BR112015001561B1 - Método para investigar um duto - Google Patents

Abstract

método para inspecionar um duto e método para realizar imageamento. a invenção refere-se, de modo geral, à inspeção de tubos (402) em um furo subterrâneo. mais especificamente, a presente invenção refere-se a um dispositivo e método que usam uma fonte (420) de radiação para inspecionar um duto (402) subterrâneo e um detector (140) de radiação para detectar ou identificar a presença de uma substância indesejada ou significativa depositada e/ou adjacente ao duto (402). trata-se de substâncias sobre ou adjacentes a um duto (402) disposto em um furo subterrâneo que podem ser detectadas e/ou ter a presença identificada através do monitoramento de raios gama (124) espalhados a partir das substâncias. as substâncias incluem os depósitos em uma parede lateral do duto (402) e um líquido contido no duto (402). os exemplos dos depósitos incluem os asfaltenos, parafinas, incrustação, areia e similares. os raios gama (124) são estrategicamente direcionados a partir de uma ferramenta disposta no interior do duto (402) e de modo adjacente a uma parede lateral do duto (402). alguns dos raios gama (124) se espalham a partir das substâncias adjacentes ao duto (402) e são detectados com os detectores (140, 240) configurados a uma designada distância axial da fonte de raios gama (124).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se, de modo geral, à inspeção de tubos em um furo subterrâneo. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um dispositivo e método que usam uma fonte de radiação para inspecionar um duto subterrâneo e um detector de radiação para detectar ou identificar a presença de uma substância indesejada ou significativa depositada e/ou adjacente ao duto.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os furos subterrâneos usados para produzir os hidrocarbonetos são revestidos, tipicamente, com uma coluna de revestimento que é cimentada à formação cruzada pelo furo. Uma coluna de revestimento interna também pode ser inserida no interior da primeira coluna de revestimento e cimentada no lugar. O fluido produzido a partir do poço flui para a superfície no interior da tubulação de produção que é inserida na coluna de revestimento interna. Durante a vida útil de um poço típico, a tubulação de produção pode ser removida de modo que as operações de remediação, reparo ou intensificação de fluxo possam ser conduzidas no poço. Pode haver, ainda, uma necessidade, em algum momento, da remoção de uma porção ou de todo o revestimento.

[003] Geralmente, fluidos de perfuração preenchem o espaço anular entre os dutos concêntricos. Particulados, como barita, dentro dos fluidos de perfuração podem se estabelecer ou precipitar ao longo do tempo e formar uma substância similar ao cimento que junta os dutos concêntricos e impede a remoção do duto interno do furo. Embora ferramentas de corte possam cortar os dutos para permitir a remoção da porção não colada, o duto não pode ser removido se o corte for feito em uma profundidade abaixo de onde os dutos estão aderidos uns aos outros. De modo alternativo, um corte muito superficial pode deixar uma porção indesejavelmente longa de tubo livre que se estende acima do ponto de adesão. O asfalteno ou a areia misturados com hidrocarbonetos pesados podem formar bloqueios dentro dos dutos de produção que limitarão a capacidade de produção do poço. Cestas de lixo de circulação reversa (Junk-baskets), anéis de bitola e ferramentas de simulação que passam pela tubulação de produção foram usados para procurar por bloqueios.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[004] Um método para inspecionar um duto em um furo subterrâneo é revelado. Em um exemplo, o método inclui direcionar radiação proveniente de uma fonte radioativa posicionada em uma ferramenta de medição no adjacente à parede lateral do duto, detectar radiação dispersa proveniente de um material no espaço anular adjacente ao duto, estimar uma taxa e energia da radiação detectada e identificar a substância com base na taxa e energia da radiação detectada. Em um exemplo, a radiação é um raio gama e a fonte é uma fonte de raio gama 137Cs que tem energia de cerca de 1,06x10-13 J (662 keV). Nesse exemplo, a radiação dispersa Compton quando detectada tem energia de cerca de 4x10-14 J (250 keV) a cerca de 10-13 J (650 keV). Em um exemplo, a etapa de detecção é realizada com o uso de um detector deslocado axialmente da fonte. A radiação emitida pode ser direcionada em um padrão substancialmente cônico a partir da fonte e em que a energia da radiação detectada é dependente de um ângulo de dispersão da radiação. A substância pode ser asfalteno no espaço anular e ser aderida ao duto, a incrustação depositada no espaço anular adjacente ao duto, areia no duto, assim como combinações dos mesmos. O método pode incluir adicionalmente estimar uma localização da substância e ajudar na remoção da substância do duto com base nas etapas de identificar a substância e estimar a localização da substância. Opcionalmente, a substância pode ser um fluido de produção dentro de ou outros depósitos no duto e em que o duto é tubulação de produção.

