BR112014025247B1

BR112014025247B1 - Elemento de corte instrumentado para uma ferramenta de perfuração de terreno, ferramenta de perfuração de furação de terreno e método de determinação de resistividade de uma formação subterrânea durante uma operação de perfuração

Info

Publication number: BR112014025247B1
Application number: BR112014025247-5A
Authority: BR
Inventors: Danny E. Scott; Anthony A. Digiovanni; Daniel T. Georgi; David A. Curry; Rashid W. Khokhar; Rocco DiFoggio
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2021-11-16
Also published as: EP2836677B8; US9394782B2; WO2013155287A1; SG11201406465SA; US20160319660A1; IN2014DN08362A; EP2836677A1; CA2869482A1; BR112014025247A2; US20130270008A1; EP2836677B1; EP2836677A4; CA2869482C; BR112014025247A8; US10006283B2; ZA201407376B; NO2885990T3

Abstract

aparelhos e métodos para medições de resistividade na broca para uma ferramenta de perfuração de furação de terreno. um elemento de corte para uma ferramenta de perfuração de furação de terreno compreende um corpo de corte que tem uma superfície de corte nele, e um sensor acoplado à superfície de corte, o sensor configurado para determinar a resistividade de uma formação de contato. uma ferra menta de perfuração de furação de terreno compreende um corpo de broca e um elemento de corte instrumentado acoplado ao corpo de broca. o elemento de corte inclui um corpo de corte que tem uma superfície de corte nele, e pelo menos um sensor localizado próximo da superfície de corte. pelo menos um sensor é orientado e configurado para determinar a resistividade de uma formação de contato. um método de determinação de resistividade de uma formação subterrânea durante uma operação de perfuração compreende a energização de um sensor de um elemento de corte instrumentado, e a determinação de uma resistividade da formação subterrânea com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno.

Description

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente U.S. N° de Série 13/839.821, depositado em 15 de março de 2013, o que é um pedido de utilidade que reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório U.S. N° de Série 61/623.042, depositado em 11 de abril de 2012, e intitulado “Apparatuses and Methods for At-Bit Resistivity Measurements for an Earth-Boring Drilling Tool”.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente exposição geralmente se refere a brocas de perfuração de furação de terreno, elementos de corte afixados a elas, e a outras ferramentas que podem ser usadas para a perfuração de formações subterrâneas. Mais particularmente, as modalidades da presente exposição se referem à obtenção de medições de resistividade na broca a partir de uma broca de perfuração de furação de terreno durante a perfuração.

ANTECEDENTES

[003] A indústria de óleo e gás gasta somas consideráveis para projeto de ferramentas de corte, tais como brocas de perfuração de furo de poço, incluindo brocas de rocha de cone com rolete e brocas de cortador fixo. Essas brocas de perfuração podem ter vidas em serviço relativamente longas com uma falha relativamente infrequente. Em particular, somas consideráveis são gastas para projeto e fabricação de brocas de rocha de cone com rolete e brocas de cortador fixo de uma maneira que minimize a probabilidade de uma falha catastrófica de broca de perfuração durante as operações de perfuração. A perda de um cone com rolete ou um compacto de diamante policristalino a partir de uma broca durante operações de perfuração pode impedir as operações de perfuração e, no pior caso, precisar de operações de pesca bastante dispendiosas.

[004] Uma informação de diagnóstico relacionada a uma broca de perfuração e certos componentes da broca de perfuração pode ser ligada à durabilidade, à performance e à falha potencial da broca de perfuração. Além disso, uma informação característica relativa à formação rochosa pode ser usada para a estimativa da performance e outros recursos relacionados às operações de perfuração. Medições de perfilagem durante a perfuração (LWD), medição durante a perfuração (MWD) e com dispositivos de medição de extremidade dianteira (FEMD) são convencionalmente obtidas a partir de medições atrás do cabeçote de perfuração, tal como a vários pés (1 pé = 0,305 m) longe da interface de corte. Como resultado, erros e atrasos podem ser introduzidos nos dados, o que pode resultar em zonas produtivas perdidas, atrasos na obtenção de informação, e parâmetros de perfuração que não são suficientemente otimizados.

EXPOSIÇÃO

[005] As modalidades da presente exposição incluem um elemento de corte para uma ferramenta de perfuração de furação de terreno. O elemento de corte compreende um corpo de elemento de corte que tem uma superfície de corte nele, e pelo menos um sensor localizado próximo da superfície de corte. Pelo menos um sensor é orientado e configurado para determinar a resistividade de uma formação de contato.

[006] Uma outra modalidade inclui uma ferramenta de perfuração de furação de terreno. A ferramenta de perfuração de furação de terreno compreende um corpo de broca e um elemento de corte instrumentado acoplado ao corpo de broca. O elemento de corte inclui um substrato com uma superfície de corte nele, e pelo menos um sensor localizado próximo da superfície de corte. Pelo menos um sensor é orientado e configurado para determinar a resistividade de uma formação de contato.

[007] Uma outra modalidade inclui um método de determinação de resistividade de uma formação subterrânea durante uma operação de perfuração. O método compreende a energização de um sensor de um elemento de corte instrumentado de uma broca de perfuração, a detecção de um sinal de retorno fluindo na ou através da formação subterrânea, e a determinação de uma resistividade da formação subterrânea com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] A figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de uma broca de perfuração de furação de terreno de exemplo.

[009] A figura 2 mostra um elemento de corte da figura 1 se encaixando com uma formação subterrânea.

[010] A figura 3 mostra uma vista dianteira do elemento de corte da figura 1 de acordo com uma modalidade da presente exposição.

[011] A figura 4 mostra uma vista dianteira do elemento de corte da figura 1 de acordo com uma outra modalidade da presente exposição.

[012] A figura 5 mostra uma vista dianteira do elemento de corte da figura 1 de acordo com uma outra modalidade da presente exposição.

[013] A figura 6 mostra uma vista em perspectiva do elemento de corte da figura 1 de acordo com uma outra modalidade da presente exposição.

[014] A figura 7 mostra uma vista dianteira do elemento de corte da figura 6.

[015] A figura 8 é uma seção transversal do elemento de corte instrumentado tomada ao longo da linha A-A da figura 7.

[016] A figura 9 mostra uma vista dianteira do elemento de corte da figura 1 de acordo com uma outra modalidade da presente exposição.

[017] A figura 10 mostra uma vista lateral do elemento de corte da figura 8 tendo um sensor inserido ali.

[018] A figura 11 é uma seção transversal de um elemento de corte instrumentado de acordo com uma modalidade da presente exposição.

[019] A figura 12 é uma vista lateral simplificada de uma broca de perfuração de furação de terreno de acordo com uma outra modalidade da presente exposição.

[020] A figura 13 é uma vista lateral simplificada de uma broca de perfuração de furação de terreno de acordo com uma modalidade da presente exposição.

[021] A figura 14 é um fluxograma que ilustra um método para operação de elementos de corte instrumentados para a determinação da resistividade de uma formação subterrânea.

MODO(S) PARA A REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

[022] Na descrição detalhada a seguir, uma referência é feita aos desenhos associados que formam uma parte aqui, e em que são mostradas a título de ilustração modalidades específicas em que a exposição pode ser praticada. Estas modalidades são descritas em detalhes suficientes para se permitir àqueles de conhecimento comum na técnica praticarem a exposição, e é para ser entendido que outras modalidades podem ser utilizadas, e que mudanças estruturais, lógicas e elétricas podem ser feitas no escopo da exposição.

