BR112013024222B1

BR112013024222B1 - método e aparelho para estimar uma propriedade de resistividade de formação de solo

Info

Publication number: BR112013024222B1
Application number: BR112013024222-1A
Authority: BR
Inventors: Jinsong Zhao
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2021-05-04
Also published as: WO2012142414A3; NO20131024A1; GB2501208B; CA2827551A1; US20120265442A1; US9037415B2; WO2012142414A2; GB2501208A; NO345881B1; CA2827551C; BR112013024222A2; GB201313379D0

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA ESTIMAR UMA PROPRIEDADE DE RESISTIVIDADE DE FORMAÇÃO DE SOLO. A presente invenção refere-se a um método e aparelho para estimar uma propriedade de resistividade de uma formação de solo em um furo de poço (12) com fluido de perfuração à base de óleo. O método pode incluir estimar a propriedade de resistividade com o uso de uma sensitividade de uma parte real de uma impedância medida para uma reatância da fenda entre um sensor de resistividade e uma parede de furo de poço (12). O componente real e o componente de quadratura de medição de resistividade feita por uma ferramenta de imageamento de dois terminais em um furo de poço (12) que tem uma lama à base de óleo são afetados pela ferramenta de distanciamento. Mostra-se que a sensitividade da parte real da medição de resistividade à reatância da fenda pode ser estimada a partir da derivada temporal dos dois componentes das medições. Isso torna possível que um componente principal de dados de análise proporcione uma imagem aprimorada da formação de resistividade.

Description

ANTECEDENTES DA DESCRIÇÃO Campo da Descrição

A presente descrição refere-se a métodos para medir uma resistência de uma formação de solo de fundo de poço. Em particular, a presente descrição refere-se ao fornecimento de uma correção para o distanciamento em medições de resistência.

Descrição da Técnica Referida

Na exploração de óleo, as medições de resistividade de uma formação de solo são tipicamente obtidas baixando-se uma ferramenta de resistividade em um furo de poço que penetra a formação. Geralmente, a ferramenta inclui pelo menos um transmissor de corrente que introduz corrente na formação e pelo menos um eletrodo de retorno, em que a corrente retorna para a ferramenta. A resistência é medida entre os dois eletrodos. Idealmente, a corrente flui diretamente do transmissor de corrente através da formação de solo e retorna através do eletrodo de retorno. Em situações de fundo de poço típicas, entretanto, a ferramenta de resistividade é separada da formação por uma fenda preenchida com lama à base de óleo (OBM) que é usada para os propósitos de perfuração. A fenda pode ser uniforme ao longo do comprimento do furo de poço ou pode experimentar variações devido à rugosidade de furo de poço. A presença de lama e rugosidade de furo de poço afeta o valor de medições de resistividade obtidas a partir da formação.

Vários métodos são usados para reduzir o efeito de irregularidades de furo de poço e distanciamento, tais como a obtenção de medições de dupla frequência e pós-processamento com base em um cálculo correspon- , . , . , , a = (p oε ε )-1 .. , dente; derivação de um parâmetro de lama m m 0 a partir de medições diretas de célula de lama, e obtenção de medições distanciamentos múltiplos e pós-processamento com base em um cálculo correspondente; dentre outros. Esses métodos baseiam-se na obtenção de uma medição adicional para derivar o parâmetro de lama e pode exigir novos projetos de ferramenta e/ou suposições sobre as características dispersivas da lama. Assim, existe uma necessidade de fornecer uma correção às medições de resistividade na presença da lama à base de óleo em uma fenda com base em uma análise dos dados e que não necessita de quaisquer medições adicionais ou informações anteriores sobre as propriedades elétricas da lama. A presente descrição satisfaz essa necessidade.

SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

Uma modalidade da descrição é um método para estimar uma propriedade de resistividade de uma formação de solo em um furo de poço preenchido de lama à base de óleo. O método inclui: transportar um portador em um furo de poço; medir uma pluralidade de valores de impedância aparente da formação de solo com o uso de um sensor de resistividade no portador, com o uso de uma sensitividade de uma parte real da impedância medida para uma reatância de uma fenda entre o sensor de resistividade e uma parede de furo de poço para estimar uma propriedade de resistividade da formação de solo.

Outra modalidade da descrição é um aparelho configurado para estimar uma propriedade de resistividade de uma formação de solo em um furo de poço preenchido com lama à base de óleo. O aparelho inclui: um portador configurado para ser transportado em um furo de poço; um sensor de resistividade no portador configurado para medir uma pluralidade de valores de impedância aparente da formação de solo e um processador configurado para usar uma sensitividade de uma parte real da impedância medida para uma reatância de uma fenda entre o sensor de resistividade e uma parede de furo de poço para estimar uma propriedade de resistividade da formação de solo.