[005] Um método de imageamento de um furo subterrâneo também é fornecido no presente documento. Nesse método exemplificativo, um instrumento de perfilagem é fornecido, sendo que tem uma fonte de radiação e um detector de radiação dispersa. Nesse exemplo, o método inclui adicionalmente introduzir o instrumento de perfilagem em um duto que é inserido no furo, direcionar radiação proveniente da fonte de modo que uma parte da radiação se espalhe a partir dos materiais adjacentes ao duto para definir uma radiação dispersa, detectar a radiação dispersa com um detector de radiação dispersa e identificar a substância com base em uma taxa e energia da radiação dispersa detectada. Opcionalmente, uma guia em formato cônico é fornecida à fonte de radiação e posicionada no instrumento de perfilagem de modo que um vértice da guia seja direcionado para a fonte e a guia tenha um eixo geométrico que seja substancialmente paralelo a um eixo geométrico do duto. Em uma realização alternativa, a energia da radiação dispersa corresponde a um ângulo de dispersão da radiação detectada. Em um exemplo, o material é um ou mais dentre asfalteno, parafina, incrustação, areia ou combinações dos mesmos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] Uma parte dos recursos e benefícios da presente invenção foi declarada e outras se tornarão aparentes conforme a descrição prossiga quando tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é uma vista esquemática de uma realização exemplificativa de uma ferramenta de imageamento de fundo de poço que tem uma fonte de radiação de baixa energia e detectores dispostos em um furo de acordo com a presente invenção; A Figura 2 é um gráfico de um exemplo de dependência de energia de um único raio gama de Césio-137 dispersado por Compton de 0,662 MeV versus o ângulo de dispersão de acordo com a presente invenção; A Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma realização da ferramenta da Figura 1; As Figuras 4A e 4B são vistas em corte de uma realização exemplificativa da ferramenta da Figura 3; A Figura 5 é um gráfico de uma resposta única de taxa/medição do detector a uma anomalia em um completação de areia de cascalho versus profundidade medida por uma realização exemplificativa de uma ferramenta de imageamento de acordo com a presente invenção; A Figura 6 é uma vista em corte lateral parcial de um exemplo de uma ferramenta de imageamento em um duto de acordo com uma realização da presente invenção; A Figura 7 é um exemplo de um espectro de intensidade de contagem versus energia de contagem de acordo com uma realização da presente invenção; A Figura 8 é um exemplo de um gráfico que representa uma resposta de taxa de contagem de janela de alta energia (W6) a depósitos de asfalteno dentro de um duto de produção de acordo com uma realização da presente invenção; A Figura 9 é uma vista esquemática exemplificativa da ferramenta de imageamento da Figura 6 e uma região única de dispersão de radiação de alta energia de acordo com uma realização da presente invenção.

[007] Embora a invenção seja descrita em conexão com as realizações preferenciais, será entendido que não se pretende limitar a invenção àquela realização. Do contrário, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes que possam ser incluídas dentro do espírito e escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[008] O método da presente revelação será descrito agora mais completamente doravante em referência aos desenhos anexos nos quais as realizações são mostradas. O método da presente revelação pode estar em várias diferentes formas e não deve ser interpretado como limitado às realizações ilustradas estabelecidas no presente documento; em vez disso, essas realizações são fornecidas de modo que essa revelação será minuciosa e completa e transmitirá completamente seu escopo àqueles técnicos no assunto. Numerais similares fazem referência a elementos similares ao longo de todo o documento.

[009] Deve ser adicionalmente entendido que o escopo da presente revelação não está limitado aos detalhes exatos da construção, operação, realizações ou materiais exatos mostrados e descritos, conforme modificações e equivalentes sejam aparentes àquele técnico no assunto. Nos desenhos e relatório descritivo, foram reveladas realizações ilustrativas e, embora termos específicos sejam empregados, as mesmas são usadas em um sentido apenas genérico e descritivo e não com o propósito de limitação. Em conformidade, os melhoramentos descritos no presente documento devem ser, portanto, limitados apenas pelo escopo das reivindicações anexas.

[010] Agora, em referência à Figura 1, uma ferramenta de imageamento de fundo de poço 100 é mostrada posicionada em um alojamento de "tubo de base" ou interno de aço 110 de um cascalho. É reconhecido que um alojamento de ferramenta 130 pode ser feito de qualquer metal leve em que o termo, "metal leve," conforme usado no presente documento, se refira a qualquer metal que tem um número atômico menor que 23. A Ferramenta de imageamento de fundo de poço 100 inclui no mínimo um alojamento ou tubo 130 que carrega uma fonte de radiação 120 e uma pluralidade de detectores 140. Em uma realização exemplificativa, a fonte de radiação gama 120 está localizada centralmente no alojamento 130. Opcionalmente, detectores 140 são separados simetricamente de modo azimutal em um raio constante, mas também são posicionados dentro do alojamento 130. Em outras palavras, em um exemplo, o raio nos quais os detectores 140 são separados é menor que o raio do alojamento 130. A fonte de radiação 120 emite radiação, nesse caso, os raios gama 124 no cascalho 150.

[011] O padrão texturizado do cascalho 150 indica regiões possíveis do cascalho que podem ser preenchidas por cascalho ou não. Por exemplo, a região de centro 151 pode constituir um vazio no cascalho 150 que foi preenchido com fluidos de completação ou fluidos de produção enquanto outras regiões 153 podem constituir porções do cascalho que são propriamente completadas ou totalmente preenchidas por areia. Certamente, os técnicos no assunto, com o benefício dessa revelação, apreciarão que essas são para propósitos apenas ilustrativos e que um vazio ou poro pode tomar qualquer formato e qualquer posição em relação à ferramenta 100.

[012] No exemplo da Figura 1, os raios gama 124 que se propagam no cascalho 150 são dispersos por Compton (como no ponto 155), com uma certa perda de energia, de volta para os detectores 140 localizados dentro de ferramenta de imageamento de fundo de poço 100. Os raios gama de baixa energia 126 são detectados por detectores 140. A intensidade de taxa de contagem de raios gama dispersos por Compton 126 depende de, entre outros fatores, a densidade do material de cascalho. Logo, taxas de contagem mais altas representam densidade mais alta no cascalho, enquanto taxas de contagem mais baixas representam densidade mais baixa como resultado de menos raios gama serem dispersos de volta para os detectores.

[013] Em um exemplo, a fonte de radiação 120 inclui bário, césio, alguma outra fonte de radiação ou combinações dos mesmos. Ao utilizar uma fonte como essa e devido ao fato dos detectores estarem localizados próximo à fonte, a energia detectada se origina apenas a partir de uma curta distância no cascalho imediatamente adjacente a uma tela. Por esses mesmos motivos, em um exemplo, os detectores 140 são posicionados no alojamento 130 próximo à fonte de radiação 120. Em uma realização exemplificativa, a fonte de radiação 120 e os detectores 140 estão dentro de cerca de 3 a cerca de 3,5 polegadas (8,89 centímetros) de distância ao longo do comprimento da ferramenta 100.