[023] Com referência em geral à descrição a seguir e aos desenhos associados, várias modalidades da presente exposição são ilustradas para mostrarem sua estrutura e um método de operação. Os elementos comuns das modalidades ilustradas podem ser projetados com os mesmos números de referência ou similares. Deve ser entendido que as figuras apresentadas não têm por significado serem ilustrativas de vistas reais de qualquer porção em particular da estrutura real ou do método, mas são meramente representações idealizadas para se descrever mais claramente e de forma plena a presente exposição definida pelas reivindicações abaixo. As figuras ilustradas podem não estar desenhadas em escala.

[024] Conforme usado aqui, uma “broca de perfuração” significa e inclui qualquer tipo de broca ou ferramenta usada para perfuração durante a formação ou o alargamento de um furo de poço em formações subterrâneas e inclui, por exemplo, brocas de cortador fixo, brocas excêntricas, brocas com bicentro, alargadores, moinhos, brocas de arrasto e ferramentas conhecidas na técnica.

[025] Conforme usado aqui, o termo “material policristalino” significa e inclui qualquer material compreendendo uma pluralidade de grãos ou cristais do material que são ligados diretamente em conjunto por ligações intergranulares. As estruturas de cristal dos grãos individuais do material podem ser orientadas randomicamente no espaço no material policristalino.

[026] Conforme usado aqui, o termo “compacto policristalino” significa e inclui qualquer estrutura compreendendo um material policristalino formado por um processo que envolve a aplicação de pressão (por exemplo, uma compactação) ao material ou aos materiais precursores usados para a formação do material policristalino.

[027] Conforme usado aqui, o termo “material duro” significa e inclui qualquer material tendo um valor de dureza Knoop de em torno de 3.000 kgf/mm2 (29.420 MPa) ou mais. Os materiais duros incluem, por exemplo, diamante e nitreto de boro cúbico.

[028] A figura 1 é uma vista em seção transversal de uma broca de perfuração de furação de terreno 100, a qual pode implementar modalidades da presente exposição. A broca de perfuração de furação de terreno 100 inclui um corpo de broca 110. O corpo de broca 110 da broca de perfuração de furação de terreno 100 pode ser formado a partir de aço. Em algumas modalidades, o corpo de broca 110 pode ser formado a partir de um material compósito de matriz de partícula. Por exemplo, ao corpo de broca 110 ainda pode incluir uma coroa 114 e uma haste de aço 116. A haste de aço 116 é parcialmente embutida na coroa 114. A coroa 114 pode incluir um material compósito de matriz de partícula, tal como, por exemplo, de partículas de carbureto de tungstênio embutidas em um material de matriz de liga de cobre. O corpo de broca 110 pode ser preso à haste 120 por meio de uma conexão roscada 122 e uma solda 124 se estendendo em torno da broca de perfuração de furação de terreno 100 em uma superfície externa da mesma ao longo de uma interface entre o corpo de broca 110 e a haste 120. Outros métodos são contemplados para fixação do corpo de broca 110 à haste 120.

[029] A broca de perfuração de furação de terreno 100 pode incluir uma pluralidade de elementos de corte 154, 164 afixados à face 112 do corpo de broca 110. A broca de perfuração de furação de terreno 100 pode incluir pelo menos um elemento de corte instrumentado 154 que é instrumentado com um sensor configurado para a obtenção de dados em tempo real relacionados à performance do elemento de corte instrumentado 154 e/ou às características da formação rochosa, tais como medições de resistividade. Os elementos de corte instrumentados 154 podem ser operacionalmente acoplados a um circuito de controle 130, que é configurado para a medição de sinais de voltagem e/ou de corrente a partir dos sensores. O circuito de controle 130 também pode incluir um suprimento de potência (por exemplo, uma fonte de voltagem ou uma fonte de corrente) que é usado para a energização dos sensores para execução das medições. O circuito de controle 130 também pode incluir um oscilador para a geração da corrente fluindo através da formação subterrânea a uma frequência desejada. O circuito de controle 130 pode ser integrado na broca de perfuração de furação de terreno 100 em si.

[030] Em algumas modalidades, a broca de perfuração de furação de terreno 100 também pode incluir elementos de corte não instrumentados 164 que não são instrumentados com um sensor. Obviamente, também é contemplado que as modalidades da presente exposição incluem uma broca de perfuração de furação de terreno 100 tendo todos os elementos de corte sendo elementos de corte instrumentados 154. Geralmente, os elementos de corte 154, 164 de uma broca de perfuração do tipo de cortador fixo têm um formato de disco ou um formato substancialmente cilíndrico. Os elementos de corte 154, 164 incluem uma superfície de corte 155 localizada em uma superfície de extremidade substancialmente circular do elemento de corte 154, 164. A superfície de corte 155 pode ser formada pela disposição de um material superabrasivo duro, tais como partículas mutuamente ligadas de diamante policristalino formadas em uma “mesa de diamante” sob condições de alta temperatura e alta pressão (HTHP), em um substrato de suporte. A mesa de diamante pode ser formada sobre o substrato durante o processo a HTHP, ou pode ser ligada ao substrato depois disso. Esses elementos de corte 154, 164 frequentemente são referidos como um compacto policristalino ou um elemento de corte de compacto de diamante policristalino (PDC) 154, 164. Os elementos de corte 154, 164 podem ser providos ao longo de lâminas 150, e em receptáculos 156 formados na face 112 do corpo de broca 110, e podem ser suportados a partir de trás por apoios 158 que podem ser integralmente formados com a coroa 114 do corpo de broca 110. Os elementos de corte 154, 164 podem ser fabricados separadamente do corpo de broca 110 e presos nos receptáculos 156 formados na superfície externa do corpo de broca 110. Se os elementos de corte 154, 164 forem formados separadamente do corpo de broca 110, um material de ligação (por exemplo, adesivo, liga de brasagem, etc.) poderá ser usado para prender os elementos de corte 154 ao corpo de broca 110. Em algumas modalidades, pode não ser desejável prender os elementos de corte instrumentados 154 ao corpo de broca 110 por brasagem, porque os sensores 216 (figura 2) podem não ser capazes de suportarem os procedimentos de brasagem térmica. Como resultado, um outro processo de ligação pode ser realizado (por exemplo, usando-se adesivos).

[031] O corpo de broca 110 ainda pode incluir fendas para resíduo 152 que separam as lâminas 150. Passagens de fluido internas (não mostradas) se estendem entre a face 112 do corpo de broca 110 e um furo longitudinal 140, o qual se estende através da haste 120 e parcialmente através do corpo de broca 110. Inserções de bocal (não mostradas) também podem ser providas na face 112 do corpo de broca 110 nas passagens de fluido internas.

[032] A broca de perfuração de furação de terreno 100 pode ser presa à extremidade de uma coluna de perfuração (não mostrada), a qual pode incluir um tubo tubular e segmentos de equipamento (por exemplo, colares de perfuração, um motor, uma ferramenta de direcionamento, estabilizadores, etc.) acoplados extremidade com extremidade entre a broca de perfuração de furação de terreno 100 e outro equipamento de perfuração na superfície da formação a ser perfurada. Como um exemplo, a broca de perfuração de furação de terreno 100 pode ser presa à coluna de perfuração, com o corpo de broca 110 sendo preso à haste 120 tendo uma porção de conexão roscada 125 e se encaixando com uma porção de conexão roscada da coluna de perfuração. Um exemplo de uma porção de conexão roscada como essa é uma porção de conexão roscada do American Petroleum Institute (API).

