BR102017022735A2 - Dispositivo e sistema para medir a resistividade elétrica de plugues de rocha sem contato - Google Patents

Abstract

dispositivo e sistema para medir a resistividade elétrica de plugues de rocha sem contato. a presente invenção fornece um dispositivo de indução para medir a resistência elétrica de uma amostra de plugue de rocha sem contato. assim são providos um dispositivo e um sistema para realização de referidas medições por indução magnética em plugues de rocha de 1,5 polegadas.

Description

“DISPOSITIVO E SISTEMA PARA MEDIR A RESISTIVIDADE ELÉTRICA DE PLUGUES DE ROCHA SEM CONTATO”

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção aborda a medidas de resistividade elétrica, mais particularmente, medidas de resistividade elétrica sem contato. Assim são providos um dispositivo e um sistema para realização de referidas medições por indução magnética em plugues de rocha de 1,5 polegadas.

ESTADO DA TÉCNICA [002] Na indústria de petróleo e gás, os poços são perfurados profundamente na crosta terrestre com a finalidade de encontrar e recuperar petroquímicos. Empresas operacionais, que possuem ou gerenciam tais poços, bem como empresas de serviços de campo petrolífero, avaliam os poços de várias maneiras, por exemplo, adquirindo núcleos de formação. Esses núcleos de formação podem ser obtidos usando ferramentas dedicadas. Essas ferramentas são transportadas em um colar de perfuração ou linha fixa suspensas no poço e estão adaptadas para perfurar em uma parede lateral de um furo para obter amostras de formação, também conhecidas como núcleos.

[003] A avaliação das características de formação adquiridas a partir de núcleos de formação é muitas vezes crucial para o processo de tomada de decisão sobre planos de desenvolvimento de poços de petróleo que estão sendo avaliados como parte de uma atividade de exploração ou produção. Dependendo dos resultados da avaliação, a perfuração no poço pode ser decidida ou não.

[004] Nessa área de tecnologia, dispositivos de medição de resistividade elétrica a partir indução eletromagnética são requeridos. Referidos dispositivos podem fornecer medidas de resistividade que podem determinar propriedades petrofísicas da formação.

[005] Os dispositivos de indução são há muito usados para medir a resistividade das formações da rocha mediante a medição

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2/8 de indução medem a resistividade da formação em resposta a um sinal de transmissor.

[006] Um exemplo de uma medição de condutividade, inversamente relacionada à resistividade, foi descrito por Kickhofel et al em Inductive conductivity tensor measurement for flowline or material samples”. em que medidas de condutividade elétrica, baseadas em galvânica, são dificultadas por limitações e correções necessárias, especialmente no domínio da análise do núcleo geológico sendo que um dispositivo capaz de medidas de tensor de condutividade elétrica de forma não invasiva, sem contato e indutivo é descrito.

[007] O documento de patente US2009167309 descreve um aparelho de indução para realizar a medição da resistência do tensor de uma amostra de material, o qual é composto por um elemento tubular não condutor, geralmente cilíndrico, adaptado para receber a matéria no mesmo, um transmissor triaxial, pelo menos um receptor triaxial e um módulo eletrônico. O módulo eletrônico é adaptado para energizar o transmissor triaxial e o controle de aquisição de sinais por pelo menos um receptor triaxial para gerar as medidas. O transmissor triaxial e o pelo menos um receptor triaxial estão dispostos sobre o elemento tubular geralmente cilíndrico em relação axial espaçada, dedicadas a rocha de 4 polegadas.

[008] O WO2016099989 descreve sistemas e métodos para aquisição de medidas usando ferramentas eletromagnéticas que incluem a realização de uma varredura de frequência de um sistema transmissor de uma ferramenta de medição eletromagnética. A varredura de frequência pode incluir: operar o sistema transmissor em uma ou mais frequências diferentes e determinar um ou mais níveis atuais correspondentes a uma ou mais frequências diferentes, com a determinação de um primeiro nível de corrente de um ou mais níveis de corrente que corresponde a uma frequência de ressonância do sistema transmissor, determinando uma primeira frequência que corresponde ao primeiro nível de corrente e operando o sistema

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3/8 de antena do transmissor na primeira frequência para gerar um sinal de formação que se propaga através de uma formação.

