BR112014000801B1 - Aparelho e método para estimar um parâmetro - Google Patents

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Abstract

aparelho e método para estimar um parâmetro. a presente invenção refere-se a um aparelho para estimar um parâmetro que inclui: uma fibra óptica (22) incluindo pelo menos um núcleo (24)configurado para transmitir um sinal de interrogação e incluindo uma pluralidade de localizações de detecção (28) distribuídas ao longo de um comprimento de medição da fibra óptica (22) e configuradas para refletir luz; um caminho ótico de referência configurado para transmitir um sinal de referência, o caminho ótico de referência disposto em uma relação fixa para o pelo menos um núcleo e se estendendo pelo menos substancialmente paralelo ao pelo menos um núcleo, o caminho ótico de referência incluindo um refletor de referência (42) que define um comprimento de cavidade correspondendo ao comprimento de medição; um detector (36) configurado para receber um sinal de retorno refletido; um interferômetro de referência (58) configurado para receber pelo menos um sinal de referência e gerar um sinal de referência interferométrico; e um processador (38) configurado para aplicar o sinal de referência interferométrico ao sinal de retorno refletido para compensar um ou mais parâmetros ambientais.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados
Este pedido reivindica o benefício do Pedido U.S. No. 13/187853, depositado em 21 de julho de 2011, o qual está incorporado a este documento pela referência na sua totalidade.
Antecedentes
Os sensores de fibra óptica têm sido utilizados em diversas aplicações, e têm sido apresentados como tendo particular utilidade em detectar parâmetros em vários ambientes. Os sensores de fibra óptica podem ser incorporados a ambientes tais como ambientes de fundo de poço e podem ser usados para detectar vários parâmetros de um ambiente e/ou dos componentes dispostos no mesmo, tais como temperatura, pressão, deformação e vibração.
Os sistemas de monitoramento de parâmetros podem ser incorporados com componentes de fundo de poço como sistemas de detecção distribuída de fibras ópticas (DSS). Exemplos de técnicas DSS incluem Re- flectometria Óptica no Domínio da Frequência (OFDR), a qual inclui interrogar um sensor de fibra óptica com um sinal ótico para gerar sinais refletidos espalhados de localizações de detecção (por exemplo, redes de difração de Bragg de fibras) no sensor de fibra óptica.
Os sistemas de detecção interferométricos baseados em varredura de comprimentos de onda, usados frequentemente para detecção de fibra óptica distribuída, são assim chamados porque eles contam com interferometria para codificar a informação de sensor. Em algumas aplicações, entretanto, a fibra de detecção (a fibra contendo ou consistindo do(s) sensor(s)) está sujeita a vibrações. Estas vibrações podem resultar em dados prejudicados, e no final podem reduzir fidelidade de dados ou inibir a capacidade para efetuar uma medição de modo geral.
Sumário
Um aparelho para estimar um parâmetro inclui: uma fibra óptica incluindo pelo menos um núcleo configurado para ser acoplado oticamente a uma fonte de luz e transmitir um sinal de interrogação, o pelo menos um núcleo incluindo uma pluralidade de localizações de detecção distribuídas ao longo de um comprimento de medição da fibra óptica e configuradas para refletir luz; um caminho ótico de referência configurado para transmitir um sinal de referência, o caminho ótico de referência disposto em uma relação fixa para o pelo menos um núcleo e se estendendo pelo menos substancialmente paralelo ao pelo menos um núcleo, o caminho ótico de referência in-cluindo um refletor de referência que define um comprimento de cavidade correspondendo ao comprimento de medição; um detector configurado para receber um sinal de retorno refletido incluindo luz refletida de uma ou mais da pluralidade de localizações de detecção; um interferômetro de referência configurado para receber pelo menos um sinal de referência retornado pelo caminho ótico de referência e gerar um sinal de referência interferométrico; e um processador configurado para aplicar o sinal de referência interferométri- co ao sinal de retorno refletido para compensar um ou mais parâmetros am-bientais.
