BR112015009197B1 - Método e sistema para realizar uma operação de perfuração - Google Patents

Abstract

método e sistema para realizar uma operação de perfuração. a presente invenção refere-se a um método de processar dados gerados de uma operação de indústria de energia ou de campo de petróleo inclui: receber um conjunto de dados representando valores de parâmetros gerados durante pelo menos uma parte da operação, os valores de parâmetros incluindo valores de uma pluralidade de parâmetros se relacionando com a operação; dividir o conjunto de dados em uma pluralidade de subconjuntos de dados, cada subconjunto de dados incluindo valores para múltiplos parâmetros; determinar uma medida de similaridade entre dados em cada subconjunto em relação a dados em um ou mais outros subconjuntos; exibir um mapa do conjunto de dados em pelo menos duas dimensões, o mapa incluindo uma representação visual de cada subconjunto posicionado em relação a uma representação visual do um ou mais outros subconjuntos com base na medida de similaridade; e analisar o mapa para estimar uma condição associada com a operação.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA PARA OS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido U.S. No. 61/718938, depositado em 26 de outubro de 2012, o qual está incorporado a este documento pela referência na sua totalidade.

ANTECEDENTES

[002] Grandes quantidades de dados e informação tipicamente são obtidas durante operações de indústria de energia, tais como operações de exploração, avaliação de formação, produção e de perfuração. Por exemplo, a análise e interpretação de tais dados de perfuração para identificar uma eficiência de perfuração ideal e estabilidade de furo de poço são desafiadoras porque perfuração é um processo complexo com múltiplos elementos desconhecidos. Análise e interpretação das grandes quantidades de dados relacionados com tais operações são difíceis sem métodos apropriados que extraem informação relevante e a apresenta em um modo compreensível.

SUMÁRIO

[003] Um método de processar dados gerados por uma operação de indústria de energia ou de campo de petróleo inclui: receber um conjunto de dados representando valores de parâmetros gerados durante pelo menos uma parte da operação, os valores de parâmetros incluindo valores de uma pluralidade de parâmetros se relacionando com a operação; dividir o conjunto de dados em uma pluralidade de subconjuntos de dados, cada subconjunto de dados incluindo valores para múltiplos parâmetros; determinar uma medida de similaridade entre dados em cada subconjunto em relação a dados em um ou mais outros subconjuntos; exibir um mapa do conjunto de dados em pelo menos duas dimensões, o mapa incluindo uma representação visual de cada subconjunto posicionado em relação a uma representação visual do um ou mais outros subconjuntos com base na medida de similaridade; e analisar o mapa para estimar uma condição associada com a operação.

[004] Um sistema para processar dados gerados de uma opera ção de indústria de energia ou de campo de petróleo inclui pelo menos um carregador configurado para ser disposto dentro de um furo de poço em uma formação de solo, uma pluralidade de sensores configurados para medir parâmetros associados com a operação e um processador. O processador é configurado para: receber um conjunto de dados representando valores de parâmetros gerados durante pelo menos uma parte da operação, os valores de parâmetros incluindo valores de uma pluralidade de parâmetros se relacionando com a operação; dividir o conjunto de dados em uma pluralidade de subconjuntos de dados, cada subconjunto de dados incluindo valores para múltiplos parâmetros; determinar uma medida de similaridade entre dados em cada subconjunto em relação a dados em um ou mais outros subconjuntos; exibir um mapa do conjunto de dados em pelo menos duas dimensões, o mapa incluindo uma representação visual de cada subconjunto posicionado em relação a uma representação visual do um ou mais outros subconjuntos com base na medida de similaridade; e analisar o mapa para estimar uma condição associada com a operação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] A matéria em questão que é considerada como a invenção é salientada particularmente e reivindicada distintamente nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. Os expostos anteriormente e outros recursos e vantagens da invenção estarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir considerada em associação com os desenhos anexos, nos quais:

[006] A FIGURA 1 é uma vista seccional transversal lateral de uma modalidade de um sistema de perfuração, avaliação, exploração e/ou de produção de poço subterrâneo;