[014] A blindagem (não mostrada na Figura 1) pode ser aplicada ao redor da fonte de radiação 120 para colimar ou, de outro modo, limitar a emissão de radiação da fonte de radiação 120 para um segmento longitudinalmente restrito do cascalho 150. Em uma realização, tal blindagem é uma blindagem de metal pesado, tal como tungstênio sinterizado, que colima a trajetória para os raios gama emitidos no cascalho. Do mesmo modo, conforme descrito em mais detalhes abaixo, uma blindagem similar pode ser usada ao redor de cada detector para limitar a abertura de visualização do detector apenas àqueles raios gama que são primariamente dispersos de modo singular de volta para o detector a partir de uma seção azimutal específica do cascalho.

[015] Adicionalmente, os níveis de energia dos raios gama emitidos 124 podem ser selecionados para conferir a densidade do cascalho em profundidades ou distâncias variantes a partir da ferramenta de imageamento de fundo de poço 100. Como um exemplo, a radiação proveniente de uma fonte de raio gama, como uma fonte 133Ba, pode ser usada para emitir vários níveis de energia. De modo alternativo, uma fonte de raio gama de radiação com energia próxima a do 137Cs pode ser usada.

[016] Adicionalmente, a energia dos raios gama dispersos por Compton depende do ângulo de dispersão, conforme mostrado na Figura 2. Em um exemplo, uma escolha criteriosa da faixa de ângulos de colimação e detecção de energia pode ser usada para discriminar a dispersão proveniente de diferentes regiões nos dutos de furo de poço. Os raios gama de alta energia e dispersos por Compton uma única vez, do mesmo modo que mostrado na Figura 2, vêm da dispersão do ângulo raso e podem ser usados para detectar materiais de dispersão próximos à ferramenta, como depósitos de asfalteno dentro da tubulação de produção. Em uma realização opcional, o volume de apoio para os raios gama dispersos por Compton é definido pelo ângulo de dispersão e pela energia de raio gama detectada de modo que diferentes janelas de energia na ferramenta de medição podem detectar diferentes regiões no furo de poço.

[017] Existem técnicas para converter taxas de contagem de radiação a partir de múltiplos detectores posicionados axialmente ao redor da ferramenta de medição em um mapa de perfil 2D completo da integridade do cascalho que inclui o método Table Curve 3D da SYSTAT. Outras técnicas incluem, mas não estão limitadas a, MATLAB, IMAGE e registros e técnicas avançadas para fazer representações em mosaico a partir de pontos de dados poderem ser usados para mapear o ambiente de tubo de base e o de cascalho. Além disso, o software de base geoestatística em 3D pode ser adaptado para converter as taxas básicas de contagem de raios gama para gerar um mapa do ambiente do cascalho. Desse modo, a integridade de um cascalho ou formação do mesmo pode ser determinada.

[018] Para produzir mapas apuradamente orientados, o ângulo azimutal da ferramenta de medição em relação ao lado do furo de poço é determinado. Essa orientação pode ser determinada com o uso de qualquer dispositivo de orientação conhecido na técnica. Os dispositivos de orientação podem conter um ou mais sensores de orientação usados para determinar a orientação da ferramenta de medição em relação a um vetor de referência. Exemplos de dispositivos de orientação adequados incluem, mas não estão limitados a, aqueles dispositivos de orientação produzidos por MicroTesla de Houston, Tex. Cada conjunto de medições de raio gama pode ser associado com tal orientação de modo que um mapa em perfil 2D do cascalho pode ser gerado apuradamente em termos de localização azimutal de fato do material no cascalho.

[019] A Figura 3 ilustra uma vista em perspectiva de uma realização de uma ferramenta de imageamento de cascalho. Conforme mostrado, a ferramenta de imageamento de fundo de poço 200 inclui um alojamento 230 que transporta a fonte de radiação 220, o colimador de fonte 225 e uma pluralidade de detectores de radiação 240 em uma matriz. A matriz de detectores 240 pode ser posicionada a uma distância fixa da fonte de radiação 220. Em certas realizações, as matrizes de detector podem ser posicionadas a distâncias diferentes da fonte de radiação 220. Adicionalmente, as matrizes de detector em um dos lados da fonte de radiação 220 também são previstas em certas realizações. Os componentes eletrônicos 260 também podem estar localizados no alojamento 230 ou em qualquer localidade conveniente.

[020] A fonte de radiação 220 pode ser uma ou mais dentre as fontes de radiação, que pode incluir qualquer fonte de raio gama de baixa energia adequada capaz de emitir radiação de raio gama de cerca de 4x10-14 J (250 keV) a cerca de 1,12x10-13 J (700 keV). As fontes de raio gama adequadas para uso com realizações da presente invenção podem incluir qualquer isótopo radioativo adequado, o que inclui, mas não se limita a, isótopos radioativos de bário, césio, um LINAC, raios-X de alta energia (por exemplo, cerca de 3,2x10-14 + J (200+ keV)), ou qualquer combinação dos mesmos. A radiação proveniente da fonte de radiação 220 pode ser contínua, intermitente ou pulsada.

[021] Em uma realização exemplificativa mostrada na Figura 3, uma fonte de radiação 220 está localizada centralmente no alojamento 230. Na realização ilustrada, a fonte 220 está posicionada ao longo do eixo geométrico do alojamento 230.

[022] O colimador de raios gama 225, que é opcional em certas realizações, pode ser configurado adjacente à fonte 220 a fim de restringir direcionalmente a radiação proveniente da fonte de radiação 220 para um segmento de radiação azimutal do cascalho. Por exemplo, o colimador 225 pode incluir aletas ou paredes 226 adjacentes à fonte 220 para direcionar a propagação de raios gama. Ao direcionar, focar ou, de outro modo, orientar a radiação proveniente da fonte de radiação 220, a radiação pode ser guiada para uma região mais específica do cascalho. É notado que, em certas realizações, um mecanismo obturador de metal pesado pode ser adicionalmente empregado para direcionar a radiação proveniente da fonte de radiação 220. Adicionalmente, a energia de radiação pode ser selecionada, ao escolher diferentes fontes isotópicas, a fim de fornecer alguma discriminação de profundidade espacial ou litológica.