Um método para estimar um parâmetro inclui: dispor uma fibra óptica em um furo de poço em uma formação de solo, a fibra óptica incluindo pelo menos um núcleo tendo uma pluralidade de localizações de detecção distribuídas ao longo de um comprimento de medição da fibra óptica e configuradas para refletir luz; dispor no furo de poço um caminho ótico de referência configurado para transmitir um sinal de referência, o caminho ótico de referência disposto em uma relação fixa para o pelo menos um núcleo e se estendendo pelo menos substancialmente paralelo ao pelo menos um núcleo, o caminho ótico de referência incluindo um refletor de referência que define um comprimento de cavidade correspondendo ao comprimento de medição; transmitir um primeiro sinal de interrogação para o pelo menos um núcleo; transmitir um segundo sinal de interrogação para o caminho ótico de referência; receber um sinal de retorno refletido incluindo luz refletida de uma ou mais da pluralidade de localizações de detecção; receber, em um interferômetro de referência, um sinal de referência retornado pelo caminho ótico de referência, e gerar um sinal de referência interferométrico; aplicar o sinal de referência interferométrico ao sinal de retorno refletido para compensar um ou mais parâmetros ambientais com base em mudanças no comprimento de cavidade do caminho ótico de referência; e estimar um ou mais parâmetros ambientais com base no sinal de retorno refletido compensado. Breve Descrição dos Desenhos
A matéria em questão, a qual é considerada como a invenção, é salientada particularmente e reivindicada de forma distinta nas reivindicações no final do relatório descritivo. Os expostos anteriormente e outros recursos e vantagens da invenção ficarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir considerada em combinação com os desenhos anexos, em que elementos iguais são numerados de forma semelhante, nos quais:
A FIG. 1 ilustra uma modalidade exemplar de um sistema de perfuração, monitoramento, avaliação, exploração e/ou de produção de fundo de poço;
A FIG. 2 ilustra uma modalidade exemplar de uma parte de um conjunto de medição de fibra óptica;
A FIG. 3 ilustra uma modalidade exemplar de um conjunto de medição de fibra óptica; e
A FIG. 4 é um fluxograma ilustrando uma modalidade exemplar de um método de estimar um parâmetro de fundo de poço.
Descrição Detalhada
Referindo-se à FIG. 1, uma modalidade exemplar de um sistema de perfuração, monitoramento, avaliação, exploração e/ou de produção de fundo de poço 10 disposto em um furo de poço 12 está mostrado. Uma coluna de poço não revestido 14 é disposta dentro do furo de poço 12, a qual penetra pelo menos em uma formação de solo 16 para executar funções tais como extrair matéria da formação e/ou efetuar medições de propriedades da formação 16 e/ou do fundo de poço do furo de poço 12. A coluna de poço não revestido14 é feita de, por exemplo, um tubo, múltiplas seções de tubo ou tubulação flexível. O sistema 10 e/ou a coluna de poço não revestido 14 incluem qualquer número das ferramentas de fundo de poço 18 para vários processos incluindo perfuração, produção de hidrocarboneto e medição de uma ou mais quantidades físicas em um poço não revestido ou em volta dele. Várias ferramentas de medição 18 podem ser incorporadas ao sistema 10 para efetuar regimes de medição tais como aplicações de medição a cabo de aço ou aplicações de perfilagem durante a perfuração (LWD).
Em uma modalidade, um sistema de medição de parâmetros é incluído como parte do sistema 10 e é configurado para medir ou estimar vários parâmetros de fundo de poço da formação 16, do furo de poço 14, da ferramenta 18 e/ou de outros componentes de fundo de poço. O sistema de medição inclui uma unidade interrogadora ou de medição óptica 20 conectada em comunicação operável com pelo menos um conjunto de detecção de fibra óptica 22. A unidade de medição 20 pode ser colocada, por exemplo, em uma localização de superfície, uma localização submarina e/ou uma localização de superfície em uma plataforma de poço marítimo ou em uma embarcação. A unidade de medição 20 também pode ser incorporada à coluna de poço não revestido 12 ou ferramenta 18, ou disposta de outro modo na fundo de poço tal como desejado.
Um conjunto de fibra óptica 22 é conectado operacionalmente à unidade de medição 20 e é configurado para ser disposto no fundo de poço. O conjunto de fibra óptica 22 inclui pelo menos um núcleo de fibra óptica 24 (referido como um "núcleo de sensor" 24) configurado para efetuar uma medição distribuída de um parâmetro de fundo de poço (por exemplo, temperatura,pressão, tensão, deformação e outros) e pelo menos um núcleo de fibra óptica 26 (referido como um "núcleo de referência de sistema" 26) configurado para gerar um sinal de referência. O núcleo de sensor 24 inclui uma ou mais localizações de detecção 28 dispostas ao longo de um comprimento do núcleo de sensor, as quais são configuradas para refletir e/ou espalhar sinais de interrogação óptica transmitidos pela unidade de medição 20. Exemplos das localizações de detecção 28 incluem redes de difração de Bragg de fibras, cavidades de Fabry-Perot, espelhos refletindo parcialmente e localizações de espalhamento intrínseco tais como localizações de espalhamento Rayleigh, espalhamento Brillouin e espalhamento Raman. O núcleo de refe- rência de sistema 26 é disposto em uma relação fixa para o núcleo de sensor 24 e fornece um caminho ótico de referência tendo um comprimento de cavidade efetivo que é estável em relação ao comprimento de cavidade de caminho ótico do núcleo de sensor 24. O núcleo de referência de sistema pode ser usado para retornar sinais de referência usados por um interferô- metro de referência para compensar as medições distribuídas com base em mudanças no comprimento de cavidade causadas, por exemplo, por vibração.