[007] A FIGURA 2 é um fluxograma ilustrando um método de executar uma operação de subsuperfície, analisar dados gerados durante a operação e/ou controlar a operação com base na análise de dados;

[008] A FIGURA 3 representa uma exibição exemplar de um ma pa topológico de dados gerados durante uma operação de subsuperfí- cie;

[009] A FIGURA 4 representa mapas topológicos exemplares de dados históricos e comparação de dados gerados correntemente a mapas topológicos;

[0010] A FIGURA 5 representa um mapa topológico exemplar ge rado usando dados de perfuração;

[0011] A FIGURA 6 representa o mapa da FIGURA 5 e uma parte ampliada do mesmo;

[0012] A FIGURA 7 representa um mapa topológico exemplar ten do codificação por cor para vários parâmetros;

[0013] A FIGURA 8 representa um mapa topológico exemplar;

[0014] A FIGURA 9 representa o mapa da FIGURA 8 tendo codificação por cor para dois parâmetros diferentes;

[0015] A FIGURA 10 representa um mapa topológico exemplar codificado por cor por ganhos e perdas de fluido;

[0016] A FIGURA 11 representa o mapa da FIGURA 10 tendo co dificação por cor para parâmetros diferentes;

[0017] A FIGURA 12 representa um exemplo de dados de perfura ção; e

[0018] A FIGURA 13 representa um mapa topológico exemplar gerado usando os dados da FIGURA 12.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] São fornecidos sistemas e métodos para geração e análise de dados de poço, assim como controle de operações de subsuperfí- cie, usando análise de dados estatísticos (por exemplo, análise de dados topológicos) para gerar uma representação visual de parâmetros de dados e/ou usar raciocínio baseado em caso de dados de poço relevantes. A representação visual, em uma modalidade, é um mapa visual que representa subconjuntos de dados como agrupamentos, nós ou outros identificadores visuais e organiza espacialmente os identificadores com base em similaridades ou em outras relações entre valores de dados nos subconjuntos. Uma modalidade de uma representação visual é um mapa de dados topológicos que representa subconjuntos de um conjunto de dados como nós ou agrupamentos e posiciona espacialmente os nós com base em similaridades ou em diferenças entre nós. Dados de poço exemplares incluem dados de perfuração, dados de formação e/ou de medição de furo de poço, dados de status, dados de controle e dados de controle de qualidade associados com operações de indústria de energia (por exemplo, petróleo e gás). Os sistemas e métodos descritos neste documento podem ser usados para mapear status operacionais e/ou de furo de poço, monitorar condições de operação e/ou predizer condições tais como condições de perfuração anormais para, por exemplo, impedir riscos. Por exemplo, regiões ou estruturas geradas como parte de um mapa topológico podem ser usadas para identificar certas condições de perfuração, correlacionar parâmetros diferentes associados com uma operação de perfuração e/ou fornecer um modo para predizer condições ou comportamento de subsuperfície.

[0020] Os sistemas e métodos podem ser usados para analisar dados numéricos e/ou dados categóricos. Dados numéricos podem incluir uma medida de um processo, por exemplo, temperatura; dados categóricos são uma descrição de um estado, por exemplo, frio ou quente, frio ou não frio. Dados numéricos tipicamente formam uma sequência contínua, enquanto que dados categóricos tipicamente não formam. Além do mais, os sistemas e métodos podem ser usados para mapear dados categóricos ou metainformação se relacionando com uma perfuração ou outra operação, e/ou relacionados com uma condição. Exemplos de tais dados incluem condições meteorológicas, elevação de plataforma, equipes de trabalhadores de perfuração, horas de trabalho de equipes de trabalhadores de perfuração, despesas, tipos de contratos de perfuração, quantidade de pessoas em uma plataforma e outros.