Outra modalidade da descrição é um produto de meio legível por computador não transitório que tem instruções no mesmo que, quando lidas por um processador, fazem com que o processador execute um método. O método inclui: usar uma sensitividade de uma parte real de uma impedância medida por um sensor de resistividade transportado em um furo de poço para uma reatância de uma fenda entre o sensor de resistividade e uma parede de furo de poço para estimar uma propriedade de resistividade da formação de solo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A presente descrição é mais bem compreendida em referência às Figuras anexas em que numerais semelhantes se referem a elementos semelhantes, e em que: A FIG. 1 mostra uma ferramenta de imageamento exemplificati- va suspensa a partir de um cabo adequado em um furo de poço que penetra uma formação de solo; A FIG. 2A é uma vista externa esquemática de um sistema ima- geador de parede lateral de furo de poço exemplificativo de acordo com um aspecto da presente descrição; A FIG. 2B mostra um arranjo que inclui eletrodos para injetar correntes elétricas na formação; A FIG. 3A mostra o modelo físico para a medição de impedância de OBM de dois terminais; A FIG. 3B mostra o circuito equivalente do modelo físico da FIG. 3A; A FIG. 4A ilustra um modelo com ruído não correlacionado na formação de resistividade e a reatância no eletrodo de medição; A FIG. 4B mostra a relação entre a resistência medida e a reatância para o modelo assumido na análise; A FIG. 4C mostra um resultado de aplicação do primeiro momento, PCA e a integração nos dados da FIG. 4B; A FIG. 4D mostra os resultados de aplicação de momento zero e PCA aos dados da FIG. 4C; A FIG. 5A mostra uma imagem componente reativo exemplifica- tiva e um componente real exemplificativo de um perfil de poço; A FIG. 5B mostra o gráfico dos dois componentes do perfil de poço mostrado na FIG. 5A; A FIG. 5C mostra o primeiro momento dos dados na FIG. 5D; A FIG. 5D mostra a RCA de primeiro momento dos dados na FIG. 5C; A FIG. 5E mostra o momento zero integrado dos dados na FIG. 5 5D; A FIG. 5F mostra a PCA de momento zero dos dados na FIG. 5E; A FIG. 5G mostra o componente real estimado de resistividade; A FIG. 5H mostra, para comparação com a FIG. 5G, os dados 10 de FIG. 5A;e A FIG. 6 mostra urn fluxograma de algumas das etapas da pre-sente descrição. DESCRIÇÃO DETALHADA DA DESCRIÇÃO A FIG. 1 mostra um ferramenta de imageamento exemplificativa 15 10 suspensa em um furo de poço 12, que penetra nas formações de solo, tais como 13, a partir de um portador tal como o cabo 14 que passa por uma polia 16 montada na sonda 18. Por padrão industrial, o cabo 14 inclui um membro de tensão e sete condutores para transportar comandos para a ferramenta e para receber dados de volta da ferramenta bem como potência 20 para a ferramenta. A ferramenta 10 é levantada e baixada por guinchos de perfuração 20. O módulo eletrônico 22, na superfície 23, transporta os comandos operacionais requeridos de fundo de poço e em retorno, recebe dados de volta que podem ser gravados em um de meio de armazenamento de arquivos de qualquer tipo desejado para processamento posterior ou con- 25 comitante. Os dados podem ser transmitidos em forma analógica ou digital. Processadores de dados tal como um computador 24 adequado, podem ser fornecidos para executar análise de dados no campo em tempo real ou os dados gravados podem ser enviados para um centro de processamento ou ambos para pós-processamento dos dados. O portador 14 pode incluir, mas 30 não está limitado a um ou mais dentre: (i) um cabo de aço, (ii) uma coluna de perfuração, (iii), tubo flexível e (iv) uma corda de piano. A FIG. 2A é uma vista externa esquemática de um sistema ima- geador de parede lateral de furo de poço exemplificative de acordo com um aspecto da presente descrição. A ferramenta 10 que inclui o sistema image- ador inclui arranjos de resistividade 26 e, opcionalmente, uma célula de lama 30 e um receptor de imagem acústica circunferencial 32. Os arranjos de re- 5 sistividade 26 podem ser fixados a braços extensíveis, tais como 42. Os braços extensíveis 42 podem ser configurados para fornecer um estimativa de diâmetro atual do furo de poço tal como é bem conhecido na técnica. Módulos eletrônicos 28 e 38 podem estar localizados em locais adequados no sistema e não necessariamente nos locais indicados. Os componentes podem 10 ser montados em um mandril 34 de um modo convencional bem conhecido.