Em uma modalidade, um comprimento do conjunto de fibra óptica 22 define uma região de medição 30 ao longo da qual as medições de parâmetros distribuídas podem ser efetuadas. Por exemplo, a região de medição 30 se estende ao longo de um comprimento do conjunto que inclui as localizações de detecção de núcleo de sensor 28. O núcleo de referência de sistema 26 é disposto em relação ao núcleo de sensor 24 e fornece um caminho de referência tendo um comprimento de cavidade efetivo que é estável em relação ao comprimento de cavidade de caminho ótico do núcleo de sensor 24 na região de medição 30, o que age para moderar ou reduzir os efeitos de vibração e de outro movimento no sistema. Por exemplo, o núcleo de sensor 24 e o núcleo de referência de sistema 26 são dispostos em respectivas fibras ópticas que são dispostas conjuntamente em um cabo de fibrasópticas, coladas uma à outra ou dispostas de outro modo de maneira que pelo menos os comprimentos de cada núcleo na região de medição 30 deformem conjuntamente em resposta a parâmetros de fundo de poço. O caminho ótico de referência e o caminho de detecção são assim configurados de maneira que eles fiquem em uma posição fixa um em relação ao outro, de maneira que o caminho de referência experimenta a mesma vibração ou outro movimento tal como o caminho de detecção. Em uma modalidade, o núcleo de sensor 24 e o núcleo de referência de sistema 26 são dispostos dentro de uma fibra óptica de múltiplos núcleos 32.
A unidade de medição 20 inclui, por exemplo, uma ou mais fontes de sinais eletromagnéticos 34 tais como uma fonte de luz ajustável, um LED e/ou um laser, e um ou mais detectores de sinal 36 (por exemplo, foto- diodos). Eletrônica de processamento de sinal também pode ser incluída na unidade de medição 20, para combinar sinais refletidos e/ou processar os sinais. Em uma modalidade, uma unidade de processamento 38 está em comunicação operável com a fonte de sinais 34 e com o detector 36 e é configurada para controlar a fonte 34, receber dados de sinal refletido do detector 36 e/ou processar dados de sinal refletido.
Em uma modalidade, o sistema de medição é configurado como um sistema de reflectometria óptica no domínio da frequência (OFDR) coerente. Nesta modalidade, a fonte 34 inclui um laser ajustável continuamente que é usado para interrogar espectralmente o conjunto de detecção de fibra óptica 22. Em uma modalidade, o sinal de interrogação tem um comprimento de onda ou frequência que é modulado ou varrido (por exemplo, linearmente) sobre um comprimento de onda ou faixa de frequências selecionada. Sinais espalhados refletidos por localizações de espalhamento intrínsecas, pelas localizações de detecção 28 e por outras superfícies de reflexão no conjunto de fibra óptica 22 podem ser detectados, demodulados e analisados. Cada sinal espalhado pode ser correlacionado com uma localização, por exemplo, por meio de uma transformada matemática ou por analisar in- terferometricamente os sinais espalhados em comparação com uma localização de reflexão comum selecionada. Cada sinal espalhado pode ser integrado para reconstruir o comprimento total e/ou forma do cabo. Um modula- dor (por exemplo, gerador de funções) em comunicação óptica com a fonte óptica ajustável 34 pode ser fornecido que modula a fonte óptica 34, tal como por meio de potência, intensidade ou amplitude, usando um sinal de mo-dulação.
Referindo-se à FIG. 2, um conjunto de fibra óptica exemplar 22 inclui uma fibra de múltiplos núcleos 32 tendo pelo menos os dois núcleos 24, 26 e um revestimento 40. O núcleo de detecção 24 é configurado para guiar luz da unidade de medição 20 para as localizações de medição 28, e o pelo menos um núcleo de referência de sistema 26 é configurado para guiar um sinal de referência de luz da unidade de medição. Os núcleos 24, 26 podem receber um sinal de interrogação de uma única unidade de medição 20 ou de uma única fonte 34, ou podem receber sinais individuais de fontes 34 separadas. Um ou mais sensores e/ou refletores de referências 42 são posi-cionados em localizações axiais selecionadas para fornecer sinais de referência. Em uma modalidade, o(s) refletor(s) 42 é(são) disposto(s) de maneira que parte de um sinal de interrogação em cada núcleo 24, 26 é refletida pe- lo(s) refletor(s) 42 substancialmente na mesma localização axial para cada núcleo. No exemplo mostrado na FIG. 2, os refletores 42 incluem um único refletor de referência 42 tal como um espelho, o qual é posicionado em uma localização axial comum para cada núcleo. O refletor de referência pode ser disposto em uma extremidade do conjunto de fibra óptica 22 e/ou em uma ou mais localizações ao longo do comprimento da região de medição 30. Um comprimento de cavidade é assim formado entre uma localização axial selecionada e uma localização axial de cada refletor 42. Por exemplo, o refletor 42 pode incluir múltiplos espelhos parcialmente refletivos dispostos em diferenteslocalizações axiais ao longo do conjunto de fibra óptica 22 e formando múltiplos respectivos comprimentos de cavidade.
