm seu comando feito eletricamente e seu acionamento hidraulicamente.
Quanto ao tipo de controle de fluxo as válvulas abre-fecha possuem apenas dois estágios: totalmente abertas ou totalmente fechadas. Normalmente, em um projeto de simulação, estipula-se um valor limite de corte de água no qual, a partir desse valor, a válvula será fechada para evitar a produção excessiva de água. É possível que haja verificações periódicas das condições do reservatório, como saturação de óleo na região do poço, para estudar a possibilidade de reabertura de alguma válvula.
As válvulas multiposição, como o próprio nome deixa claro, possuem diversos estágios de abertura. A cada acionamento da válvula, seu mecanismo controlador muda uma posição seqüencialmente, o que permite uma diminuição ou aumento seqüencial da área aberta ao fluxo. Já nas válvulas de variação contínua é possível conseguir um controle infinitesimal da área de abertura ao fluxo. Logo, seu controle é o mais flexível entre as três válvulas aqui apresentadas.
Para que seja possível o acionamento das válvulas hidráulicas, faz-se necessária a utilização de uma unidade de controle remoto, a unidade de potência hidráulica (hydraulic power unit – HPU). Esta unidade é responsável por pressurizar um fluido até um determinado valor (normalmente em torno de 5000 psi), utilizando uma bomba hidráulica. Com o fluido pressurizado é possível promover o acionamento das válvulas do poço por meio do controle da abertura e fechamento das linhas pressurizadas e das despressurizadas.
Os cabos utilizados no sistema de monitoração são componentes essenciais para garantir o sucesso das instalações. Portanto, eles devem ter proteção contra agentes químicos e mecânicos.
Para garantir que os cabos desçam com segurança à coluna de produção e lá permaneçam em condições aceitáveis de conservação é necessária a utilização de clamps - dispositivos que se prendem à coluna fixando o cabo a esta, protegendo-o de eventuais choques com o revestimento.
Com o objetivo de fazer a conexão dos sensores aos cabos são utilizados os conectores. Existem três tipos de conectores usados em poços de petróleo: secos, comuns e molhados.
Os conectores tipo seco são aqueles que estão na superfície no momento da conexão e da desconexão. Para o caso de condições menos severas de agressividade como, por exemplo, poços terrestres, podem ser utilizados conectores comuns (usados em comunicação) com uma proteção mecânica externa. Já para poços com completações inteligentes são necessários conectores secos, que são montados na superfície para interligar os sensores entre as zonas durante a descida da coluna.
Para completação submarina devem-se utilizar conectores molhados. Com estes dispositivos é possível realizar, por meio de uma barreira de pressão, a conexão e a desconexão em ambientes submerso sem expor os ferrolhos (peças responsáveis pelo contato) ao risco de exposição ao ambiente.
Para que o sinal possa atravessar o suspensor de coluna é necessário um penetrador, que tem a função de impedir a passagem de pressão. Um penetrador é um componente provido de conectores em ambos os lados, com um condutor (ou fibra óptica) passando através dele e com vedação, também em ambos os lados, para garantir sua estanqueidade.
Os elementos citados nos parágrafos anteriores são componentes de um poço inteligente; porém, sabe-se que estes poços disponibilizam um grande volume de informações, em tempo real. Com o objetivo de reunir estas informações de monitoração das completações e dos poços é necessário que se disponha de um sistema de supervisão. Este sistema tem como objetivo reunir e integrar uma equipe de trabalho multidisciplinar para que se tomem as melhores decisões possíveis, sempre considerando as limitações e contribuições das diversas áreas envolvidas no projeto.
A principal diferença entre poços inteligentes e convencionais está relacionada ao controle da produção e as informações relacionadas. Enquanto nos poços convencionais as informações coletadas e as intervenções são normalmente referentes ao poço como um todo, nos poços inteligentes essas informações e as intervenções são relativas a cada segmento do poço que contém as válvulas e sensores. Isto significa que é possível operar um poço inteligente com maior flexibilidade.
Exemplificando, quando a produção de água do poço atinge o limite econômico estabelecido, o poço convencional é completamente fechado. Já em um poço inteligente, as completações são fechadas de forma seqüencial à medida que os medidores de vazão de cada segmento atingem a condição limite pré-estabelecida.
Além disso, um poço inteligente é capaz separar fluidos indesejáveis in-situ e controlar a produção de areia em formações inconsolidadas. Devido a sua adaptabilidade operacional, pode-se transformar um poço convencional em inteligente mediante a instalação de equipamentos adequados, eliminando a necessidade da perfuração de novos poços. Também, é possível que, com o uso desses poços, evitem-se gastos de intervenção para fechamento de completações com elevada produção de água, atividade comum em poços convencionais. Esta pode ser uma vantagem dos poços inteligentes desde que suas válvulas operem com boa confiabilidade e não sejam necessárias intervenções futuras. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, as chances de falhas em válvulas de poços inteligentes tendem a diminuir.
Reddick (2006), em sua pesquisa a respeito de um campo em particular, acredita que, em longo prazo, a tecnologia de poços inteligentes tem o potencial de aumentar em aproximadamente 5% recuperação do campo estudado. Unneland e Hauser (2005) afirmam que essa tecnologia permite otimização da produtividade, aumentando a recuperação do campo.