Um módulo de orientação 36 que inclui um magnetômetro e um acelerôme- tro ou sistema de orientação inercial pode ser montado acima dos conjuntos de imageamento 26 e 32. A porção superior 38 da ferramenta 10 contém um módulo de telemetria para amostragem, digitalização e transmissão das a- 15 mostras de dados dos vários componentes furo acima para componentes eletrônicos de superfície 22 de um modo convencional. Se dados acústicos são adquiridos, os mesmos são preferencialmente digitalizados, embora em uma disposição alternativa, os dados podem ser retidos de forma analógica para transmitir para a superfície onde posteriormente será digitalizada por 20 componentes eletrônicos de superfície 22.

Também são mostrados na FIG. 2A três arranjos de resistividade 26 (um quarto arranjo está oculto nesta visão). Referindo-se às FIGURAS 2A e 2B, cada arranjo inclui eletrodos medidos 41a, 41b, ... 41 n para injetar correntes elétricas na formação, eletrodos de focalização 43a, 43b para fo- 25 calização horizontal das correntes elétricas a partir dos eletrodos medidos e eletrodos de focalização 45a, 45b para focalização vertical das correntes elétricas para os eletrodos medidos. Por convenção, "vertical" se refere à direção ao longo do eixo geométrico do furo de poço e "horizontal" se refere ao plano perpendicular ao vertical. A FIG. 3A mostra uma disposição física de um dispositivo de medição de impedância de OBM de Dois Terminais. A formação de solo é denotada por 301. O furo de poço 321 é preenchido com uma lama à base de óleo 303. O eletrodo de medição é denotado por 305 e o eletrodo de re-torno é denotado por 315. Uma fonte de potência 311 fornece uma voltagem para o eletrodo de medição 305. A corrente no eletrodo de medição é deno-tada por 307. A trajetória da corrente de vazamento entre o eletrodo de me-dição 305 e o piso é denotada por 309 enquanto o trajeto da corrente de va-zamento entre o eletrodo de retorno 315 e o piso é denotado por 313.

O circuito equivalente para a disposição física da FIG. 3A é mos-trado na FIG. 3B. Aqui, a formação é assumida como sendo resistiva e tem uma resistência Rf. A corrente medida é denotada por /. A capacitância no eletrodo de medição é denotada por Cc enquanto a capacitância no eletrodo de retorno é denotado por Cr. A capacitância de vazamento é denotada por Ce. O problema é estimar Rf sem conhecimento da corrente de vazamento ie. A impedância medida Zm é dada por v .

Nas equações (1) e (2), o subscrito "m" se refere às quantidades medidas. Realiza-se uma suposição de que Ce » Cr » Cc. A impedância medida também pode ser denominada impedância aparente. Deve-se observar que o primeiro par de equações (2) é para propósito de exemplo apenas e não deve ser interpretado como uma limitação.

A presente descrição baseia-se nos seguintes princípios. 1. É um fato que a formação de resistividade Rf é independente da ferramenta de distanciamento e da reatância Xc 2. As medições Rf.m e Xc,m não estão relacionadas de modo line-ar. 3. A imagem de Rf.m é degradada por mudanças em Xcm que não podem ser controladas durante as operações de perfilamento. 4. Uma PCA linear é usada para separar a correlação entre Rf.m e Xc,m- Devido ao fato de que a maior não linearidade é um termo quadrático em Xc, uma linearização é adequada. A linearização usa uma estimativa õR de = k} + lk2Xc da equação (2). 5 Para ilustrar o conceito da presente descrição, a FIG. 4A, mostra um gráfico 2-D de Rf (ordenada) e Xc (abscissa) ao qual o ruído não correla-cionado aleatório foi adicionado. Uma linha de referência para um valor constante de Rf é denotada por 401. A FIG. 4B mostra o gráfico 2-D resultante de Rf.m e Xcm que será medido pela disposição física da FIG. 3A. A linha 10 de referência 401 mapeia para a curva 403.

As seguintes operações são então efetuadas nos dados da FIG. 4B: 1. Determinação de primeiro momento; 2. Uma análise de componente principal; e 15 3. Integração.