Em uma modalidade, o núcleo de detecção 24 forma um ou mais componentes de um interferômetro de sensor. Por exemplo, o interferômetro de sensor pode ser formado de sinais de retorno refletidos ao longo de um caminho de sensor, isto é, um caminho de sinal de retorno de uma localização de detecção 28 e de uma localização axial (por exemplo, a extremidade do núcleo de detecção 24 acoplada ao detector 36), e de um sinal de retorno refletido ao longo de um caminho de referência de sensor, isto é, um caminho de sinal de retorno no núcleo 24 entre o refletor 42 e a localização axial. Cada um destes sinais de retorno pode ser retornado para a unidade de medição 20 onde eles podem ser combinados para gerar sinais interferométri- cos para medições de parâmetros. Um interferômetro adicional (um interfe- rômetro de referência) pode ser formado por um sinal de retorno de caminho de referência, isto é, um sinal de retorno no núcleo de referência de sistema 26 refletido ao longo de um caminho de referência de sistema entre o refletor 42 e a localização axial. Deve ser notado que embora o caminho de sensor e o caminho de referência estejam incluídos em núcleos separados estes ca- minhos podem ser estabelecidos em um único núcleo. Além do mais, o núcleo de sensor 24 e o núcleo de referência de sistema 26 podem ser incluídos em fibras ópticas separadas que são coladas conjuntamente, dispostas em um único cabo e/ou dispostas de outro modo de maneira que o caminho de referência de sistema fique disposto em uma relação fixa para o núcleo 24 e se estenda pelo menos substancialmente paralelo ao núcleo 24.
O núcleo de referência de sistema 26 e sinal de retorno de referência de sistema podem ser usados para compensar, por exemplo, os efeitos de não linearidades no caso em que o sistema 10 utiliza interferometria de comprimento de onda varrida (SWI). Por causa de a unidade de interrogação baseada em SWI (por exemplo, o conjunto de fibra óptica 22) poder estar sujeita a vibração, e por causa de o núcleo de detecção 24 frequentemente estar sujeito a diferentes estímulos, a vibração potencialmente pode produzir fidelidade de dados reduzida. Isto acontece por causa de o comprimento de cavidade efetivo do interferômetro formado pelo núcleo de sensor 24 e o refletor 42 (e correspondendo ao comprimento de medição 30) mudar durante o curso de uma aquisição. As configurações dos núcleos 24 e 26 uma em relação à outra permite compensação de efeitos de vibração.
Referindo-se à FIG. 3, uma modalidade do sistema 10 está mostrada, na qual o interferômetro de sistema é configurado como um interferô- metro de disparo. Nesta modalidade, um laser ajustável ou outra fonte de luz 34 (por exemplo, fonte de luz de varredura de comprimento de onda) é acoplada a um divisor de feixe 44 configurado para dividir luz da fonte de luz em pelo menos um feixe de sensor e pelo menos um feixe de referência. Um dispositivo de acoplamento 46 tal como um circulador é configurado para direcionar o feixe de sensor para o núcleo de sensor 24 e direcionar o feixe de referência o núcleo de referência 26.
Em uma modalidade, a unidade de medição 20 inclui um conjunto de processamento 50 que é configurada para receber feixes de luz de entrada assim como sinais de retorno do conjunto de fibra óptica 22. Por exemplo, luz refletida e/ou espalhada de cada localização de detecção 28 (o "sinal de retorno de sensor") e luz no núcleo de sensor 24 refletida pelo refle- tor 42 (o "sinal de retorno de referência de sensor") são combinadas para gerar um sinal interferométrico de sensor na forma de um padrão de interferência indicativo de diferenças de fases entre o sinal de retorno de sensor e o sinal de retorno de referência de sensor. A interferência do sinal de retorno de referência de sensor com o sinal de retorno de sensor ocorre em um comprimento de caminho ótico particular do sensor, também conhecido como a frequência espacial do sensor.