[0021] Referindo-se à FIGURA 1, uma modalidade exemplar de um sistema de perfuração, medição, avaliação e/ou de produção de poço 10 inclui uma coluna de furo de poço 12 que está mostrada disposta dentro de um furo de poço 14 que penetra pelo menos em uma formação de solo durante uma operação de subsuperfície, tal como uma operação de perfuração, medição e/ou de produção de hidrocar- boneto. Na modalidade mostrada na FIGURA 1, a coluna de furo de poço está configurada como uma coluna de perfuração. Entretanto, o sistema 10 e a coluna de furo de poço 12 não estão limitados às modalidades descritas neste documento, e podem incluir qualquer estrutura adequada para ser abaixada para dentro de um furo de poço ou para conectar uma broca ou ferramenta de subsuperfície à superfície. Por exemplo, a coluna de furo de poço 12 pode ser configurada como tubo com fio, tubulação flexível contínua, uma coluna a cabo de aço ou uma coluna de produção hidrocarboneto.

[0022] Em uma modalidade, o sistema 10 inclui uma torre de perfuração 16 montada sobre um piso de torre de perfuração 18 que suporta uma mesa rotativa 20 que é girada por uma máquina motriz em uma velocidade rotacional desejada. A coluna de perfuração 12 inclui uma ou mais seções de tubulação de perfuração 22 ou tubulação fle- xível contínua, e é conectada a uma broca de perfuração 24 que pode ser girada por meio da coluna de perfuração 12 ou usando um motor de lama de subsuperfície. O sistema 10 também pode incluir uma montagem de fundo de poço (BHA) 26.

[0023] Durante operações de perfuração um fluido de perfuração adequado proveniente, por exemplo, de uma cova de lama 28 é circulado sob pressão através da coluna de perfuração 12 por uma ou mais bombas de lama 30. O fluido de perfuração passa por dentro da coluna de perfuração 12 e é descarregado em um fundo de furo de poço através da broca de perfuração 24, e retorna para a superfície ao avançar poço acima através de um espaço anular entre a coluna de perfuração 12 e a parede de furo de poço 14 e através de uma linha de retorno 32.

[0024] Vários sensores e/ou ferramentas de subsuperfície podem ser dispostos na superfície e/ou dentro do furo de poço 12 para medir parâmetros de componentes do sistema 10 e ou parâmetros de sub- superfície. Tais parâmetros incluem, por exemplo, parâmetros do fluido de perfuração (por exemplo, taxa de fluxo, temperatura e pressão), parâmetros ambientais tais como vibração de subsuperfície e tamanho de furo, parâmetros de operação tais como taxa de rotação, peso sobre a broca (WOB) e taxa de penetração (ROP), e parâmetros de componentes tais como tensão, deformação e condição de ferramenta. Outros parâmetros podem incluir parâmetros de controle de qualidade, tais como classificações de dados por qualidade, ou parâmetros relacionados com o status de equipamento tais como horas de operação.

[0025] Por exemplo, uma ferramenta de subsuperfície 34 é incorporada em qualquer localização ao longo da coluna de perfuração 12 e inclui sensores para medir fluxo e/ou pressão de fluido de subsuperfí- cie na coluna de perfuração 12 e/ou no espaço anular para medir fluxo e/ou pressão de fluido de retorno. Os sensores adicionais 36 podem ser colocados em localizações selecionadas, tais como em uma linha de fluido de injeção e/ou na linha de retorno 32. Tais sensores podem ser usados, por exemplo, para regular fluxo de fluido durante operações de perfuração. Ferramentas e sensores de subsuperfície podem incluir uma única ferramenta ou múltiplas ferramentas dispostas na subsuperfície, e sensores podem incluir múltiplos sensores tais como sensores distribuídos ou sensores arrumados ao longo de uma coluna de furo de poço.

[0026] Em uma modalidade, a ferramenta de subsuperfície 34, a BHA 26 e/ou os sensores 36 estão em comunicação com uma unidade de processamento de superfície 38. Em uma modalidade, a unidade de processamento de superfície 38 é configurada como uma unidade de controle de perfuração de superfície que controla vários parâmetros de produção e/ou de perfuração tais como velocidade de rotação, peso sobre a broca, parâmetros de fluxo de fluido, parâmetros de bombea- mento. A unidade de processamento de superfície 38 pode ser configurada para receber e processar dados, tais como dados de medição e dados de modelagem, assim como exibir dados recebidos e processados. Qualquer uma de várias mídias e conexões de transmissão, tais como conexões com fio, conexões de fibra ótica, conexões sem fio e telemetria de pulsos de lama, pode ser utilizada para facilitar comunicação entre componentes de sistema.