Essas três operações são descritas adicionalmente adiante. O resultado da aplicação dessas operações é proporcionar o resultado mostrado na FIG. 4C onde a linha de referência 401 mapeia para a curva 405. Como na FIG. 4B, a abscissa é uma reatância medida e a ordenada é uma re- 20 sistência medida. Considerar o momento zero e PCA da FIG. 4C proporciona o resultado da FIG. 4D. A linha de referência 401 agora mapeia para 407 que é bastante próximo da linha de referência real de 401 na FIG. 4A.

Aplicação do método é mostrada em relação às FIGURAS 5A a 5H. A FIG. 5A mostra os componentes resistivo e reativo de uma imagem de 25 resistividade em um furo de poço. A FIG. 5B é um gráfico 2-D similar à FIG. 4B e é obtida mapeando-se dois componentes de cada ponto em uma imagem de resistividade para um visor 2-D. A FIG. 5C mostra os resultados do cálculo do primeiro momento, a FIG. 5D mostra a PCA de primeiro momento; a FIG. 5E mostra o momento zero integrado; a FIG. 5F mostra a PCA de 30 momento zero; a FIG. 5G mostra a imagem de resistividade estimada obtida mapeando-se o valor de ordenada dos pontos individuais na FIG. 5F para uma imagem de resistividade. Para comparação, as medições originais são mostradas na FIG. 5H. A extensão em que a imagem da FIG. 5G difere da imagem resistiva na FIG. 5H é uma indicação da extensão em que a fenda entre o eletrodo de medição e a parede de furo de poço afeta a imagem do componente resistivo. Em seguida, os detalhes do método usado para o processamento de dados serão discutidos.

A análise de primeiro momento começa com a equação (2). A fim de fazer uma análise do componente principal, uma estimativa da quantidade:

é necessária. Essa é a sensitividade da resistividade de formação medida para uma alteração na capacitância da fenda. Vantagens são tomadas do fato de que todas as medições são funções contínuas de tempo. Conse quentemente, a diferenciação em relação ao tempo proporciona:

Duas suposições são feitas. A primeira suposição é que JD

Isso significa que a resistividade de formação não afeta os com-ponentes reativos da medição, ou que a resistividade de formação é uma função de tempo que muda lentamente. A segunda hipótese que é feita é a seguinte: 2. Existe um mapeamento f que mapeia Xc a RFM e um mapea-mento inverso F1 de X_C,M para Xc. O mapeamento f pode ser denominado mapeamento injetor porque é obtido injetando-se correntes na formação de solo. Como um resultado da injeção de corrente, correspondendo a cada valor de Xc, existe um valor correspondente de RFM. O mapeamento inverso F1 a partir da reatância medida pode ser denominado mapeamento subjetivo. Mediante essas suposições,

Por isso a sensitividade da resistência medida para a reatância de fenda pode ser estimada com o uso das derivadas temporais da resistência medida e a reatância medida. Deve-se adicionalmente observar que quando COV (RF, Xc) =0, isto é, que a resistividade de formação e a reatância de fenda não estão correlacionadas, a equação (5) reduz-se a

A análise de componente principal que é feita é a PCA padrão. Começando com dois vetores de medição

A covariância C de Y é proporcionada por subtraído para se obter:

A covariância C de Y é proporcionada por

A matriz C é uma matriz simétrica semidefinida positiva. As me-didas de média zero são projetadas no autovetor correspondente ao maior autovalor de C. O autovetor correspondente ao maior autovalor pode ser denominado autovetor principal.

Voltando agora para a FIG. 6, um fluxograma que resume um método 600 de acordo com uma modalidade da presente descrição é mos-trado. Na etapa 601, medições de resistividade podem ser feitas com o uso de uma ferramenta de perfilação 10 transportada em um furo de poço 12. A ferramenta de perfilação 10 pode incluir um eletrodo de medição 305 e um eletrodo de retorno 315. As medições podem incluir os componentes real e reativo. Na etapa 603, o primeiro momento da distribuição 2-D pode ser obtido. Isso envolve o uso de uma sensitividade de uma parte real da impedância medida para uma reatância da fenda entre o sensor de resistividade e 5 uma parede de furo de poço, sendo que a sensitividade é estimada a partir da derivada temporal das medições e equações (3) a (6). Na etapa 605, uma análise de componente principal pode ser realizada e uma projeção pode ser feita no autovetor (um autovetor principal) que corresponde ao maior autovalor da matriz de covariância. Em algumas modalidades, a etapa 605 pode 10 incluir estimar a matriz de covariância da derivada temporal da parte real da impedância medida e a derivada temporal da parte reativa da impedância medida. Em algumas modalidades, essas derivadas temporais podem ser projetadas no autovetor principal da matriz de covariância. Na etapa 607, O efeito da diferenciação de tempo pode ser desfeito por uma integração. Na 15 etapa 609, os dados podem ser projetados de volta nos espaços originais desfazendo a projeção no autovetor principal. Uma imagem do componente real do gráfico em 609 pode ser produzida: um exemplo que é mostrado na FIG. 5G.