Luz no núcleo de referência de sistema 26 refletida pelo refletor 42 (sinal de retorno de referência de sistema) é usada em um interferômetro de referência. Por exemplo, o sinal de retorno de referência de sistema é direcionado para a unidade de medição 20 e é combinado com o feixe de sensor inicial ou com o feixe de sensor dividido para gerar um padrão de interferência indicativo de mudanças no comprimento de cavidade formado entre uma localização axial (por exemplo, a localização do circulador 46) e o refletor de referência 42. Esta mudança em comprimento de cavidade pode ser usada como indicativa de mudanças no caminho de medição total 30, produzidas por parâmetros tais como temperatura, tensão e vibração. Este interferômetro de referência pode ser usado para compensar os dados de interferômetro de sensor para mudanças de parâmetro ocorrendo para o comprimento total da região de medição 30, permitindo medições de melhor qualidade de parâmetros locais medidos usando as localizações de medição 28.
Referindo-se de novo à FIG. 3, em uma modalidade, o conjunto de processamento 50 inclui um detector 52 tal como um conversor ótico- elétrico (OEC) que recebe a luz refletida do núcleo 24 (por exemplo, o sinal de retorno de sensor, o sinal de retorno de referência de sensor, ou um sinal combinado) por meio do circulador 46. O detector 52 pode ser qualquer detector adequado para converter um sinal ótico em um sinal elétrico, tal como um fotodetector, ou um dispositivo de carga acoplada. Em uma modalidade, o detector 52 produz um sinal elétrico 54 que corresponde à forma de onda da luz recebida. O sinal elétrico 54 é enviado por meio de um filtro opcional 56 (por exemplo, um filtro de suavização programável) que remove os sinais de ruído.
Em uma modalidade, o conjunto de processamento 50 inclui um amostrador 56 tal como um conversor analógico para digital (ADC). O amos- trador 56 recebe o sinal elétrico 54 e amostra o sinal de acordo com parâmetros de amostragem selecionados, tais como frequência e duração de amostragem, o que produz um sinal amostrado 58 que pode ser enviado para um processador tal como o processador 38 ou um processador remoto. O amos- trador 56 pode receber parâmetros de amostragem de um relógio externo ou uma forma de onda correspondendo a um sensor particular, um deslocamento de comprimento de onda no sensor particular, uma deformação no sensor, uma temperatura no sensor, ou uma deformação de um elemento acoplado à montagem de fibra óptica 22. Alternativamente, o parâmetro pode ser determinado em qualquer processador incluindo o processador 38.
Em uma modalidade, o conjunto de processamento inclui um in- terferômetro de referência de sistema 58 configurado para gerar um sinal interferométrico de referência de sistema usando o sinal de retorno de referência de sistema recebido do núcleo de referência de sistema 26. O sinal interferométrico de referência de sistema pode ser usado com o sinal 52 ou aplicado a ele para compensar parâmetros tais como temperaturas de fundo de poço e vibração ao longo do caminho de medição 30.
Em uma modalidade, o interferômetro de sistema 58 é configurado como um interferômetro de disparo 58 para gerar parâmetros de amostragem com base em um sinal interferométrico derivado do sinal de retorno de referência de sistema recebido do núcleo de referência de sistema 26. O interferômetro de disparo 58 recebe um sinal padrão de interferência ou combina sinais no mesmo para gerar o sinal padrão de interferência que é usado para estabelecer parâmetros de amostragem. Por exemplo, o interfe- rômetro de disparo 58 recebe uma parte do feixe de referência do divisor de feixe 44 e também recebe o sinal de retorno de referência de sistema do núcleo de referência 26, e combina estes feixes para gerar o sinal padrão de interferência.
O interferômetro de disparo 58 fornece um sinal de disparo 60 baseado no sinal padrão de interferência. Por exemplo, o interferômetro de disparo 58 produz um sinal de disparo usando uma passagem por zero de negativo para positivo de um padrão de franja de interferência do sinal padrão de interferência, tal como uma transição de uma região escura do padrão de franja para uma região iluminada adjacente do padrão de franja. Em uma modalidade alternativa, o sinal de disparo 60 pode ser produzido de uma passagem por zero de positivo para negativo. Qualquer parte adequada do padrão de franja pode ser usada para produzir o sinal de disparo. Em uma modalidade, um OEC 62 é incluído para converter o sinal de disparo 60 de um sinal ótico para um sinal de disparo elétrico. O sinal de disparo é enviado para a amostrador 56 para fornecer parâmetros de amostragem, tais como uma taxa de amostragem correspondendo à frequência de passagens por zero de negativo para positivo e/ou uma duração de amostragem correspondendo a janelas de tempo durante as quais o padrão de interferência tem uma amplitude ou magnitude acima de um valor selecionado.