[033] Durante operações de perfuração, a broca de perfuração de furação de terreno 100 é posicionada no fundo de um furo de poço, de modo que os elementos de corte 154 sejam adjacentes à formação de terreno a ser perfurada. Um equipamento, tal como uma mesa rotativa ou um acionamento de topo, pode ser usado para rotação da coluna de perfuração e da broca de perfuração 100 no furo de poço. Alternativamente, a haste 120 da broca de perfuração de furação de terreno 100 pode ser acoplada ao eixo de acionamento de um motor de poço abaixo, o qual pode ser usado para rotação da broca de perfuração de furação de terreno 100. Conforme a broca de perfuração de furação de terreno 100 é rodada, um fluido de perfuração é bombeado para a face 112 do corpo de broca 110 através do furo longitudinal 149 e das passagens de fluido internas (não mostradas). Uma rotação da broca de perfuração de furação de terreno 100 faz com que os elementos de corte 154, 164 raspem através da e cortem a superfície da formação subjacente. Os cortes de formação se misturam com e são suspensos no fluido de perfuração e passam através das fendas para resíduo 152 e do espaço anular entre o furo de poço e a coluna de perfuração para a superfície da formação do terreno.

[034] Quando os elementos de corte 154, 164 raspam através da e cortam a superfície da formação subterrânea, uma quantidade significativa de calor e de tensão mecânica pode ser gerada. Os componentes da broca de perfuração de furação de terreno 100 (por exemplo, os elementos de corte instrumentados 1540 podem ser configurados para a detecção de dados de performance e/ou da formação (por exemplo, medições de resistividade) durante as operações de perfuração, conforme será discutido aqui com respeito às figuras 2 a 14. Por exemplo, as medições de resistividade podem ser indicativas de dureza da formação de rocha. Em algumas modalidades, os dados em tempo real podem incluir determinações de porosidade. Uma informação de diagnóstico relacionada à performance real da broca de perfuração de furação de terreno 100 e às características da formação subterrânea pode ser obtida através de uma análise dos sinais de dados gerados pelos sensores.

[035] Em algumas modalidades da presente exposição, um ou mais elementos de corte instrumentados 154 da broca de perfuração de furação de terreno 100 podem incluir um sensor de voltagem e/ou um sensor de corrente associados a ela, que são configurados para a provisão desses dados. Embora os elementos de corte instrumentados 154 sejam ilustrados e descritos aqui como exemplos, as modalidades da presente exposição podem incluir outros componentes na broca de perfuração de furação de terreno 100 sendo configurados para a obtenção de uma informação de diagnóstico relacionada à performance da broca de perfuração de furação de terreno 100 ou às características da formação subterrânea.

[036] Além disso, os elementos de corte instrumentados 154 podem ser usados como uma primeira linha de detecção na formação subterrânea, enquanto componentes instrumentados adicionais da broca de perfuração de furação de terreno 100 podem executar uma detecção secundária de dados de performance. Além disso, a calibração de medições de resistividade pelos elementos de corte instrumentados 154 durante uma perfuração pode permitir uma correlação de condição de desgaste, profundidade ativa de controle de corte, entendimento da extensão de encaixe da formação durante a perfuração, medições de resistividade de formação do tipo de lente, e/ou identificação de onde na broca de perfuração de furação de terreno 100 as instabilidades podem se originar. Como resultado, um controle de broca ativo pode ser habilitado. Conforme será descrito abaixo, as medições de resistividade na broca podem ser obtidas a partir de um ou mais elementos de corte instrumentados 154, tal como a partir de uma pluralidade de elementos de corte instrumentados 154 posicionado em várias localizações na broca de perfuração de furação de terreno 100. Em algumas modalidades, os elementos de corte instrumentados 154 podem ser posicionados em orientações não de corte e localizações para fins de melhoria das medições e/ou provisão de redundância. Por exemplo, pelo menos um elemento de corte instrumentado pode ser posicionado em uma localização que é acoplada a um elemento da coluna de perfuração que é diferente do corpo de broca 110. Em uma outra modalidade, pelo menos um elemento de corte instrumentado pode ser posicionado em uma localização que está na ou perto da superfície da formação. Um elemento de corte instrumentado 154 como esse pode ter sensores 216 (figura 2) que são acoplados a condutores eletrônicos na coluna de perfuração e no corpo de broca 110.

[037] Em uma outra modalidade, um outro elemento de uma broca de perfuração de furação de terreno 100 pode ser instrumentado de uma maneira similar aos exemplos descritos aqui com referência aos elementos de corte instrumentados 154. Por exemplo, um elemento instrumentado pode ser instrumentado e acoplado à broca de perfuração, de modo que o elemento instrumentado pode não ser um cortador, mas pode se encaixar ativamente na formação subterrânea 201 em um modo de arrasto ou de roçadura. De modo similar às modalidades incluindo o elemento de corte instrumentado 154, um elemento instrumentado como esse pode incluir um sensor 216 que pode ser formado durante o processo de sinterização de HTHP. Além disso, o sensor 216 pode incluir um material de diamante dopado ou outro material condutivo.

[038] Vários elementos de corte instrumentados 154 descritos aqui ainda podem ser fabricados com uma resistividade variável pela dopagem com boro ou outros elementos selecionados. Por exemplo, os elementos de corte de diamante podem exibir propriedades de um condutor, ao invés de um isolante, dependendo do dopante.

[039] A figura 2 é um desenho simplificado e esquematicamente ilustrado de um elemento de corte instrumentado 154 da figura 1 se encaixando em uma formação subterrânea 201 em um furo de poço 205. Por simplicidade, o elemento de corte instrumentado 154 é mostrado separadamente, sem mostrar detalhes para a broca de perfuração de furação de terreno associada. O elemento de corte instrumentado 154 pode ter um corpo de elemento de corte tendo uma superfície de corte 155 nele. O corpo de elemento de corte pode ser configurado como um compacto de PDC 210 que inclui um substrato 212 acoplado a uma mesa de diamante 214 que tem uma superfície de corte 155. Em algumas modalidades, o corpo de elemento de corte pode não ter um substrato. Em algumas modalidades, o elemento de corte instrumentado 154 pode ter um formato geralmente cilíndrico. Em outras modalidades, os elementos de corte instrumentados 154 podem ter outros formatos, tal como cônicos, brutos, ovoides, etc.

[040] O elemento de corte instrumentado 154 ainda inclui um sensor 216. O sensor 216 pode ser acoplado à mesa de diamante 214. Como um exemplo, o sensor 216 pode ser disposto na mesa de diamante 214, tal como sendo embutido ou pelo menos parcialmente formado na mesa de diamante 214. Como resultado, o sensor 216 pode estar localizado na ou perto da superfície de corte 155 do elemento de corte instrumentado 154. O sensor 216 pode funcionar como um eletrodo que pode ser energizado para a geração de uma corrente fluindo através da formação subterrânea 201. O sensor 216 pode ser configurado para a medição de voltagem e/ou corrente usadas para a determinação de uma resistividade da formação subterrânea 201 em contato com o sensor 216. Em algumas modalidades, o circuito de controle 130 pode incluir uma fonte de voltagem que aplica uma voltagem fixa ao sensor 216, e o valor de corrente do sinal de retorno pode ser detectado e usado para a determinação da resistividade da formação subterrânea 201. Em algumas modalidades, o circuito de controle 130 pode incluir uma fonte de corrente que injeta uma corrente fixa para o sensor 216 e a voltagem através dos eletrodos do sensor 216 pode ser detectada e usada para a determinação da resistividade da formação subterrânea 201. Em algumas modalidades, o sensor 216 tendo eletrodos de corrente e de voltagem podem ser empregados.