[023] Na realização ilustrada, o colimador 225 restringe a radiação proveniente da fonte 220. Nessa realização, o colimador 225 também tem formato cônico como em 228, na direção dos detectores 240 para colimar os raios gama provenientes da fonte 220. Certamente, os técnicos no assunto apreciarão que o colimador 225 pode ser configurado em qualquer geometria adequada para direcionar, focar, guiar ou, de outro modo, orientar a radiação da fonte de radiação 220 para uma região mais específica do cascalho.

[024] Em um exemplo não limitante, a radiação transmitida a partir da fonte 220 para um cascalho (como cascalho 150 da Figura 1) é dispersa por Compton de volta a partir do cascalho para a ferramenta 200 em que a radiação dispersa de volta pode ser medida por detectores de radiação 240. Os detectores de radiação 240 podem ser qualquer pluralidade de sensores adequados para detectar radiação, incluindo detectores de raio gama. Na realização ilustrada, quatro detectores são retratados, embora qualquer quantidade de detectores possa ser utilizada. Em outra realização exemplificativa, três detectores ou seis detectores são utilizados; em que opcionalmente, cada detector está disposto a "visualização" de um segmento diferente do cascalho. Ao empregar os múltiplos detectores, a ferramenta pode imagear a circunferência inteira do cascalho em segmentos identificáveis separadamente. A resolução da imagem da circunferência geral pode depender da quantidade de detectores, da energia dos raios gama e do grau de blindagem fornecido ao redor de cada detector.

[025] Em certas realizações, os detectores de raio gama podem incluir um cristal cintilador que emite luz proporcional à energia depositada no cristal por cada raio gama. Um tubo fotomultiplicador pode ser acoplado ao cristal para converter a luz proveniente do cristal de cintilação para correntes de elétron ou pulsos de tensão mensuráveis, que é, então, usado para quantificar a energia de cada raio gama detectado. Em outras palavras, as energias dos raios gama são quantificadas, contadas e usadas para estimar a densidade do cascalho adjacente a uma a uma tela. Fotomultiplicadores de tubo podem ser substituídos por dispositivos de carga acoplada a altas temperaturas (CCD) ou foto amplificadores de micro canal. Exemplos de cristais cintiladores adequados que podem ser usados incluem, mas não estão limitados a, cristais de NaI (Tl), BGO e brometo de lantânio, ou qualquer combinação dos mesmos. Desse modo, as taxas de contagem podem ser medidas a partir da radiação retornada, nesse caso, raios gama retornados. A intensidade dos raios gama dispersos por Compton depende, entre outros fatores, da densidade do material do cascalho. Logo, uma densidade mais baixa representa espaços no cascalho e taxas de contagem mais baixas representam densidade mais baixa como resultado de menos raios gama serem dispersos de volta para os detectores.

[026] Ainda em referência à Figura 3, em uma realização exemplificativa, detectores 240 são montados dentro de um alojamento a um raio menor que o raio do alojamento 230 entremeado a partir da superfície do alojamento 230. Do mesmo modo, embora os mesmos não precisem ser espaçados, na realização ilustrada, os detectores 240 são espaçados uniformemente no raio selecionado. Embora o exemplo ilustrado mostre quatro detectores 240 separados por 90 graus um do outro, os técnicos no assunto apreciarão que qualquer quantidade de múltiplos detectores pode ser utilizada na invenção. Adicionalmente, embora a realização ilustre todos os detectores 240 posicionados à mesma distância da fonte 220, os mesmos não precisam ser espaçados de modo uniforme. Assim, por exemplo, um detector (ou uma matriz de multidetector) pode ser separado a 12 centímetros da fonte, enquanto outro detector (ou uma matriz de detector) ser separada a 20 centímetros da fonte ou a qualquer outra distância dentro da ferramenta.

[027] De modo similar, em outra realização, os detectores 240 podem ser posicionados tanto acima quanto abaixo da fonte 220. Em tal caso, o colimador 225 pode tomar a forma apropriada para guiar os raios gama na direção dos detectores desejados. Em tais realizações com múltiplos detectores dispostos em ambos os lados da fonte de radiação, uma blindagem adicional pode ser fornecida entre os colimadores para impedir a dispersão de radiação (isto é, contaminação cruzada da radiação) proveniente de diferentes segmentos do cascalho.

[028] Cada detector 240 pode ser montado de modo a ser protegido de outros detectores 240. Embora qualquer tipo de configuração de blindagem possa ser utilizado para os detectores 240, na realização ilustrada, o colimador 248 é dotado de uma pluralidade de aberturas ou ranhuras 245 separadas ao redor do perímetro do colimador 248. Embora aberturas 245 possam ter qualquer formato, tal como redondo, oval, quadrado ou qualquer outro formato, em uma realização exemplificativa, as aberturas 245 têm formas de ranhuras alongadas e serão referidas desse modo no presente documento.

[029] Um detector 240 está montado em cada ranhura 245, de modo a revestir o detector 240 na blindagem. A largura e a profundidade da ranhura 245 podem ser ajustadas conforme desejado para conseguir a faixa azimutal desejada. Em certas realizações, o comprimento das ranhuras 245 pode ser tão longo quanto a região sensível do detector de raios gama (por exemplo, a altura do cristal). Será observado que uma vez que um detector seja disposto dentro da ranhura, o detector não estará na superfície do colimador em que deveria, de outro modo, detectar raios gama a partir de uma faixa azimutal mais ampla. Em uma realização exemplificativa, a ranhura 245 tem 360/ (quantidade de detectores) graus de largura e o detector está voltado para o diâmetro interno do alojamento de pressão tem poucos milímetros de profundidade (por exemplo, de cerca de 2 a cerca de 5 mm). Entretanto, uma colimação mais apertada seja possível. Opcionalmente, a faixa azimutal de cada ranhura é limitada a 360/ (quantidade de detectores) graus. Desse modo, a vista de cada detector de radiação 240 pode ser mais focada em uma região particular do cascalho. Adicionalmente, tal blindagem elimina ou pelo menos diminui a radiação dispersa de um detector para outro detector. Conforme pode ser visto, cada detector é separado do outro por material absorvente de radiação. Ao eliminar a dispersão de radiação de detector-para-detector, leituras de faixa azimutal mais precisas podem ser alcançadas.