A FIG. 4 ilustra um método 70 de medir parâmetros de fundo de poço. O método 70 inclui um ou mais estágios 71-74. Embora o método 70 esteja descrito em combinação com o sistema 10 e o sistema de medição descritos anteriormente, o método 70 não está limitado para uso com estas modalidades, e pode ser executado pela unidade de medição 20 ou por outro dispositivo de processamento e/ou de detecção de sinal. Em uma modalidade, o método 70 inclui a execução de todos os estágios 71-74 na ordem descrita. Entretanto, certos estágios podem ser omitidos, estágios podem ser adicionados, ou a ordem dos estágios pode ser mudada.
No primeiro estágio 71, o conjunto de fibra óptica 22 juntamente com a coluna de poço não revestido 12, a ferramenta 18 e/ou outros componentessão abaixados para o fundo de poço. Os componentes podem ser abaixados, por exemplo, por meio de um cabo de aço ou de uma coluna de perfuração.
No segundo estágio 72, luz da fonte de luz 34 é enviada para o divisor de feixe 44 que pode dividir a luz em um feixe de sensor para obter sinais de uma ou mais localizações de detecção 28 e um feixe de referência para uso em um interferômetro de sistema 58 tal como o interferômetro de sinal de disparo 58. Em uma modalidade exemplar, o divisor de feixe 44 divide a luz recebida de maneira que o feixe de sensor inclui cerca de 90% da luz e o feixe de referência inclui cerca de 10% da luz. Entretanto, qualquer razão de divisão pode ser usada. O feixe de referência também pode ser dividido adicionalmente de maneira que uma parte do feixe de referência é direcionada para o interferômetro de referência de sistema 58 e uma outra parte do feixe de referência é direcionada para o núcleo de referência 26. O circulador 46 direciona o feixe de sensor para o núcleo de sensor 24 e direciona o feixe de referência o núcleo de referência 26.
No terceiro estágio 73, os feixes se propagam através de seus respectivos núcleos e sinais de retorno são gerados e recebidos pelo detector 36 e/ou pela unidade de medição 20. Por exemplo, luz refletida e/ou espalhada por cada localização de detecção 28 (sinal de retorno de sensor) e luz no núcleo de sensor 24 refletida pelo refletor 42 (sinal de retorno de referência de sensor) são combinadas para gerar dados interferométricos. Luz no núcleo de referência de sistema 26 refletida pelo refletor 42 (sinal de retorno de referência de sistema) é usada no interferômetro de referência de sistema 58, por exemplo, para gerar um sinal de disparo.
Os sinais refletidos de referência e de sensor, refletidos provenientes do núcleo de detecção 24, são combinados e direcionados para o detector 36 (por exemplo, por meio do circulador 46). Em uma modalidade, os sinais são convertidos em um sinal eletrônico por meio do OEC 36. O sinal de referência refletido proveniente do núcleo de referência 26 é combinado com o sinal de entrada (por exemplo, por meio do interferômetro de disparo 58) para produzir um sinal de referência interferométrico. O sinal de referênciainterferométrico é combinado ou aplicado de outro modo ao sinal interfe- rométrico de sensor para produzir um sinal resultante que é compensado para vibração ou outros parâmetros de fundo de poço experimentados pelo caminho de medição.
Na quarto estágio 74, os dados de sinal refletido são utilizados para estimar vários parâmetros ao longo da fibra óptica 22, tal como ao lon go do caminho de medição 30. Os dados de sinal refletido são correlacionados com as localizações de detecção 28, e parâmetros são estimados para uma ou mais localizações de detecção 28. Exemplos de tais parâmetros incluem temperatura, pressão, vibração, tensão e deformação de componentes de fundo de poço, composição química de fluidos de fundo de poço ou da formação, eventos acústicos e outros.
Os sistemas e métodos descritos neste documento fornecem várias vantagens em relação às técnicas anteriores. Os sistemas e métodos permitem integração de uma ou outra ou de ambas a referência de sistema e a referência de sensor com a fibra de detecção, de tal maneira que o interfe- rômetro de sistema e a fibra de detecção experimentam substancialmente o mesmo ambiente de vibração, resultando em maior fidelidade de dados. Estaconfiguração também pode ter vantagens ao fornecer correção de vibração mais localizada ao estabelecer múltiplos comprimentos de cavidade no caminho de referência (por exemplo, o núcleo 26). Os sistemas e métodos são assim úteis em operações subterrâneas de exploração, perfuração e produção de hidrocarboneto, por causa de vibrações de fundo de poço que podem estar envolvidas.