[041] Em algumas modalidades, o sensor 216 pode ser formado durante o processo de sinterização de HTHP usado para a formação do elemento de corte instrumentado 154. O processo de HTHP pode incluir um pó de diamante de sinterização usado para a formação da mesa de diamante 214 do elemento de corte instrumentado 154 em uma temperatura de pelo menos 1300 °C e uma pressão de pelo menos 5,0 GPa. Em algumas modalidades, a mesa de diamante 214 pode ser formada separadamente como um objeto independente (por exemplo, uma mesa de diamante independente) para facilitar a adição do sensor 216, e a mesa de diamante 214 pode ser afixada ao substrato 212. Por exemplo, o sensor 216 pode ser formado com o elemento de corte instrumentado 154 de acordo com um ou mais dos métodos descritos no Pedido de Patente U.S. N° 13/586.650, depositado em 12 de agosto de 2012 e intitulado “Methods for Forming Instrumented Cutting Elements of an Earth-Boring Drilling Tool”.

[042] Como um exemplo, o sensor 216 descrito aqui pode ser formado pela dopagem de uma porção do material de diamante cristalino, tais como boro, fósforo, enxofre ou outros materiais que sejam doadores de elétrons rasos ou aceitadores de elétrons capazes de induzirem densidades de portador de carga significativas nas temperaturas abaixo, por exemplo, 600 °C. Pela dopagem de porções selecionadas ou regiões do material de diamante policristalino, a condutividade da porção dopada do material de diamante policristalino pode ser aumentada em relação ao restante do material de diamante policristalino. Um catalisador de solvente de metal, o qual pode estar presente nos espaços intersticiais entre os grãos de diamante interligados na mesa de diamante policristalina, pode ser removido da mesa de diamante policristalina próximo das porções dobradas (por exemplo, circundando as porções dopadas) para diminuição da condutividade daquelas regiões em relação à condutividade das regiões dopadas. Como resultado, as porções dopadas do material de diamante dos elementos de corte instrumentados 154 podem exibir propriedades de um condutor elétrico, e circundando as outras regiões do material de diamante dos elementos de corte instrumentados 154 pode exibir propriedades de um isolante elétrico. Os detalhes adicionais de materiais que podem ser usados para a formação do sensor 216 são descritos no Pedido de Patente U.S. N° 13/586.668, depositado em 15 de agosto de 2012, e intitulado “Apparatuses and Methods for Obtaining At-Bit Measurements for an Earth-Boring Drilling Tool”.

[043] Enquanto em operação, o elemento de corte instrumentado 154 pode raspar através da e cisalhar a superfície da formação subterrânea 201. Os cortes 202 a partir da formação subterrânea 201 podem passar através do sensor 216, conforme indicado pela seta 203. Em algumas modalidades, o sensor 216 pode ser configurado para gerar um sinal elétrico usado para a medição da resistividade da formação subterrânea 201. Por exemplo, o sensor 216 pode ser energizado, fazendo com que uma corrente flua através da formação subterrânea 201 e/ou dos cortes 202 em contato com o sensor energizado 216. Como resultado, as medições de resistividade podem ser feitas a partir de uma voltagem e/ou corrente medidas detectadas pelo sensor 216, o qual pode ser ajudado por um contato íntimo do sensor 216 com a formação subterrânea 201 para uma corrente fluir a partir do elemento de corte instrumentado 154. Conforme será discutido em maiores detalhes abaixo, uma pluralidade de elementos de corte instrumentados 154 pode funcionar como eletrodos, de modo que uma corrente fluindo através da formação subterrânea 201 entre os elementos de corte instrumentados 154 possa ser medida. Em algumas modalidades, um elemento de corte instrumentado individual 154 pode incluir eletrodos individuais, de modo que uma corrente fluindo através da formação subterrânea 201 em contato com os eletrodos individuais de um elemento de corte instrumentado individual 154 possa ser medida.

[044] Em algumas modalidades, o sensor 216 pode ser configurado como um sensor piezorresistivo. Por exemplo, durante operações de perfuração, o sensor 216 pode ser posicionado com o elemento de corte instrumentado 154, de modo que a energização do sensor 216 possa medir a resistividade do elemento de corte instrumentado 154 em si. Além disso, usando a medição de resistividade do elemento de corte instrumentado 154, a pressão do elemento de corte instrumentado 154 pode ser estimada. O sensor 216 pode ser formado a partir de um material piezorresistivo (por exemplo, diamante), o qual ainda pode ser dopado (por exemplo, com boro, lítio, nitrogênio, etc.) para a obtenção de uma piezorresistividade suficiente. Em algumas modalidades, o material piezorresistivo pode ser não dopado (por exemplo, um diamante de cristal único puro).

[045] Além disso, medições de resistividade na broca podem ser usadas em conjunto com outros componentes de sensor no conjunto de furo de poço, tais como termopares, termistores, sensores químicos, transdutores acústicos, detectores de gama, sensores dielétrico, etc. Os transdutores acústicos podem incluir medições de tempo de voo para detecção de desgaste dos elementos de corte instrumentados 154. O desgaste do elemento de corte instrumentado 154 também pode ser determinado através de medições elétricas. Os exemplos desses outros sensores relacionados podem ser descritos na Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2011/0266058, depositado em 25 de abril de 2011, e intitulado “PDC Sensing Element Fabrication Process and Tool,” Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2011/0266054, depositado em 25 de abril de 2011, e intitulado “At-Bit Evaluation of Formation Parameters and Drilling Parameters,” Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2011/0266055, depositado em 25 de abril de 2011, e intitulado “Apparatus and Methods for Detecting Performance Data in an Earth-Boring Drilling Tool,” e Publicação de Pedido de Patente U.S. N° 2012/0312598, depositado em 13 de junho de 2011, e intitulado “Apparatuses and Methods for Determining Temperature Data of a Component of an Earth-Boring Drilling Tool”.

[046] A figura 3 mostra uma vista dianteira do elemento de corte instrumentado 154 da figura 1 de acordo com uma modalidade da presente exposição. A vista dianteira da figura 3 mostra a superfície de corte 155 e o sensor 216. Na figura 3, o sensor 216 pode incluir uma pluralidade de eletrodos discretos 331, 332, 333, 334. Conforme mostrado na figura 3, os eletrodos discretos 331, 332, 333, 334 podem ser paralelos ao eixo geométrico de furo de poço. Em algumas modalidades, os eletrodos discretos alinhados linearmente 331, 332, 333, 334 podem ser ortogonais ao eixo geométrico de furo de poço.

[047] Os eletrodos discretos 331, 332, 333, 334 podem ser configurados como uma configuração de eletrodo de quatro terminais para medição de resistividade. Por exemplo, um primeiro eletrodo 331 e um quarto eletrodo 334 podem ser usados por um circuito de controle 130 (figura 1) para medição de voltagem, e um segundo eletrodo 332 e um terceiro eletrodo 333 podem ser usados para medição de corrente. Outras comunicações de medições de voltagem e corrente também são contempladas. O circuito de controle 130 pode ser configurado para operação de pares de eletrodo (eletrodos 331, 334 e eletrodos 332, 333) de forma simultânea ou alternada.