[0027] A ferramenta de subsuperfície 34, a BHA 26 e/ou a unidade de processamento de superfície 38 podem incluir componentes tal como necessário para permitir armazenamento e/ou processamento de dados coletados de vários sensores nas mesmas. Componentes exemplares incluem, sem limitação, pelo menos um processador, armazenamento, memória, dispositivos de entrada, dispositivos de saída e similares.

[0028] As configurações de sensores e de ferramenta de subsu- perfície não estão limitadas a essas descritas neste documento. Os sensores e/ou a ferramenta de subsuperfície 34 podem ser configurados para fornecer dados com relação às medições, comunicação com processadores de superfície ou de subsuperfície, assim como funções de controle. Tais sensores podem ser implementados antes, durante ou após perfuração, por exemplo, por meio de componentes de coluna a cabo de aço, de medições durante a perfuração ("MWD") ou de perfi- lagem durante a perfuração ("LWD"). Parâmetros exemplares que po-dem ser medidos ou monitorados incluem resistividade, densidade, porosidade, permeabilidade, propriedades acústicas, propriedades de ressonância magnética nuclear, pressões da formação, propriedades ou características dos fluidos de subsuperfície e outras propriedades desejadas da formação circundando o furo de poço 14. O sistema 10 pode incluir adicionalmente uma variedade de outros sensores e dispositivos para determinar uma ou mais propriedades da BHA (tais co-mo vibração, momento de flexão, aceleração, oscilações, giro, avanço descontínuo, etc.) e parâmetros de operação de perfuração, tais como peso sobre a broca, taxa de fluxo de fluido, pressão, temperatura, taxa de penetração, azimute, face de ferramenta, rotação de broca de perfuração, etc.

[0029] Os dados utilizados nos sistemas, dispositivos e métodos descritos neste documento podem ser referidos de uma maneira geral como "dados de poço", e não estão limitados aos tipos de dados específicos descritos neste documento. Dados de poço podem incluir quaisquer dados de interesse em operações de indústria de energia.

[0030] Os dados de poço gerados e coletados durante uma operação de subsuperfície, por exemplo, via sistema 10, são analisados para capacitar entendimento aperfeiçoado da formação, sistema de sub- superfície e/ou de parâmetros operacionais. Métodos de análise incluem análises baseadas topologia, em que medição e/ou estados opera- cionais são identificados por meio de conjuntos ou agrupamentos de valores de dados para revelar quão "próximo" um dado estado está de outros estados. Uma vantagem inerente dos métodos descritos neste documento é que eles capacitam dados dimensionais extremamente altos para serem reduzidos para um número limitado de dimensões para visualização e entendimento aperfeiçoado.

[0031] Abordagens de técnica anterior, as quais incluem aplicar inteligência artificial, redes neurais ou outras abordagens estatísticas, têm insuficiências, em parte porque elas são limitadas com relação ao tamanho dos dados que elas podem manusear. Além do mais, tais abordagens não revelam relações internas entre parâmetros diferentes, enquanto que os métodos descritos neste documento fornecem uma exibição gráfica de tais relações, por exemplo, na forma de estruturas de um mapa de dados. Os métodos descritos neste documento não exigem a priori conhecimento de um sistema e podem manusear arbitrariamente grandes conjuntos de dados.

[0032] Os dados de poço analisados podem ser exibidos intuitivamente como "mapas topológicos" para associar o estado corrente de um poço com estados similares experimentados anteriormente, capacitando predição do estado futuro do sistema e seleção de métodos ideais para evitar tempo não produtivo. Mapas topológicos de poços serão similares se esses poços compartilharem comportamento similar, permitindo predições antecipadamente da probabilidade de eventos particulares ocorrendo em um poço à medida que ele está sendo perfurado.