O conjunto de fibra óptica 22 e/ou o sistema de medição não estão limitados às modalidades descritas neste documento, e podem ser dispostos com qualquer carregador adequado. O sistema de medição, o conjunto de fibra óptica 22, a coluna de poço não revestido 14 e/ou a ferramenta 18 podem ser incorporados a qualquer carregador adequado. Um "carregador" tal como descrito neste documento significa qualquer dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou elementos que possam ser usados para transportar, alojar, suportar ou facilitar de outro modo o uso de um outro dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou elementos. Carregadores não limitativos exemplares incluem colunas de perfuração do tipo tubo espiralado, do tipo tubos unidos e qualquer combinação ou parte dos mesmos. Outros exemplos de carregador incluem tubos de revestimento, cabos de aço, sondas a cabo de aço, sondas de cabo recuperador, conjuntos de fundo inferior e colunas de perfuração.
Em suporte aos preceitos neste documento, vários componentes de análise podem ser usados, incluindo um sistema digital e/ou um analógico. Componentes do sistema, tais como, a unidade de medição 20, o processador 38, o conjunto de processamento 50 e outros componentes do sistema 10, podem ter componentes tais como um processador, mídias de armazenamento,memória, entrada, saída, enlace de comunicações, interfaces de usuário, softwares, processadores de sinais (digitais ou analógicos) e outros tais componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para permitir operação e análises do aparelho e métodos revelados neste documento em qualquer um dos diversos modos bem compreendidos na técnica. É considerado que estes preceitos podem ser, mas não necessitam ser, implementados em combinação com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em uma mídia legível por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs) óptica (CD-ROMs), ou magnética (discos, unidades rígidas), ou qualquer outro tipo que quando executado faz com que um computador implemente o método da presente invenção. Estas instruções podem permitir operação de equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções supostas relevantes por um projetista de sistema, proprietário, usuário ou outro tal pessoal, além das funções descritas nesta revelação.
Adicionalmente, vários outros componentes podem ser incluídos e chamados para fornecer aspectos dos preceitos neste documento. Por exemplo, um fornecimento de energia (por exemplo, pelo menos um de um gerador, um fornecimento remoto e uma bateria), unidade de arrefecimento, unidade de aquecimento, força motriz (tal como uma força translacional, força propulsora ou uma força rotacional), ímã, eletroímã, sensor, eletrodo, transmissor, receptor, transceptor, antena, controlador, unidade óptica, unidade elétrica ou unidade eletromecânica pode ser incluído em suporte aos vários aspectos discutidos neste documento ou em suporte a outras funções além desta revelação.
Será reconhecido que os vários componentes ou tecnologias podem fornecer certas funcionalidades ou recursos necessários ou benéfi-cos. Desta maneira, estas funções e recursos tais como podem ser necessários em suporte às reivindicações anexas e variações das mesmas são reconhecidas como estando inerentemente incluídas como uma parte dos pre- 5 ceitos neste documento e uma parte da invenção revelada.
Embora a invenção tenha sido descrita com referência para mo-dalidades exemplares, será entendido que várias mudanças podem ser fei-tas e equivalências podem ser substitutas para elementos das mesmas sem divergir do escopo da invenção. Além do mais, muitas modificações serão percebidas para adaptar um instrumento, situação ou material particular aos preceitos da invenção sem divergir do escopo essencial da mesma. Portan-to,é pretendido que a invenção não fique limitada à modalidade particular revelada considerada como o melhor modo para executar esta invenção, mas que a invenção incluirá todas as modalidades estando incluídas no es- copo das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. Aparelho para estimar um parâmetro, o aparelho caracteriza-do por compreender: uma fibra óptica (22) incluindo pelo menos um núcleo (24) confi-gurado para ser acoplado oticamente a uma fonte de luz e transmitir um si-nal de interrogação, o pelo menos um núcleo incluindo uma pluralidade de localizações de detecção (28) distribuídas ao longo de um comprimento de medição da fibra óptica (22) e configuradas para refletir luz; um caminho ótico de referência configurado para transmitir um sinal de referência, o caminho ótico de referência disposto em uma relação fixa para o pelo menos um núcleo e se estendendo pelo menos substancial-mente paralelo ao pelo menos um núcleo, o caminho ótico de referência in-cluindo um refletor de referência (42) que define um comprimento de cavida-de correspondendo ao comprimento de medição; um detector (36) configurado para receber um sinal de retorno refletido incluindo luz refletida a partir de uma ou mais da pluralidade de lo-calizações de detecção (28); um interferômetro de referência (58) configurado para receber pelo menos um sinal de referência retornado a partir do caminho ótico de referência e gerar um sinal de referência interferométrico; e um processador (38) configurado para aplicar o sinal de referên-ciainterferométrico ao sinal de retorno refletido para compensar um ou mais parâmetros ambientais.