[048] Como um exemplo, uma fonte de corrente a partir do circuito de controle 130 pode ser acoplada ao primeiro eletrodo 331 e ao quarto eletrodo 334 para injeção de uma corrente (por exemplo, como um pulso) para a formação subterrânea 201. O sinal de corrente pode ser injetado na formação subterrânea 201 através do primeiro eletrodo 331 usando o quarto eletrodo 334 como o retorno de corrente para o circuito de controle 130. A voltagem através do primeiro eletrodo 331 e do quarto eletrodo pode ser detectada e medida. Uma fonte de voltagem a partir do circuito de controle 130 pode ser acoplada ao segundo eletrodo 332 e ao terceiro eletrodo 333, de modo que um diferencial de voltagem fixo possa ser aplicado (por exemplo, como um pulso) através do segundo eletrodo 332 e do terceiro eletrodo 333. O diferencial de voltagem fixo pode ser grande o bastante de modo que uma quantidade detectável de corrente possa fluir através da formação subterrânea 201, e a corrente gerada que pode ser retornada para o circuito de controle 130 pode ser detectada e medida. Como resultado, a resistividade pode ser determinada com base nas medições da voltagem e/ou da corrente.

[049] A figura 4 mostra uma vista dianteira do elemento de corte instrumentado 154 da figura 1 de acordo com uma outra modalidade da presente exposição. Na figura 4, o sensor 216 pode incluir uma pluralidade de eletrodos discretos 431, 432, 433, 434 que são dispostos em um padrão não linear. O primeiro eletrodo 431 e o segundo eletrodo 432 podem ser usados para medição de voltagem, enquanto o terceiro eletrodo 433 e o quarto eletrodo 434 podem ser usados para a medição de corrente de uma maneira similar, conforme discutido acima.

[050] Além disso, as figuras 3 e 4 mostram eletrodos que são de formato circular; contudo, outros formatos de sensor são contemplados. Por exemplo, na figura 5, o primeiro eletrodo 531 e o segundo eletrodo 532 são mostrados como sendo de formato quadrado, e o terceiro eletrodo 533 e o quarto eletrodo 534 são mostrados como sendo de formato retangular. Outros formatos, tais como triângulos, ovais, espirais, etc. são contemplados, incluindo combinações de formatos. Os eletrodos 531, 532, 533, 534 podem ser configurados como quatro eletrodos de terminal para medição de uma voltagem e uma corrente da formação subterrânea de contato 201. Além disso, algumas modalidades podem incluir apenas um par de eletrodos no elemento de corte instrumentado 154. Além disso, qualquer um dos eletrodos nas figuras 3 a 5 pode compreender um arranjo de eletrodos, os quais podem prover medições em separado para aumento da acurácia e/ou da redundância no caso de uma falha de um ou mais dos eletrodos do arranjo.

[051] Em algumas modalidades, o elemento de corte instrumentado 154 tendo uma configuração de quatro eletrodos (veja, por exemplo, as figuras 3 a 5) pode ser acoplado ao circuito de controle 130, de modo que o elemento de corte instrumentado 154 possa operar como um dispositivo de três eletrodos, em que um dos eletrodos pode não ser acoplado ao circuito de controle 130 ou a que o circuito de controle 130 pode ser acoplado. Obviamente, em algumas modalidades, o elemento de corte instrumentado 154 pode incluir apenas 3 eletrodos que são dispostos e acoplados com o circuito de controle 130 como um dispositivo de três eletrodos.

[052] A figura 6 mostra uma vista em perspectiva do elemento de corte instrumentado 154 da figura 1 de acordo com uma outra modalidade da presente exposição. A figura 7 mostra uma vista dianteira do elemento de corte instrumentado 154 da figura 6. Nas figuras 6 e 7, o sensor 216 pode incluir uma pluralidade de eletrodos 631, 632 que inclui um eletrodo externo 632 se estendendo em torno de um eletrodo interno 631, o qual pode ser usado para medição de uma voltagem e/ou uma corrente da formação rochosa de contato. O eletrodo externo 632 pode ser conformado como um anel, mas outros formatos também são contemplados. Em algumas modalidades, o eletrodo interno 631 pode ser configurado como um círculo, um quadrado ou outro formato tendo uma região central sólida, ao invés de ter um formato de anel.

[053] A figura 8 é uma seção transversal do elemento de corte instrumentado 154 tomada ao longo da linha A-A da figura 7. Em algumas modalidades, os elementos ao longo da superfície de corte 155 podem ser coplanares. Conforme é mostrado na figura 8, contudo, algumas modalidades podem incluir elementos que não são coplanares. Em particular, uma região externa 658 em torno da periferia da superfície de corte 155 pode ser uma região de projeção que se projeta além do primeiro eletrodo 631. Como resultado, a região externa 658 pode experimentar uma quantidade maior de tensão e desgaste do que os eletrodos 631, 632, o que pode proteger os eletrodos 631, 632 e prolongar sua operabilidade. Além disso, uma região interna 656 (por exemplo, a região entre os eletrodos 631, 632) da superfície de corte 155 pode ser uma região em recesso. A região em recesso 656 pode permitir que os cortes 202 (figura 2) saiam mais facilmente do lado da formação subterrânea 201. Além disso, os cortes 202 podem se tornar compactados na região em recesso 656, de modo que a conexão elétrica possa ser maior entre o primeiro eletrodo 631 e o segundo eletrodo 632 durante o fluxo de corrente, o que pode resultar em uma leitura mais acurada da voltagem e/ou da corrente.

[054] A figura 9 mostra uma vista dianteira do elemento de corte instrumentado 154 da figura 1 de acordo com uma outra modalidade da presente exposição. O elemento de corte instrumentado 154 pode incluir uma abertura 930 formada através dali, de modo que o elemento de corte instrumentado 154 tenha um núcleo oco. A abertura 930 pode ser formada no elemento de corte instrumentado 154 durante uma formação do elemento de corte instrumentado 154, tal como durante o processo a HTHP formando o elemento de corte instrumentado 154. Em algumas modalidades, a abertura 930 pode ser formada após HTHP, tal como pela perfuração da abertura 930 a partir de um elemento de corte que já foi formado. Conforme mostrado na figura 10, o sensor 216 pode ser inserido na abertura 930, conforme indicado pela seta 901.

[055] A figura 11 é uma seção transversal de um elemento de corte instrumentado 154 de acordo com uma modalidade da presente exposição. Em particular, a figura 11 mostra uma configuração para o elemento de corte instrumentado 154 se acoplando ao circuito de controle 130. O elemento de corte instrumentado 154 pode incluir os eletrodos 1131, 1132 acoplados aos condutos 1050, 1052 que se estendem através do substrato 212 e da mesa de diamante 214. Os condutos 1050, 1052 podem ser formados para se alinharem pelo menos parcialmente com os eletrodos 1131, 1132. Os condutos 1050, 1052 podem incluir respectivamente os condutores elétricos 1051, 1053 que se acoplam aos eletrodos 1131, 1132. Em algumas modalidades, os condutores elétricos 1051, 1053 podem ser circundados por um material dielétrico (por exemplo, uma bainha de cerâmica) para isolamento elétrico dos condutores elétricos 1051, 1053 do substrato 212. Em algumas modalidades, os condutores elétricos 1051, 1053 podem ser formados a partir do mesmo material que os eletrodos 1131, 1132 (por exemplo, um material de diamante dopado).