[0033] A FIGURA 2 ilustra um método 40 de análise de dados de poço, predição e/ou controle de operação de subsuperfície. O método 40 é usado em associação com o sistema 10 e/ou com a unidade de processamento de superfície 38, contudo o método 40 pode ser utilizado em associação com qualquer combinação adequada de disposi- tivos de detecção e processadores. O método 40 inclui um ou mais estágios 41-45. Em uma modalidade, o método 40 inclui a execução de todos os estágios 41-45 na ordem descrita. Entretanto, certos estágios podem ser omitidos, estágios podem ser adicionados ou a ordem dos estágios pode ser mudada. Este método não está limitado às modalidades descritas neste documento, tais como análise de dados de perfuração, e pode ser usado em associação com quaisquer dados se relacionando com parâmetros de medição ou operacionais de interesse para a indústria de energia.

[0034] No primeiro estágio 41, dados de poço são gerados e/ou coletados. Por exemplo, uma coluna de perfuração, coluna de perfila- gem ou coluna de produção 12 é disposta dentro do furo de poço 14 e uma operação de subsuperfície é executada. Durante a operação, parâmetros tais como pressão de fluido, temperatura ou parâmetros de perfuração são estimados por meio de dispositivos sensores (por exemplo, os sensores 36 e/ou a ferramenta de subsuperfície 34). Conjuntos de dados que podem ser utilizados com o método 40 incluem quaisquer dados e informação estruturados e/ou não estruturados que são obtidos durante toda ou em uma parte de uma perfuração ou de outro processo de indústria de energia.

[0035] Por exemplo, operações de perfuração de poço tipicamente são acompanhadas de aquisição de grandes quantidades de dados e de informação obtidas via sensores de superfície e/ou de subsuperfí- cie. Exemplos de parâmetros de dados obtidos na superfície incluem carga de gancho, rotações por minuto, cursos por minuto, volume de poço e a taxa de fluxo de lama para dentro e/ou para fora de um furo de poço. Exemplos de parâmetros de dados obtidos por uma ferramenta de subsuperfície ou ao longo da coluna de perfuração incluem pressão e temperatura anular de subsuperfície, resistividade da formação, lentidão acústica, medições de raios gama, ressonância magnéti- ca da formação, o momento de flexão de uma ferramenta de subsu- perfície, acelerações, orientação do furo de poço e pressões da formação. Para evitar perda de relações ou indicadores chaves, parâmetros de dados adicionais usualmente não considerados úteis para auxiliar nas decisões também podem ser incluídos. Exemplos de tais dados incluem métricas relacionadas com condições meteorológicas e medições do status de equipamento, por exemplo, horas em serviço.

[0036] Parâmetros a ser considerados incluem não somente valores de parâmetros presentes, mas também podem incluir processos ou tendências que mudam com o tempo. Por exemplo, um agrupamento de dados representando um primeiro estado pode ser idêntico a um segundo agrupamento de dados representando um segundo estado, exceto que o estado imediatamente adjacente ou subsequente é diferente.

[0037] No segundo estágio 42, um conjunto de dados incluindo e/ou relacionados com parâmetros de interesse é selecionado. Tais parâmetros podem incluir parâmetros de dados brutos, tais como temperatura, pressão, sinais eletromagnéticos e outros. Parâmetros também podem incluir parâmetros calculados, tais como ROP, composição de fluido e desgaste de ferramenta. Por exemplo, parâmetros podem incluir status de perfuração tais como vibrações de perfuração, mudanças na ROP acompanhadas por mudanças na litologia, a acumulação de aparas, a degradação da qualidade de alguns dados obtidos durante uma operação de perfuração, e influxo de fluido de formação para dentro do furo de poço.

[0038] No terceiro estágio 43, um ou mais conjuntos de dados to-pológicos, referidos neste documento como "mapas", são desenvolvidos usando dados de parâmetro. O mapa pode ser gerado inicialmente usando um conjunto de dados pré-existentes, e/ou desenvolvido em tempo real ou quase em tempo real à medida que dados são gerados. O mapa é gerado usando métodos matemáticos incluindo análise de dados topológicos. A saída de uma análise como esta é um gráfico combinatório ou outra saída visual que tenha uma forma indicativa das características dos dados.