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a fibra óptica (22) é uma fibra óptica (22) de múltiplos nú-cleos, e o caminho ótico de referência é um núcleo adicional dentro da fibra óptica (22).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o interferômetro de referência (58) é um interferômetro de disparo acoplado a um amostrador (56), o amostrador (56) configurado para amostrar o sinal de retorno refletido de acordo com parâmetros de amostra-gem derivados do sinal de referência interferométrico.
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a fibra óptica (22) inclui um refletor de referência (42) de sen-sor disposto em uma localização axial que é pelo menos substancialmente igual a uma localização axial do refletor de referência (42).
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender adicionalmente um interferômetro de sensor configurado para gerar um sinal interferométrico de medição ao combinar o sinal de retorno refletido com um sinal de retorno de referência de sensor correspondendo à luz refletida a partir do refletor de referência (42) de sensor no pelo menos um núcleo.
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o processador (38) é configurado para usar o sinal de retorno refletido compensado para estimar pelo menos um parâmetro da fibra óptica (22) em uma ou mais localizações correspondendo a uma ou mais das loca-lizações de detecção (28).
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pe-lo fato de que o processador (38) é configurado para aplicar o sinal de refe-rência interferométrico ao sinal de retorno refletido para compensar a vibra-ção, e estimar os parâmetros ambientais com base no sinal de retorno refle-tido compensado.
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o refletor de referência (42) é selecionado de pelo menos um de um espelho e um espelho refletindo parcialmente.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a fibra óptica (22) e o caminho ótico de referência são confi-gurados para serem dispostos em um poço não revestido em uma formação de terra.
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o um ou mais parâmetros ambientais são selecionados de pelo menos um de temperatura, pressão, deformação e vibração.
11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de luz é configurada para emitir um sinal de inter- rogação de comprimento de onda varrido coerente.
12. Método para estimar um parâmetro, o método caracterizado por compreender: dispor uma fibra óptica (22) dentro de um furo de poço em uma formação de terra, a fibra óptica (22) incluindo pelo menos um núcleo (24)tendo uma pluralidade de localizações de detecção (28) distribuídas ao longo de um comprimento de medição da fibra óptica (22) e configuradas para refletir luz; dispor dentro do furo de poço um caminho ótico de referência configurado para transmitir um sinal de referência, o caminho ótico de refe-rência disposto em uma relação fixa para o pelo menos um núcleo e se es-tendendo pelo menos substancialmente paralelo ao pelo menos um núcleo, o caminho ótico de referência incluindo um refletor de referência (42) que define um comprimento de cavidade correspondendo ao comprimento de medição; transmitir um primeiro sinal de interrogação para o pelo menos um núcleo; transmitir um segundo sinal de interrogação para o caminho óti-co de referência; receber um sinal de retorno refletido incluindo luz refletida de uma ou mais da pluralidade de localizações de detecção (28); receber, em um interferômetro de referência (58), um sinal de re-ferência retornado pelo caminho ótico de referência, e gerar um sinal de re-ferência interferométrico; aplicar o sinal de referência interferométrico ao sinal de retorno refletido para compensar um ou mais parâmetros ambientais com base em mudanças no comprimento de cavidade do caminho ótico de referência; e estimar um ou mais parâmetros ambientais com base no sinal de retorno refletido compensado.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a fibra óptica (22) é uma fibra óptica (22) de múltiplos nú-cleos, e o caminho ótico de referência é um núcleo adicional dentro da fibra óptica (22).
14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o interferômetro é um interferômetro de disparo, e aplicar o sinal de referência interferométrico inclui amostrar o sinal de retorno refletido de acordo com os parâmetros de amostragem derivados do sinal de referên-ciainterferométrico.
15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a fibra óptica (22) inclui um refletor de referência (42) de sensor disposto em uma localização axial que é, pelo menos, substancial-mente, igual a uma localização axial do refletor de referência (42).
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreende adicionalmente gerar um sinal interferométrico de medição ao combinar o sinal de retorno refletido com um sinal de retorno de referên-cia de sensor correspondendo à luz refletida pelo refletor de referência (42) de sensor no pelo menos um núcleo.
17. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que estimar inclui usar o sinal de retorno refletido compensado para estimar pelo menos um parâmetro da fibra óptica (22) em uma ou mais localizações correspondendo a uma ou mais das localizações de detecção (28).
18. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o um ou mais parâmetros ambientais são selecionados de pelo menos um de temperatura, pressão, deformação e vibração.
19. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente emitir um sinal de interrogação de compri-mento de onda varrido coerente pela fonte de luz, e dividir o sinal de interro-gação de comprimento de onda varrido no primeiro sinal de interrogação e no segundo sinal de interrogação.
20. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sinal de referência interferométrico é aplicado ao sinal de retorno refletido para compensar uma vibração.
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