[056] O elemento de corte instrumentado 154 pode ser afixado à broca de perfuração de furação de terreno 100 (figura 1) pela brasagem do elemento de corte instrumentado 154 no receptáculo 156 do corpo de broca 110, conforme descrito previamente. O corpo de broca 110 pode incluir uma fiação para acoplamento com os condutores elétricos 1051, 1053 através da traseira do receptáculo 156, de modo a transmitir adicionalmente o sinal elétrico para o circuito de controle 130 e/ou receber uma voltagem a partir de uma fonte de potência do circuito de controle 130.

[057] As modalidades da presente exposição incluem as brocas de perfuração de furação de terreno 100 que incluem pelo menos um elemento de corte instrumentado 154 que é instrumentado com um sensor 216 que é configurado de acordo com uma ou mais modalidades descritas aqui. A broca de perfuração de furação de terreno 100 ainda pode incluir uma pluralidade de elementos de corte 164, os quais podem ser elementos de corte simples que não são instrumentados com os sensores descritos aqui. Assim, a broca de perfuração de furação de terreno 100 pode incluir tão pouco quanto um único elemento de corte instrumentado 154 que é instrumentado e configurado de acordo com uma ou mais das modalidades descritas aqui. Por exemplo, o elemento de corte instrumentado 154 pode incluir um sensor 216 que pode ser configurado como descrito acima com respeito às figuras 2 a 11. Assim, em algumas modalidades, o elemento de corte instrumentado 154 pode incluir um sensor 216 configurado como um dispositivo de terminal múltiplo. Em algumas modalidades, o elemento de corte instrumentado 154 pode incluir um sensor 216 configurado como um dispositivo de terminal único. Para modalidades com uma pluralidade de elementos de corte instrumentados 154, a pluralidade de percursos de corrente na broca de perfuração de furação de terreno 100 pode ser isolada apropriadamente, de modo a se reduzir o ruído e gerar um sinal detectável.

[058] Além disso, os elementos de corte instrumentados 154 podem ser eletrodos separados que são eletricamente isolados do restante da broca de perfuração de furação de terreno 100. Como resultado, uma pluralidade de elementos de corte instrumentados 154 pode ser conectada como um arranjo para obtenção de profundidades diferentes de investigações (por exemplo, faixas entre 1,27 cm e 7,62 cm). Em algumas modalidades, o corpo de broca inteiro 110 pode ser energizado com o percurso de retorno para a corrente estando em uma localização acima na coluna de perfuração. Como resultado, correntes maiores e uma formação de imagem mais profunda podem ser obtidas. Para eletrodos em um único elemento de corte instrumentado 154 tendo um padrão condutivo / não condutivo, a profundidade de investigação pode ser relativamente rasa (por exemplo, menor do que 2 mm).

[059] A figura 12 é uma vista simplificada de uma broca de perfuração de furação de terreno 1200 de acordo com uma modalidade da presente exposição. Em algumas modalidades, os elementos de corte instrumentados 154A, 154B podem incluir, cada um, uma pluralidade de eletrodos, de modo que cada elemento de corte instrumentado individual da pluralidade de elementos de corte instrumentados 154A, 154B possa medir a resistividade. Um primeiro elemento de corte instrumentado 154A pode estar localizado no corpo de broca 110 perto do fundo da broca de perfuração de furação de terreno 1000, o que pode prover medições para determinação de uma resistividade horizontal (Rh). Uma resistividade horizontal (Rh) pode ser determinada quando uma trajetória de furo de poço está em ângulos retos em relação ao acamamento. Um segundo elemento de corte instrumentado 154B também pode estar localizado no corpo de broca perto de um lado da broca de perfuração de furação de terreno 1100, o que pode prover medições para a determinação de uma resistividade vertical (Rv). A determinação de uma resistividade horizontal (Rh) e de uma resistividade vertical (Rv) pode ser usada para a determinação de uma relação de anisotropia (Rv/Rh). A anisotropia de resistividade pode ser usada para a determinação de recursos sobre a formação subterrânea 201. Por exemplo, folhelhos exibem uma relação de anisotropia de resistividade relativamente alta, enquanto areias exibem uma relação de anisotropia de resistividade relativamente baixa. Dependendo do espaçamento dos elementos de corte instrumentados 154A, 154B usado, uma microscopia (anisotropia intrínseca conforme encontrado nos folhelhos e em sedimentos de varve) e anisotropia macroscópica surgindo a partir da deposição de camadas de areias finas e folhelhos podem ser estimadas.

[060] Uma imagem de furo de poço também pode ser construída usando-se um ou mais elementos de corte instrumentados 154A, 154B (isto é, eletrodos) e azimute de broca de perfuração. Os elementos de corte instrumentados 154A, 154B podem ser isolados do corpo de broca 110, o que pode resultar em uma profundidade aumentada de investigação. Uma imagem de furo de poço como essa pode ser útil em tempo real para geodireção. Além disso, o corpo de broca 110 pode incluir um sensor de orientação (por exemplo, um acelerômetro) configurado para a determinação da orientação de face da broca de perfuração de furação de terreno 1200, ou alguma outra medição de orientação, de modo a se orientar a imagem de furo de poço, bem como as medições de resistividade.

[061] A imagem de furo de poço também pode ser útil para a descrição geológica da formação após uma perfuração. Em algumas modalidades, alguns dos dados a partir da imagem de furo de poço podem ser analisados poço abaixo para a minimização da quantidade de dados necessários a serem transmitidos em tempo real para a superfície para geodireção, enquanto mais dados podem ser salvos na memória para construção de uma imagem de furo de poço mais detalhada para análise geológica, após a broca de perfuração de furação de terreno 1200 ser recuperada. Como resultado dos elementos de corte instrumentados 154A, 154B, o risco para alvos desalinhados pode ser reduzido, além de uma redução de atraso de informação para o operador durante uma perfuração.

[062] Devido a uma perda por esguicho, a formação à frente da broca de perfuração de furação de terreno 1200 pode ser saturada com lama e um filtrado de lama (por exemplo, para a zona lavada uns poucos mm à frente da broca). Como resultado, as medições de resistividade podem permi

onde Rxo é a resistividade calibrada obtida a partir dos elementos de corte instrumentados 154, e Rmf é uma resistividade de filtrado de lama conhecido. A equação (1) pode assumir alguns parâmetros de Archie comuns: a = 1, m = 2 e n = 3, e que a lavagem da rocha imediatamente em contato com os elementos de corte instrumentados 154 é completamente lavada de óleo. A porosidade (0) pode ser combinada com outras estimativas (por exemplo, poropressão), o que pode ser usado para a predição de sérios problemas de sobrepressão.