[030] Embora o colimador de fonte 225 seja mostrado como um corpo único formado integralmente, que tem aletas 226 e superfície cônica 228, o mesmo não precisa e pode ser feito de componentes estruturais separados, como um colimador de fonte combinado com um colimador detector 248, enquanto a blindagem conforme descrita no presente documento for alcançada.

[031] Na realização ilustrada, a região de alojamento 230 ao redor da abertura no colimador de fonte e detectores 240 pode ser feita de berílio, alumínio, titânio ou outro metal ou material de número atômico baixo, cujo propósito é permitir que mais dentre os raios gama entrem nos detectores 240. Esse projeto é especialmente importante para raios gama de baixa energia, que são preferencialmente absorvidos por qualquer metal denso no alojamento de pressão.

[032] De modo alternativo, ou adicionalmente à blindagem ou ao colimador do detector 248, um algoritmo anticoincidência pode ser implantado em componentes eletrônicos 260 para compensar pela dispersão de radiação de detector para detector. Desse modo, um processador pode atenuar os efeitos de raios gama detectados de modo múltiplo através de um algoritmo anticoincidência. Em certas realizações, os componentes eletrônicos 260, 262 e 264 estão localizados acima dos detectores 240 ou abaixo da fonte 220.

[033] Os componentes eletrônicos 260 podem incluir o processador 262, a memória 263 e a fonte de energia 264 para abastecer energia à ferramenta de imageamento do cascalho 200. A fonte de energia 264 pode ser uma bateria ou pode receber energia de uma fonte externa de uma fonte externa como uma ferramenta de perfilagem (não mostrada). O processador 262 é adaptado para receber dados medidos a partir de detectores de radiação 240. Os dados medidos, que, em certas realizações, inclui taxas de contagem, podem, então, ser armazenados na memória 263 ou processados adicionalmente antes de serem armazenados na memória 263. O processador 262 também pode controlar o ganho do fotomultiplicador ou outro dispositivo para converter cintilações em pulsos elétricos. Os componentes eletrônicos 260 podem estar localizados abaixo da fonte 220 e acima dos detectores 240 ou removidos dessas mesmas localidades.

[034] Em uma realização, a ferramenta inclui adicionalmente um acelerômetro, um inclinômetro de 3 eixos geométricos ou sensor de orientação para determinar de modo não ambíguo a posição de um segmento azimutal. Em certas realizações, um dispositivo de compasso pode ser incorporado para determinar adicionalmente a orientação da ferramenta.

[035] A ferramenta de imageamento do cascalho 200 pode ser feita de qualquer material adequado para o ambiente de fundo de poço ao qual se espera que o mesmo seja exposto, ao se levar em consideração, em particular, as temperaturas, pressões, forças e químicos esperados aos quais a ferramenta será exposta. Em certas realizações, materiais adequados para a construção do colimador de fonte 225 e do colimador detector 248 incluem, mas não estão limitados a, tungstênio sinterizado (conhecido como metal pesado), chumbo e materiais de número atômico (Z) muito alto ou qualquer combinação dos mesmos.

[036] Adicionalmente, embora uma ferramenta de configuração de 4,286 centímetros (1 11/16 polegadas) de diâmetro seja ilustrada, a ferramenta 100 pode ser dimensionada conforme desejado para uma aplicação particular. Aqueles técnicos no assunto apreciarão que uma ferramenta de diâmetro maior pode permitir que mais detectores e blindagens forneçam segmentação adicional da vista do cascalho.

[037] Essa ferramenta pode ser implantada para medir a integridade do cascalho em novas instalações em para diagnosticar danos ao cascalho provenientes da continuação de produção a partir do poço. um técnico no assunto com o benefício dessa revelação apreciará como relacionar os resultados de log das taxas de contagem e densidades inferidas do material do cascalho à estrutura do cascalho e para argumentar com base nos resultados sobre a condição do cascalho.

[038] Conforme uma ilustração adicional de uma geometria exemplificativa da realização ilustrada na Figura 3, as Figuras 4A e 4B mostram vista em corte transversal de outra realização da ferramenta disposta no tubo de base ou na tela de cascalho 330, que é adicionalmente disposto no revestimento 310. Um cascalho 350 é disposto entre o revestimento 310 e o tubo de base 330, em que a Figura 4A mostra um corte transversal tomado a partir do plano X-Y e em que a Figura 4B mostra um corte transversal tomado a partir do plano X-Z. Conforme mostrado na realização ilustrada, o colimador de fonte 328 tem formato cônico no plano X-Z ou no plano Y-Z. O detector 340 é mostrado na Figura 4A em aberturas ou ranhuras 345, enquanto a fonte de radiação 320 é mostrada retratada na Figura 4B. Conforme mostrado na Figura 4A, os colimadores detectores 348 têm formato de ventoinha no plano X-Y e retangular nos planos X-Z ou Y-Z. Em certas realizações, um colimador de fonte cônico 328 é desejável, uma vez que reduz os casos de múltiplas dispersões no cascalho.