[0039] A saída pode ser de múltiplas resoluções, permitindo esca- lamento do mapa ou de partes do mapa em diferentes resoluções. Por exemplo, a saída tem dois parâmetros de resolução, os quais permitem a uma pessoa ver o conjunto de dados em maior ou menor resolução. Isto é vantajoso em relação à modelagem de técnica anterior, em que evita compressão do conjunto de dados resultando em redes de bolas de pelos (visualizações de redes como massas densas de conexões parecendo um pouco com bolas de pelos) que são muito difíceis de interpretar.

[0040] As redes mostradas por tais mapas topológicos são intuitivas e fornecem fácil interação com os dados. Usuários podem selecionar subconjuntos da rede. Estes subconjuntos podem então ser submetidos à análise estatística padrão para determinar as variáveis que os caracterizam, ou uma pessoa pode aplicar a construção de rede aos subconjuntos para expandir em sua estrutura. Estas capacidades permitem exploração efetiva de conjuntos de dados.

[0041] A FIGURA 3 ilustra um mapa topológico exemplar 50 que ilustra um conjunto de dados de perfuração que mostra diferenças operacionais em relação a um status de perfuração de referência. Um conjunto de dados de perfuração de um furo de poço ou operação de perfuração é usado como uma entrada para gerar o mapa 50. O mapa 50 permite visualização de dados além de uma simples representação bidimensional de dados (por exemplo, parâmetros x e y) e permite visualização de dados multidimensionais (por exemplo, múltiplos parâmetros) além de duas ou três dimensões.

[0042] O conjunto de dados de perfuração é usado como uma en- trada para um algoritmo de mapeamento. O conjunto de dados inclui valores de parâmetros relacionados com parâmetros ou condições de perfuração tais como ROP, influxo de fluido (por exemplo, água), vibrações e acumulação de aparas. Outros parâmetros podem ser relacionados com qualidade de dados (degradação, razão de sinal para ruído, etc.).

[0043] Subconjuntos de dados tendo valores similares são identificados e agrupados como subconjuntos. Estes subconjuntos também são referidos como "agrupamentos" locais (que também podem ser referidos como "nós"), e representam dados para múltiplos parâmetros que têm valores similares. Por exemplo, cada agrupamento de dados pode ser um conjunto de valores de parâmetros associados com um certo ponto ou intervalo de tempo ou um certo ponto ou intervalo de profundidade. Cada agrupamento local pode ser visto como um depósito de pontos de dados.

[0044] O conjunto de dados é coletado como um número de parâmetros, cada parâmetro incluindo um ou mais valores associados com respectivos tempos ou profundidades (por exemplo, tal como uma coluna de valores). Cada subconjunto pode ser considerado para ser associado com um ponto ou faixa de tempo/profundidade selecionado, por exemplo, ao incluir um valor para cada um de múltiplos parâmetros associados com um ponto ou faixa de tempo ou de profundidade.

[0045] Em uma modalidade, identificar os subconjuntos inclui transpor o conjunto de dados (por exemplo, trocar linhas e colunas) de tal maneira que cada tempo ou profundidade é considerado um parâmetro a incluir em um agrupamento. Nesta modalidade, cada subconjunto é considerado para ser associado com um parâmetro selecionado ou grupo de parâmetros, por exemplo, ao incluir um valor para múltiplos tempos/profundidades associados com cada parâmetro selecionado. Assim, cada subconjunto representa uma população de valores para cada parâmetro selecionado. Esta transposição permite que dependência de tempo seja analisada explicitamente sem a necessidade de converter pontos de tempo ou de profundidade em tendências.

[0046] Uma vez que todos os pontos de dados tenham sido designados para agrupamentos, "bordas" são adicionadas ao conectar dois agrupamentos tendo pontos de dados em comum por meio de uma borda (por exemplo, uma linha ou sobreposição), para gerar uma rede de agrupamentos. A rede reflete a geometria subjacente do conjunto de dados, em que ela retém as conexões entre pontos de dados que estão muito perto uns dos outros.