[063] A figura 13 é uma vista lateral simplificada de uma broca de perfuração de furação de terreno 1300 de acordo com uma modalidade da presente exposição. A broca de perfuração de furação de terreno 1300 pode ser inserida em um furo de poço 205 para encaixe com uma formação subterrânea 201. Conforme mostrado na figura 13, a broca de perfuração de furação de terreno 1100 pode incluir os elementos de corte instrumentados 154A1-4, 154B1-4 dispostos em grupos. A broca de perfuração de furação de terreno 1100 ainda pode incluir uma pluralidade de elementos de corte não instrumentados 164, os quais podem ser elementos de corte simples que não são instrumentados com os sensores descritos aqui. Assim, a broca de perfuração de furação de terreno 1300 pode incluir uma pluralidade de elementos de corte instrumentados 154A1-4, 154B1-4 que são instrumentados e configurados de acordo com uma ou mais das modalidades descritas aqui, bem como os elementos de corte não instrumentados 1154.

[064] Em algumas modalidades, os elementos de corte instrumentados 154A1-4, 154B1-4 podem incluir, cada um, um único eletrodo de modo que o grupo de elementos de corte instrumentados (por exemplo, os elementos de corte instrumentados 154A1-4 ou os elementos de corte instrumentados 154B1-4) opere em conjunto como um eletrodo de terminal múltiplo. Por exemplo, em um primeiro grupo, um primeiro elemento de corte instrumentado 154A1 e um quarto elemento de corte instrumentado 154A4 podem formar um circuito como um par de eletrodos e corrente, e um segundo elemento de corte instrumentado 154A2 e um terceiro elemento de corte instrumentado 154A3 podem formar um circuito como um par de eletrodos de corrente. De modo similar, em um segundo grupo, um primeiro elemento de corte instrumentado 154B1 e um quarto elemento de corte instrumentado 154B4 podem formar um circuito como um par de eletrodos de corrente e um segundo elemento de corte instrumentado 154B2 e um terceiro elemento de corte instrumentado 154B3 podem formar um circuito como um par de eletrodos de corrente. Obviamente, outras combinações de eletrodos de voltagem e/ou de corrente são contempladas.

[065] Como resultado, os quatro elementos de corte instrumentados 154A1-4 podem ser agrupados em conjunto no fundo (por exemplo, dispostos em pelo menos um dentre uma ponta e um cone do corpo de broca 110) da broca de perfuração de furação de terreno 1100, e podem operar para medição de uma voltagem e/ou uma corrente e determinar uma resistividade horizontal (Rhorizontal) para a formação subterrânea 201. Por exemplo, dois elementos de corte instrumentados podem ser usados para medição de corrente, enquanto os outros dois elementos de corte instrumentados podem ser usados para medição de voltagem. Os quatro elementos de corte instrumentados 154B1-4 agrupados em conjunto em um lado (por exemplo, dispostos em pelo menos um dentre um medidor e um rebordo do corpo de broca 110) da broca de perfuração de furação de terreno 1100 podem operar para medição de uma voltagem e/ou uma corrente e determinar uma resistividade vertical (Rvertical) para a formação subterrânea 201. Por exemplo, dois elementos de corte instrumentados podem ser usados para a medição de corrente, enquanto os outros dois elementos de corte instrumentados podem ser usados para a medição de voltagem.

[066] A figura 14 é um fluxograma 1400 ilustrando um método para operação de elementos de corte instrumentados para a determinação da resistividade de uma formação subterrânea 201. Em uma operação 1410, o sensor 216 de um elemento de corte instrumentado 154 pode ser energizado por uma fonte de voltagem ou uma fonte de corrente a partir do circuito de controle 130 associado à broca de perfuração. Como resultado, uma corrente pode fluir através da formação subterrânea 201. Na operação 1420, o sinal de retorno (por exemplo, voltagem e/ou corrente) pode ser detectado a partir da formação subterrânea 201. Na operação 1430, a resistividade da formação subterrânea 201 pode ser determinada com base no sinal de retorno. Na operação 1440, uma operação pode ser realizada com base na medição de resistividade. Por exemplo, a medição de resistividade pode ser usada para a tomada de decisões para geodireção da broca de perfuração durante a operação. Em algumas modalidades, uma imagem da formação subterrânea 201 pode ser gerada (por exemplo, em tempo real durante a perfuração ou em um tempo posterior). Em algumas situações, a informação recebida com referência às medições de resistividade pode tornar desejável parar as operações de perfuração por um período de tempo, dentre outras ações que podem ser iniciadas com base nos resultados a partir das medições de resistividade.

[067] As modalidades não limitantes adicionais incluem:- Modalidade 1: Um elemento de corte instrumentado para uma ferramenta de perfuração de furação de terreno, o elemento de corte instrumentado compreendendo: um corpo de elemento de corte que tem uma superfície de corte nele; e pelo menos um sensor localizado próximo da superfície de corte, pelo menos um sensor orientado e configurado para determinação da resistividade de um dentre uma formação de contato e o elemento de corte.- Modalidade 2: O elemento de corte instrumentado da Modalidade 1, em que pelo menos um sensor inclui uma pluralidade de eletrodos acoplados a um circuito de controle.- Modalidade 3: O elemento de corte instrumentado da Modalidade 2, a pluralidade de eletrodos inclui dois terminais configurados como eletrodos de voltagem e dois terminais configurados como eletrodos de corrente.- Modalidade 4: O elemento de corte instrumentado da Modalidade 2 ou da Modalidade 3, em que a pluralidade de eletrodos inclui um eletrodo externo que se estende em toro de um eletrodo interno.- Modalidade 5: O elemento de corte instrumentado da Modalidade 4, em que o eletrodo externo tem um formato de anel.- Modalidade 6: O elemento de corte instrumentado da Modalidade 5, em que o sensor e pelo menos uma porção da superfície de corte são não coplanares.- Modalidade 7: O elemento de corte instrumentado da Modalidade 6, em que uma periferia externa da superfície de corte se projeta além do eletrodo externo em uma direção ortogonal ao substrato.- Modalidade 8: O elemento de corte instrumentado da Modalidade 6 ou da Modalidade 7, em que uma região interna da superfície de corte entre o eletrodo externo e o eletrodo interno é uma região em recesso.- Modalidade 9: Uma ferramenta de perfuração de furação de terreno, que compreende: um corpo de broca; e um elemento de corte instrumentado acoplado ao corpo de broca, o elemento de corte incluindo um substrato com uma superfície de corte nele, e pelo menos um sensor localizado próximo da superfície de corte, em que pelo menos um sensor é orientado e configurado para determinação da resistividade de uma formação de contato.- Modalidade 10: A ferramenta de perfuração de furação de terreno da Modalidade 9, ainda compreendendo um circuito de controle acoplado de forma operável a pelo menos um sensor, o circuito de controle configurado para energizar pelo menos um sensor e detectar um sinal de retorno a partir de pelo menos um sensor. - Modalidade 11: A ferramenta de perfuração de furação de terreno da Modalidade 10, em que o elemento de corte instrumentado inclui uma mesa de diamante disposta sobre um substrato, e em que um conduto passa através da mesa de diamante e o substrato acoplando pelo menos um sensor ao circuito de controle.- Modalidade 12: A ferramenta de perfuração de furação de terreno da Modalidade 11, em que o corpo de broca inclui: um receptáculo no qual o elemento de corte instrumentado é disposto; e uma fiação passando através do receptáculo acoplando o elemento de corte instrumentado e o circuito de controle.- Modalidade 13: A ferramenta de perfuração de furação de terreno de qualquer uma das Modalidades 9 a 12, ainda compreendendo pelo menos um elemento de corte não instrumentado acoplado ao corpo de broca.- Modalidade 14: A ferramenta de perfuração de furação de terreno de qualquer uma das Modalidades 9 a 13, em que pelo menos um sensor inclui uma pluralidade de eletrodos configurados para a detecção de pelo menos uma dentre uma voltagem e uma corrente.- Modalidade 15: A ferramenta de perfuração de furação de terreno de qualquer uma das Modalidades 9 a 14, que ainda compreende uma pluralidade de elementos de corte instrumentados, cada um dos elementos de corte instrumentados configurados como um dispositivo de terminal único.- Modalidade 16: A ferramenta de perfuração de furação de terreno da Modalidade 15, em que os elementos de corte instrumentados da pluralidade são agrupados de modo que um primeiro grupo de elementos de corte instrumentados seja disposto em pelo menos um dentre um medidor e um rebordo do corpo de broca, e um segundo grupo de elementos de corte instrumentados é disposto em pelo menos um dentre uma ponta e um cone do corpo de broca.- Modalidade 17: A ferramenta de perfuração de furação de terreno da Modalidade 15, em que pelo menos dois dispositivos de terminal único formam um circuito com o circuito de controle.- Modalidade 18: A ferramenta de perfuração de furação de terreno de qualquer uma das Modalidades 10 a 17, que ainda compreende um outro elemento instrumentado acoplado à broca de perfuração em uma localização que ativamente se encaixa na formação subterrânea, se a operação de perfuração estiver em um modo de arrasto ou um modo de roçadura.- Modalidade 19: Um método de determinação de resistividade de uma formação subterrânea durante uma operação de perfuração, o método compreendendo: a energização de um sensor de um elemento instrumentado de uma broca de perfuração; a detecção de um sinal de retorno fluindo na ou através da formação subterrânea; e a determinação de uma resistividade da formação subterrânea com base, pelo menos em parte, no sinal de retorno.- Modalidade 20: O método da Modalidade 19, em que a energização do sensor inclui pelo menos uma dentre a aplicação de uma voltagem ao sensor e a injeção de uma corrente na formação subterrânea através do sensor, e a detecção do sinal de retorno ocorre através do sensor de um elemento de corte instrumentado. - Modalidade 21: O método da Modalidade 19, em que a energização do sensor e a detecção do sinal de retorno incluem a geração de uma corrente fluindo entre um elemento de corte instrumentado e um outro elemento de corte instrumentado.- Modalidade 22: O método da Modalidade 19, em que a geração de uma corrente fluindo entre o elemento de corte instrumentado e um outro elemento de corte instrumentado inclui a geração de uma corrente fluindo entre o elemento de corte instrumentado e o outro elemento de corte instrumentado posicionado em uma localização em uma dentre uma coluna de perfuração e uma superfície da formação subterrânea.- Modalidade 23: O Método de qualquer uma das Modalidades 19 a 22, em que a determinação de uma resistividade da formação subterrânea inclui a determinação de uma resistividade horizontal e uma resistividade vertical da formação subterrânea.- Modalidade 24: O método de Modalidade 23, que ainda compreende a determinação da porosidade da formação subterrânea usando-se a resistividade horizontal e a resistividade vertical determinadas.