[039] Métodos de uso da presente invenção podem incluir o uso de diferentes janelas de energia para mapear vazios ou bloqueios no cascalho em fluidos de completação de densidade de baixo para cima. Em certas realizações, pelo menos quatro janelas de energia (Figura 7) são usadas. Por exemplo, para uma fonte de 137Cs (a fonte energia é 1,06x10-13 J (662 keV)), a janela de baixa energia (LE ou W1) (tipicamente de cerca de 8x10-15 J (50 keV) a cerca de 3,2x10-14 J (200 keV)) é sensível a múltiplas fontes de raios gama dispersos, enquanto a janela de energia de meio (W2) (tipicamente de cerca de 3,2x10-14 J (200 keV) a cerca de 4x10-14 J (250 keV)) é sensível a fontes de raios gama de dispersão única. Uma janela ampla (BW ou W3) pode incluir tipicamente raios gama na faixa de cerca de 8x10-15 J (50 keV) a cerca de 4x10-14 J (250 keV). Uma janela de alta energia W6 (também referida no presente documento como HE) pode incluir tipicamente raios gama na faixa entre cerca de 4x10-14 J (250 keV) a cerca de 10-13 J (650 keV) próxima à fonte energia. A taxa de contagem de BW tem a maior precisão estatística. As janelas de energia LE e de energia de meio podem ser usadas para aplicações específicas, como capacidades de imageamento de leitura profunda e faixa dinâmica máxima. Combinações desses logs de janela de energia diferentes podem ser combinados com o uso de métodos especiais (por exemplo, ad-hoc algoritmos de processamento adaptativos ou do tipo Kalman) para precisão e resolução aumentadas. É reconhecido que fontes de energia de múltiplas intensidades podem ser utilizadas na mesma ferramenta, tanto simultaneamente quanto sequencialmente.

[040] Adicionalmente aos níveis de energia da fonte de radiação, outros fatores que podem ser ajustados para discriminar vistas segmentadas do cascalho incluem, mas não estão limitadas a, o ângulo dos colimadores e a fonte para espaçamento do detector. Exemplos de ângulos adequados do colimador de fonte incluem, mas não estão limitados a, ângulos de cerca de 15 graus a cerca de 85 graus e de cerca de 65 graus a cerca de 85 graus em outras realizações. Exemplos de fontes adequadas para o espaçamento do detector incluem, mas não estão limitados a, de cerca de 2,54 centímetros (1 polegada) a cerca de 8,89 centímetros (3,5 polegadas) a cerca de 20,32 centímetros (8 polegadas) e, em outras realizações, de cerca de 15,24 centímetros (6 polegadas) a cerca de 25,4 centímetros (10 polegadas) e, ainda em outras realizações até cerca de 30,48 centímetros (12 polegadas).

[041] Além disso, é reconhecido que a ferramenta de fundo de poço é capaz de medir enquanto estiver abaixada ou levantada no furo. Em certas realizações, a ferramenta de fundo de poço pode realizar medições enquanto a ferramenta estiver estacionária no furo. Taxas de levantamento ou abaixamento exemplificativas incluem taxas de deslocamento de até cerca de 0,549 km/hora (1800 pés/hora).

[042] Para facilitar uma melhor compreensão da presente invenção, os exemplos de certos aspectos de algumas realizações são dados a seguir. Os exemplos a seguir não devem ser lidos para limitar ou definir o escopo da invenção de modo algum.

EXEMPLOS

[043] Em um exemplo não limitante de uso, a Figura 5 mostra um gráfico de uma taxa de contagem versus profundidade em centímetros conforme medido por uma ferramenta de imageamento de cascalho de 6,35 centímetros (2,5 polegadas) em um cascalho de 17,78 centímetros (7 polegadas). Esses logs foram produzidos ao se processar taxas de contagem de raios gama de um detector individual. A plotagem na Figura 5 é um exemplo de modelo MCNP da sensibilidade à taxa de contagem a um desgaste de espaço anular de 2,54 centímetros (1 polegada) em um cascalho centrado a um índice de profundidade de 4 centímetros. A mesma mostra sensibilidade significante a mudanças na densidade do cascalho. O MCNP se refere à partícula N de Monte Carlo, desenvolvida por Los Alamos Monte Carlo Group e especificamente intitulada “MCNP-A General Monte Carlo N-Particle Transport Code Version 5,” Los Alamos National Laboratory Vols. I-III, Abril, 2003; e está disponível em Radiation Safety Informação Computational Center em Oak Ridge National Laboratory como CCC-740. Logs qualitativos de imagem serão produzidos ao exibir as taxas relativas de contagem provenientes de cada setor do detector em cada profundidade. Outro meio de analisar as contagens pode ser usado para computar um perfil de densidade em multissetores quantitativos (isto é, em gramas/cc). Tal log de densidade pode ser derivado das taxas de contagem ao se usar um algoritmo de taxa para densidade de contagem de log calibrado.

[044] Notavelmente, ferramentas tradicionais de densidade do estado da técnica usadas para medir o cascalho geralmente têm um espaçamento relativamente largo entre a fonte e o detector. A razão para isso é que a ferramenta é fornecida para avaliar o cascalho inteiro em um azimute sem alta resolução espacial. A fonte e o detector estão, ambos, tipicamente localizados centralmente na ferramenta ao longo do eixo geométrico da ferramenta. A blindagem pode ser fornecida ao longo do eixo geométrico entre a fonte e o detector para impedir o acoplamento de energia entre os dois, isto é, energia que passa diretamente da fonte para o detector sem se dispersar dentro do cascalho. No estado da técnica, devido ao fato de um espaçamento relativamente alto entre a fonte e o detector, a radiação de raio gama passa por significante dispersão e absorção múltiplas antes de ser detectada e contada. Quanto mais denso for o cascalho, menos contagens serão registradas. Em outras palavras, nas ferramentas do estado da técnica, a taxa de contagem diminui com a densidade do cascalho devido ao fato de múltiplas dispersões e absorções atenuarem a quantidade total de radiação medida pelos detectores.