[009] O CN105092815 descreve um dispositivo de teste de juntas elétricas de rocha capaz de simular as condições do reservatório e pertence ao campo de detecção de propriedades físicas de rocha. O dispositivo compreende uma parte de teste de resistividade, uma parte de teste de onda ultrassônica e uma parte de câmara de alta pressão. A parte de teste de resistividade compreende um instrumento de teste de resistividade. A sonda do instrumento de teste de resistividade (1) está conectada à amostra através de um cabo.

[0010] A resistividade elétrica é uma medida da oposição de um material ao fluxo de corrente elétrica. Quanto mais baixa for a resistividade, mais facilmente o material permite a passagem de uma carga elétrica. Da mesma maneira, a condutividade elétrica é o recíproco da resistividade, ou seja, são grandezas inversamente proporcionais. Essas grandezas podem ser utilizadas, por exemplo, como parâmetros de entrada em modelos utilizados frequentemente em petrofísica.

[0011] Portanto, o desenvolvimento de um sistema de medidas de condutividade de plugues de rocha, usando a metodologia de indução eletromagnética (sem contato), tem um grande potencial para corroborar com as medidas obtidas durante o processo de perfuração de poço para a localização de petróleo.

[0012] A técnica de indução aplicada à caracterização elétrica está baseada nos primeiros trabalhos apresentados por H. G. Doll em “Introduction to induction logging and application to logging of well drilled with oil base dmud’- (1949) Petroleum Transactions, AIME e “Two Decades of Electrical Logging” - JournalofPetroleum Technology (1953).

[0013] Tais referências evidenciam a possibilidade de utilização da técnica para obtenção da resistividade elétrica de rochas em poços de petróleo, parâmetro petrofísico importante para a avaliação de

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4/8 formações. Entretanto, muitos anos se passaram e ainda há uma necessidade de se intensificar a pesquisa de técnicas de indução na escala laboratorial. Neste caso, os plugues extraídos dos poços de perfuração são usados para caracterização.

[0014] Não há disponível no mercado um instrumento científico dedicado à realização dessas medidas. Nesse sentido, ao longo desses últimos dez anos alguns pesquisadores propuseram um sistema de medidas em Laboratório, porém, ainda há poucos trabalhos publicados nessa linha de pesquisa.

[0015] Dentro desse contexto, é importante enfatizar que esse projeto de pesquisa procura também contribuir com a pesquisa científica nacional e/ou internacional dentro dessa área, assim como impulsionar o desenvolvimento tecnológico para a fabricação de um completo sistema de medidas de condutividade elétrica de plugues de rocha usando a técnica de indução em escala laboratorial.

[0016] Nesse sentido, o objetivo da presente invenção é propor um dispositivo e sistema capaz de superar os problemas do estado da técnica, bem como fornecer um dispositivo de uso melhorado, proporcionando uma melhor funcionalidade para o dispositivo.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0017] As Figuras anexas são incluídas para fornecer um melhor entendimento da matéria e são aqui incorporadas por constituírem parte desta especificação e, em conjunto com a descrição e as reivindicações anexas, servem para explicar o funcionamento do mesmo.

[0018] A Figura 1 é uma ilustração do dispositivo de medidas de resistividade em amostra.

[0019] A Figura 2 é uma ilustração do arranjo das bobinas magnéticas para medidas de resistividade por indução eletromagnética.