[068] Embora a descrição precedente contenha muitas especificidades, estas não devem ser construídas como limitando o escopo da presente exposição, mas meramente como provendo certas modalidades de exemplo. De modo similar, outras modalidades da exposição podem ser divisadas, as quais não se desviam do escopo da presente exposição. Por exemplo, os recursos descritos aqui com referência a uma modalidade também podem ser providos em outras das modalidades descritas aqui. O escopo da exposição é indicado e limitado, portanto, apenas pelas reivindicações em apenso e por seus equivalentes letais, ao invés de pela descrição precedente.

Claims

1. Elemento de corte instrumentado (154) para uma ferramenta de perfuração de furação de terreno (100), o elemento de corte instrumentado compreendendo:um corpo de elemento de corte que tem uma superfície de corte nele (155); epelo menos um sensor (216) localizado próximo da superfície de corte (155), pelo menos um sensor (216) orientado e configurado para determinação da resistividade de um dentre uma formação de contato e o elemento de corte (154);CARACTERIZADO pelo fato de pelo menos um sensor (216) incluir uma pluralidade de eletrodos (631, 632) incluindo um eletrodo externo (632) se estendendo em torno de um eletrodo interno (631), em que uma região interna da superfície de corte (155) entre o eletrodo externo (632) e o eletrodo interno (631) é uma região em recesso (656).

2. Elemento de corte instrumentado (154), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de eletrodos (631, 632) são acoplados a um circuito de controle, a pluralidade de eletrodos (631, 632) configurada para detectar pelo menos um dentre uma voltagem e uma corrente; em que, opcionalmente, a pluralidade de eletrodos (631, 632) incluir dois terminais configurados como eletrodos de voltagem e dois terminais configurados como eletrodos de corrente.

3. Elemento de corte instrumentado (154), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de o sensor (216) e pelo menos uma porção da superfície de corte (155) serem não coplanares.

4. Ferramenta de perfuração de furação de terreno (100), CARACTERIZADO pelo fato de compreender:um corpo de broca (110); eum elemento de corte instrumentado (154) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 à 3.

5. Ferramenta de perfuração de furação de terreno (100), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de ainda compreender um circuito de controle acoplado de forma operável a pelo menos um sensor (216), o circuito de controle configurado para energizar pelo menos um sensor (216) e detectar um sinal de retorno a partir de pelo menos um sensor (216); em que, opcionalmente, o corpo de corte incluir uma mesa de diamante disposta em um substrato e em que um conduto passa através da mesa de diamante e o substrato acopla o pelo menos um sensor (216) ao circuito de controle; opcionalmente, em que o corpo de broca (110) inclui:um receptáculo no qual o elemento de corte instrumentado (154) é disposto; efiação passando através do receptáculo acoplando o elemento de corte instrumentado (154) e o circuito de controle.

6. Ferramenta de perfuração de furação de terreno (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, CARACTERIZADA pelo fato de ainda compreender um outro elemento instrumentado acoplado à broca de perfuração (110) em uma localização que ativamente se encaixa na formação subterrânea, se a operação de perfuração estiver em um modo de arrasto ou um modo de roçadura.

7. Método de determinação de resistividade de uma formação subterrânea durante uma operação de perfuração, o método compreendendo:a energização de um sensor (216) de um elemento de corte instrumentado (154) de uma broca de perfuração (110);a detecção de um sinal de retorno fluindo na ou através da formação subterrânea; ea determinação de uma resistividade da formação subterrânea com base, pelo menos em parte, no sinal de retornoCARACTERIZADO pelo fato de que o sensor inclui uma pluralidade de eletrodos (631, 632) incluindo um eletrodo externo (632) se estendendo em torno de um eletrodo interno (631), em que uma região interna da superfície de corte (155) entre o eletrodo externo (632) e o eletrodo interno (631) é uma região em recesso (656).

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de a energização do sensor (216) incluir pelo menos uma dentre a aplicação de uma voltagem ao sensor (216) e a injeção de uma corrente na formação subterrânea através do sensor (216), e a detecção do sinal de retorno ocorrer através do sensor (216) do elemento de corte instrumentado (154).

9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, CARACTERI ZADO pelo fato de que a determinação de uma resistividade da formação subterrânea incluir a determinação de uma resistividade horizontal e uma resistividade vertical da formação subterrânea; ainda, opcionalmente, compreender a determinação da porosidade da formação subterrânea usando-se a resistividade horizontal e a resistividade vertical determinadas.