O dispositivo pode ser usado para medir qualquer propriedade 20 de resistividade da formação de solo. As propriedades de resistividade podem incluir, mas não estão limitadas a, resistividade, condutividade, permis- sividade e constante dielétrica.

A operação do transmissor e receptores pode ser controlada pelo processador de fundo de poço e/ou pelo processador de superfície. Está 25 implícito no controle e processamento dos dados no uso de um programa de computador implantado em meio legível por máquina adequado que permite que o processador execute o controle e o processamento. O meio legível por máquina pode incluir ROMs, EPROMs, EAROMs, Memórias Flash e Disco óptico.

Claims

1. Método para estimar uma propriedade de resistividade de uma formação de solo em um furo de poço (12) preenchido com uma lama à base de óleo, caracterizado por compreender: transportar um portador (14) no furo de poço (12); medir uma pluralidade de valores de impedância aparente da formação de solo com o uso de um sensor de resistividade no portador (14); e usar uma sensitividade de uma parte real da impedância medida para uma reatância de uma fenda entre o sensor de resistividade e uma pa-rede de furo de poço (12) para estimar uma propriedade de resistividade da formação de solo, em que a sensitividade é indicativa de uma relação entre mu-danças na parte real da impedância medida a alterações na reatância da fenda.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente estimar a sensitividade da parte real da impedância medida para a reatância da fenda entre o sensor de re- sistividade e a parede de furo de poço (12) usando-se uma derivada temporal da parte real da impedância medida e uma derivada temporal de uma parte reativa da impedância medida.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente executar um componente principal de análise da derivada temporal da parte real da impedância medida e a derivada temporal da parte reativa da impedância medida.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente estimar uma matriz de covariância da derivada temporal da parte real da impedância medida e a derivada temporal da parte reativa da impedância medida.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente projetar a derivada temporal da parte real da impedância medida e a derivada temporal da parte reativa da impedância medida em um autovetor principal da matriz de covariância.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: usar, como parte do sensor de resistividade, um eletrodo de me-dição e um eletrodo de retorno; e estimar os valores de impedância aparente a partir de um poten-cial do eletrodo de medição e uma corrente no eletrodo de medição.

7. Aparelho configurado para estimar uma propriedade de resis- tividade de uma formação de solo em um furo de poço (12) preenchido com lama à base de óleo, caracterizado por compreender: um portador (14) configurado para ser transportado no furo de poço (12); um sensor de resistividade no portador (14) configurado para medir uma pluralidade de valores de impedância aparente da formação de solo, processador (24) configurado para usar uma sensitividade de uma parte real da impedância medida para uma reatância de uma fenda entre o sensor de resistividade e uma parede de furo de poço (12) para estimar uma propriedade de resistividade da formação de solo, em que a sensitividade é indicativa de uma relação entre altera-ções na parte real da impedância medida a alterações na reatância da fenda.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o processador (24) é configurado adicionalmente para estimar a sensitividade da parte real da impedância medida para a reatância da fenda entre o sensor de resistividade e a parede de furo de poço (12) usando-se uma derivada temporal da parte real da impedância medida e uma derivada temporal de uma parte reativa da impedância medida.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o processador (24) é configurado adicionalmente para executar um componente principal de análise da derivada temporal da parte real da impedância medida e a derivada temporal da parte reativa da impedância medida.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o processador (24) é configurado adicionalmente para estimar uma matriz de covariância da derivada temporal da parte real da impe- 5 dância medida e a derivada temporal da parte reativa da impedância medida.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o processador (24) é configurado adicionalmente para projetar a derivada temporal da parte real da impedância medida e a derivada 10 temporal da parte reativa da impedância medida em um autovetor principal da matriz de covariância.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sensor de resistividade compreende adicionalmente um eletrodo de medição e um eletrodo de retorno, e em que o processador (24) 15 é configurado adicionalmente para estimar os valores de impedância com o uso de uma voltagem do eletrodo de medição e uma corrente no eletrodo de medição.