[045] Em uma realização exemplificativa do dispositivo e método da presente revelação, a fonte e os detectores estão posicionados próximos um ao outro, como em cerca de 8,89 centímetros (3,5 polegadas) de distância. Devido a essa relação física próxima, a energia propagada no cascalho e dispersa de volta para o detector passa por muito menos dispersão, isto é, tipicamente apenas uma única dispersão (de volta para o detector) em oposição às múltiplas dispersões. Na verdade, as taxas de contagem aumentam a densidade do cascalho que utiliza a ferramenta da invenção. Isso é significativo porque a resolução de densidade melhorada é percebida em comparação ao estado da técnica.

[046] Além do mais, o estado da técnica não utiliza um colimador em forma de cone para direcionar a energia propagada no cascalho. Novamente, ao utilizar tal colimador na ferramenta do estado da técnica, múltiplas dispersões podem ser minimizadas e melhorar ao se realizar o imageamento das ferramentas do estado da técnica.

[047] A Figura 6 ilustra em uma vista em corte lateral parcial, um exemplo de uma ferramenta de imageamento 400 inserida dentro de um duto 402. Existem realizações em que a ferramenta 400 pode ser a mesma ou substancialmente a mesma que as ferramentas 100, 200 respectivamente das Figuras 1 e 3 e descritas acima. No exemplo da Figura 6, o duto 402 é inserido em um furo 404 que é mostrado cruzando uma formação subterrânea 406. O revestimento 408 é fornecido opcionalmente no furo 404 para revestir as paredes laterais do furo 404. Assim, nesse exemplo, o duto 402 é a tubulação de produção. Existem exemplos alternativos de uso em que a ferramenta 400 é inserida dentro do revestimento 408 dentro da tubulação de produção. A ferramenta 400 é implantada no furo 404 em uma linha 410, em que a linha 410 pode ser uma ferramenta de perfilagem, um cabo de aço, cabo ou tubulação em espiral. A linha 410 é mostrada inserida através de uma montagem de cabeça de poço 412 que é montada na superfície acima de uma abertura do furo 404.

[048] Adicionalmente ilustrado na realização da Figura 6 estão os depósitos 414 que se aderem a uma parede lateral do duto 402 em várias profundidades no furo 404 e posições azimutais ao redor de um eixo geométrico AX do furo 404. Os depósitos 414 podem incluir a incrustação que se forma dentro do duto 402, assim como resíduo do fluido 416 mostrado disposto no duto 402. Outros exemplos de resíduo incluem asfaltenos, parafinas, hidrocarbonetos pesados, areia e combinações dos mesmos. No exemplo da Figura 6, o fluido 416 ocupa substancialmente um espaço anular entre um corpo 418 da ferramenta de imageamento 400 e uma superfície interna do duto 402. Adicionalmente incluída na realização da ferramenta 400 da Figura 6 está uma fonte de radiação 420, que pode ser substancialmente a mesma que as fontes 220, 320 respectivamente das Figuras 2 e 4B e descritas acima. A radiação emitida da fonte 420 pode viajar ao longo de uma trajetória representada por setas A, que inicialmente diverge do eixo geométrico AX. Uma parte da radiação passa por dispersão e é redirecionada para convergir para o eixo geométrico AX em uma localidade axialmente distante da fonte 420. Conforme mostrado, a radiação redirecionada faz contato com o sensor 422 em que uma contagem e energia associada da radiação é detectada. Existem exemplos em que o sensor 422 inclui detectores 140, 240 respectivamente das Figuras 1 e 3 e discutidos acima.

[049] Ainda em referência à realização exemplificativa da Figura 6, a radiação é direcionada em um padrão cônico para longe da fonte 420 e geralmente cerca de uma linha que cruza a fonte 420 e o sensor 422. Desse modo, a radiação é mostrada em dispersão por Compton a partir do fluido 416 no duto 402, uma área próxima à parede lateral do duto 402 e a formação 406. Deve ser apontado que trajetórias de radiação seguem da fonte 420 ao sensor 422 e podem cruzar qualquer ponto em um plano duplamente cruzado pelo eixo geométrico AX e não está limitado à seleção de números de setas A que são ilustradas para fins de clareza.

[050] Como é conhecido, a energia da radiação detectada pelo sensor 422 é afetada pelo ângulo de dispersão de Compton da radiação (isto é o ângulo da mudança direcional da radiação). Geralmente, a energia diminui com os ângulos de dispersão crescentes, conforme mostrado na Figura 2; assim, a radiação que flui diretamente da fonte 420 para o sensor 422 que passa apenas por uma dispersão mínima terá uma energia detectada maior que a radiação dispersa do adjacente ao duto 402 e à formação 406, e a radiação dispersa do adjacente ao duto 402 terá uma energia detectada maior que a radiação dispersa da formação 406. As contagens de radiação detectada pelo sensor 422 são armazenadas com base no nível de energia de cada contagem. Conforme mostrado no exemplo da Figura 7, as contagens versus a energia correspondente das mesmas são plotadas para criar um espectro 424 para ilustrar uma distribuição de energia de radiação detectada. As janelas de energia W1 a W6 são mostradas de modo superposto no espectro 424 que se estende ao longo do eixo geométrico de energia. As contagens de radiação dispersa provenientes dos materiais dentro de cascalho ou materiais entre dutos ou dentro de dutos adjacentes à ferramenta de medição se encaixam nas janelas W1, W2, W3, ou W6. As contagens de radiação que fluem de modo não disperso e diretamente da fonte 420 para o sensor 422 (Figura 6) se encaixam nas janelas W4 ou W5 e podem ser usadas para a estabilização de ganho de ferramenta. As contagens de radiação que se dispersam a partir do material depositado em ou adjacente ao duto 402 são ilustradas como estando na janela W6. Isso está dentro das capacidades daqueles técnicos no assunto para criar um espectro conforme encontrado na Figura 7 e para identificar as substâncias a partir das quais a radiação se espalha com base nas contagens e energia correspondente do espectro criado. Além do mais, aqueles técnicos no assunto são capazes de identificar uma localização espacial das substâncias identificadas com base na disposição relativa das janelas de energia W1 a W6.