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5/8 [0020] A Figura 3 é uma ilustração de bobinas transmissoras concêntricas.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0021] Características e vantagens adicionais da invenção serão apresentadas na descrição detalhada que se segue e em parte serão prontamente evidentes para os especialistas na técnica a partir desta descrição ou reconhecidas pelas práticas das modalidades, tal como aqui descrito, incluindo a descrição detalhada, o resumo, as reivindicações, assim como os desenhos anexos.

[0022] Deve ser entendido que tanto a descrição geral anterior quanto a seguinte descrição detalhada e as formas de realização da invenção destinam-se a proporcionar uma visão geral ou estrutura para compreender a natureza e caráter do invento tal como é reivindicado. As figuras anexas são incluídas para proporcionar uma maior compreensão do invento e constituem uma parte desta especificação. As figuras ilustram modalidades da presente descrição e em conjunto com a mesma, servem para explicar os princípios e o funcionamento da divulgação. Características mostradas nas figuras são ilustrativas de modalidades de realização selecionadas da presente invenção e não são necessariamente representadas na escala correta.

[0023] A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado como comumente entendido por aqueles com habilidade comum na técnica a qual a invenção pertence. Para os propósitos da presente invenção, os seguintes termos são definidos abaixo e aplicáveis em todos os aspectos dessa descrição.

[0024] Por todo este relatório descritivo e, a menos que o contexto exija de outro modo, os termos “compreendem”, “compreende” e “compreendendo” serão entendidos para implicar a inclusão de uma etapa ou

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6/8 elemento ou grupo estabelecido de etapas ou elementos, mas não a exclusão de qualquer outra etapa ou elemento ou grupo de etapas ou elementos.

[0025] O principal objetivo da presente invenção é proporcionar um dispositivo para medida de resistividade elétrica em plugues de rocha de 1,5 polegadas de diâmetro pelo método da indução eletromagnética sem contato, bem como um sistema de medição para o referido dispositivo. Referido sistema é composto por (i) um gerador de sinal, (ii) um osciloscópio, (iii) um amplificador Lock-in e (iv) um multímetro digital.

[0026] Adicionalmente, o sistema ainda é composto por um amplificador de potência de RF e um pré-amplificador e condicionador de sinais. O sistema opera de maneira adequada em uma frequência de 50 kHz com uma corrente de até 500 mA em uma temperatura de 20°C.

[0027] Os amplificadores operacionais devem ser montados em configurações inversora e não-inversora fazendo, portanto, que a tensão na carga seja igual à duas vezes a tensão de alimentação.

[0028] Essa primeira modalidade de configuração da presente invenção é utilizada para aumentar a potência na carga e, consequentemente, a intensidade do campo magnético aplicado à amostra.

[0029] Uma segunda modalidade consiste em utilizar dois circuitos RLC em paralelo, de modo que a potência dissipada pela bobina seja dividida em duas diminuindo, assim, eventuais ruídos durante as medidas.

[0030] Adicionalmente, dois diodos de potência foram adicionados para proteger o circuito eletrônico caso a alimentação seja invertida acidentalmente. Finalmente, capacitores de desacoplamentos foram inseridos próximos aos amplificadores de potência.

[0031] O dispositivo da presente invenção compreende cinco bobinas, uma primeira e segunda bobinas transmissoras (T1, T2), terceira e quarta bobinas receptoras e a quinta bobina de referência, sendo que a primeira e segunda bobinas são concêntricas e compõem a parte transmissora do dispositivo.

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7/8 [0032] Em uma modalidade da presente invenção é fornecido um dispositivo de indução para medir a resistência elétrica de uma amostra de plugue de rocha sem contato, compreendendo um elemento tubular não condutor, geralmente cilíndrico de 1,5 polegadas adaptado para receber a matéria nele; o conjunto de pelo menos cinco bobinas conforme acima descrito, sendo que a bobina de referência é utilizada para gerar o sinal de referência no Lock-in Amplifier.

[0033] As bobinas transmissoras (T1, T2), são energizadas e geram um campo magnético que induz uma corrente de Foucault no plugue de rocha. Em seguida, a corrente ao longo do plugue induz uma tensão na bobina receptora.

[0034] Assim, a tensão medida na segunda bobina receptora é relacionada com à resistividade elétrica do material do plugue.

[0035] Vantajosamente, o sistema compreende um amplificador de potência alinhado à configuração das bobinas e ao método de ajuste de fase. O amplificador de potência tem como função gerar o campo magnético a partir de duas bobinas transmissoras (T1, T2). A ideia principal é utilizar dois amplificadores operacionais em ponte para fornecer correntes de até 1 A pois, nesta configuração, a máxima tensão aplicada à carga pode ser de até duas vezes maior.

[0036] As bobinas transmissoras (T1, T2), operam em 50 kHz, de modo a obter uma corrente de até 500 mA.

[0037] Os inventores verificaram que quanto maior o diâmetro da amostra de rocha, tal como o plugue, maior será o sinal induzido na bobina receptora, portanto, é necessário determinar o valor da corrente elétrica aplicada à bobina transmissora necessária para induzir as correntes de Focault na amostra para, em seguida, reduzir as dimensões da porta amostras.

[0038] A Figura 1 é uma ilustração do dispositivo de medidas de resistividade em amostra. Para induzir a corrente na amostra são

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8/8 utilizadas duas bobinas transmissoras à esquerda, enquanto o sistema de detecção é composto por uma bobina buck e um receptora.

[0039] A Figura 2 descreve em detalhes o arranjo das bobinas utilizadas no sistema de medidas. A bobina Buck (B) é projetada para realizar o desacoplamento magnético da bobina receptora (R) devido à bobina transmissora (T). Para isso, o número de espiras da bobina B deve ser tal que a tensão induzida na bobina R seja próxima de zero sem a presença da amostra.

[0040] Será evidente para os especialistas na técnica, que várias modificações e variações podem ser feitas à presente invenção sem se afastarem do espírito e escopo da mesma. Assim, pretende-se que a presente invenção abranja as modificações e variações desde que elas estejam dentro do escopo das reivindicações anexas e suas equivalentes.

Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Dispositivo de indução para medir a resistência elétrica de uma amostra de plugue de rocha sem contato, caracterizado pelo fato de que compreende:

   um elemento tubular não condutor, geralmente cilíndrico de 1,5 polegadas adaptado para receber a matéria nele;

   pelo menos cinco bobinas, uma primeira e segunda bobinas transmissoras (T1, T2), terceira e quarta bobinas receptoras e a quinta bobina de referência, sendo que a primeira e segunda bobinas são concêntricas e compõem a parte transmissora do dispositivo.

   uma bobina buck, uma bobina receptora e uma quarta bobina utilizada para gerar o sinal de referência no Lock-in Amplifier.
2. 2. Dispositivo de indução, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bobina transmissora é energizada e gera um campo magnético que induz uma corrente de Foucault no plugue de rocha, em que a corrente ao longo do plugue induz uma tensão na bobina receptora.
3. 3. Dispositivo de indução, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que as bobinas transmissoras operam em 50 kHz para obter uma corrente de até 500 mA.
4. 4. Sistema de indução para medir a resistência elétrica de uma amostra de plugue de rocha sem contato caracterizado pelo fato de que compreende (i) um gerador de sinal, (ii) um osciloscópio, (iii) um amplificador Lock-in e (iv) um multímetro digital.
5. 5. Sistema de indução, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um

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   2/2 amplificador de potência de RF e um pré-amplificador e condicionador de sinais.
6. 6. Sistema de indução, de acordo com as reivindicações 4 e 5, caracterizado pelo fato de que o sistema opera em uma frequência de 50 kHz com uma corrente de até 500 mA em uma temperatura de 20°C.
7. 7. Sistema de indução, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que o amplificador de potência é alinhado à configuração das bobinas e ao método de ajuste de fase.