[051] A Figura 8 fornece uma plotagem 426 que ilustra resultados de modelo MCNP exemplificativos para a dependência de resposta da taxa de contagem da janela de alta energia W6 em relação ao produto de densidade e espessura de um depósito de asfalteno dentro um duto de 13,97 centímetros (5 1/2 polegadas) 402 da Figura 6. No exemplo de plotagem da Figura 8, a taxa de contagem da W6 aumenta de acordo com o aumento da espessura do asfalteno, conforme esperado de dispersão única por Compton de ângulo raso adjacente à ferramenta de medição. Em uma realização exemplificativa, as taxas de contagem na janela de alta energia W6 pode depender de uma dispersão por Compton de ângulo muito raso e são sensíveis a mudanças de densidade nos materiais próximos à ferramenta de medição. Em um exemplo, as taxas de contagem W6 de alta energia podem ser usadas para detectar bloqueios causados por uma formação ou acúmulo na tubulação de produção de asfalteno, areia, incrustação ou combinações dos mesmos. Desse modo, ao analisar a porção do espectro 424 que se encaixa na janela W6 (Figura 7), o material adjacente ao duto 402 pode ser identificada. O material adjacente ao duto 402 inclui o depósito 414 conforme ilustrado na Figura 6 na superfície interna do duto 402, o fluido 416 no duto, o material no fluido 416, o próprio duto 402, o material na superfície radial externa do duto 402 e o material no espaço anular entre o duto 402 e o revestimento 408.

[052] Agora, em referência à Figura 9, é ilustrada uma vista em seção parcial lateral de uma vista esquemática exemplificativa da ferramenta de imageamento 400 inserida no duto 402. Uma região 428 é mostrada adicionalmente, sendo que representa uma área em que raios gama dispersos uma única vez em um ângulo raso são dispersos de materiais próximos à ferramenta de medição. Devido ao fato de raios gama dispersos por Compton em ângulo raso perderem muito pouco da própria energia inicial, os mesmos se encaixam na janela de alta energia W6 da plotagem 424 da Figura 7. No exemplo da Figura 9, a região 428 tem uma periferia externa com bordas laterais interna e externa I, O que angulam para longe do eixo geométrico AX da ferramenta 400 e são unidos nas próprias extremidades distais por uma borda distal D e uma borda proximal P. No exemplo, a região 428 se estende de uma adjacência da ferramenta 400 que passa de uma superfície externa do duto 402. Mais especificamente, uma interseção das bordas proximais interna e externa I, P é adjacente a uma superfície externa da ferramenta 400 e uma interseção das bordas distais interna e externa D, O está fora do duto 402. Uma equação de dispersão por Compton pode ser usada para gerar as localizações espaciais que formam a região 428. A dispersão de radiação que ocorre na região 428 tem um ângulo relativamente baixo em comparação à dispersão que ocorre radialmente além da região 428, desse modo, um nível de energia de radiação detectado pelos sensores 422 que são dispersos de dentro da região 428, é maior que aquele do nível de energia da radiação de ângulo raso que se espalha a partir de áreas radialmente além da região 428. Em um exemplo, o nível de energia da radiação dispersa de dentro da região 428 e detectado na W6 por sensores 422 pode variar até a energia da fonte em cerca de 1,06x10-13 J (662 keV).

Claims (11)

1. MÉTODO PARA INVESTIGAR UM DUTO em um furo subterrâneo, em que o método compreende as etapas de: a) direcionar a radiação de uma fonte (420) posicionada em uma ferramenta de medição para uma parede lateral do duto (402); b) detectar a radiação espalhada de um material adjacente ao duto (402) por meio de um sensor; o método sendo caracterizado por compreender ainda: c) estimar uma taxa de contagem e energia da radiação detectada a partir de múltiplos detectores posicionados axialmente ao redor da ferramenta de medição para a geração de um mapa, em que a taxa de contagem de radiação detectada pelo sensor corresponde a energia de contagem correspondente, em que as contagens versus a energia correspondente das mesmas são plotadas para criar um espectro (424) para ilustrar a distribuição da energia de radiação detectada; e d) identificar o material do duto (402) com base na taxa de contagem e energia da radiação detectada correspondente a porção do espectro (424) do mapa gerado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de detectar a radiação compreender detectar raios gama tendo uma energia de 10-14 J a 10-13 J (250 keV a 650 keV).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de detecção ser realizada com o uso de um detector (140) desviado axialmente em relação à fonte (420).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela radiação ser direcionada em um padrão cônico da fonte (420) e pela energia da radiação detectada ser dependente de um ângulo de espalhamento da radiação.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material compreender o material selecionada dentre o grupo que consiste em asfalteno, incrustação, areia, parafina e combinações dos mesmos.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender, adicionalmente, estimar um local do material.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material compreender o fluido de produção no duto (402) e pelo duto (402) compreender uma tubulação de produção.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um guia em formato cônico ser fornecido próximo à fonte (420) de radiação e posicionado no instrumento de perfilagem de modo que um vértice da guia seja direcionado para a fonte (420) e pelo guia ter um eixo geométrico que é paralelo a um eixo geométrico do duto (402).

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por correlacionar a energia da radiação espalhada a um ângulo de espalhamento da radiação detectada.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, adicionalmente, fornecer múltiplos detectores em locais separados ao redor de uma circunferência do instrumento de perfilagem, visualizar diferentes segmentos separados circunferencialmente com os detectores (140, 240), e realizar o imageamento, de uma circunferência inteira de uma porção no sentido de comprimento do duto (402).

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela radiação ser direcionada em um padrão cônico a partir da fonte (420) e pela energia da radiação detectada ser dependente de um ângulo de espalhamento da radiação, sendo que o método compreende, adicionalmente, monitorar as taxas de contagem de diferentes regiões de energia de janela da radiação e selecionar um ângulo de espalhamento de Compton para detectar as diferentes regiões ao redor do instrumento de perfilagem com base nas taxas de contagem monitoradas.

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