[0047] Por exemplo, a FIGURA 3 mostra um mapa topológico 50 que inclui um agrupamento central 52. O agrupamento central 52 pode ser qualquer agrupamento selecionado de dados tendo valores de dados similares, por exemplo, um agrupamento de dados associados com um tempo ou profundidade inicial selecionado. Cada agrupamento, em uma modalidade, é associado com um status da operação ou estado operacional. O agrupamento 52 pode ser usado como um agrupamento de referência indicando um estado de referência da operação. Os agrupamentos 54 de uma pluralidade são posicionados uns em relação aos outros com base nas suas "proximidades" de uns para os outros, isto é, quão próximos os valores de dados em um agrupamento estão para valores de dados em um outro agrupamento. Os subconjuntos ou agrupamentos estão mostrados na FIGURA 3 como círculos, mas podem ser representados em qualquer modo adequado.

[0048] Como uma ilustração, um agrupamento exemplar 56 está mostrado que tem valores de dados que divergem do agrupamento central, mas tem um ou mais valores de dados que são os mesmos (ou que estão dentro de uma faixa selecionada). O(s) valor(s) co- mum(s) resulta(m) na conexão do agrupamento 52 com o agrupamento 56 por meio de uma borda 58. A direção de separação entre os agrupamentos 52 e 56 depende de quais valores de dados do agrupamento 56 são diferentes dos valores de dados de agrupamento 52. Neste exemplo, os valores de dados correspondendo às mudanças de ROP e/ou vibração divergem mais fortemente do que outros valores de dados, e como resultado o agrupamento 56 é posicionado em uma direção associada com um estado de perfuração tendo estados de ROP e/ou de vibração aumentados.

[0049] Tal como pode ser visto no mapa 50, os agrupamentos de dados 54 são posicionados uns em relação aos outros com base em como o estado operacional difere. Por exemplo, agrupamentos de dados progredindo ao longo do lado esquerdo podem indicar condições de perfuração nas quais a ROP muda significativamente ou vibração aumenta significativamente. Igualmente, agrupamentos de dados no lado direito podem indicar condições de perfuração nas quais influxo e/ou acumulação de aparas são um fator no estado operacional.

[0050] Assim, os mapas topológicos podem ser usados para analisar e interpretar tarefas ou eventos específicos que são relevantes para o resultado da operação de subsuperfície. Um resultado exemplar para uma operação de perfuração é o monitoramento de dados relacionados com detecção de eventos que são indicativos de desafios operacionais de perfuração. Uma vez que tais eventos sejam identificados, atividades de mitigação podem ser conduzidas para aumentar o desempenho de perfuração total e/ou para assegurar estabilidade de furo de poço. Exemplos de eventos de perfuração incluem testes de vedação secundária, influxo de fluido de formação para dentro do furo de poço, perdas de fluido de perfuração para dentro da formação, vibrações da BHA e/ou da coluna de perfuração, desgaste ou falha de broca, desmoronamentos de ferramenta de subsuperfície (por exemplo, furos ou vazamentos em ferramentas ou componentes criados ao circular fluido e/ou erosão de ferramenta ou de elementos de componen- te internos por fluxo de fluido) e outros.

[0051] Desenvolver mapas topológicos tais como o mapa 50 pode incluir, além de selecionar dados de poço, selecionar parâmetros ou critérios de entrada que governam como cada agrupamento é posicionado e como está relacionado com outros agrupamentos. Tais parâmetros de entrada incluem, em uma modalidade, métricas de distâncias, funções de filtragem (também referidas como lentes), resolução e ganho. A métrica de distância fornece uma definição numérica de distância e é uma medida de similaridade. Exemplos da métrica de distância incluem Cosseno, Variância Normalizada Euclidiana, densidade de variância normalizada e correlação Normalizada. Funções de filtragem exemplares incluem Densidade Gaussiana, centralidade de L infinito e os componentes de princípio de Decomposição de Valor Singular (SVD). Aplicar diferentes métricas e lentes pode resultar em diferentes topologias para um dado conjunto de dados. Além do mais, usar resolução e ganhos diferentes para a criação de mapas de topologia pode esconder ou expor estruturas que podem ser relevantes para revelar uma condição de perfuração.

[0052] Em uma modalidade, o conjunto de dados é equipado com uma métrica, tal como uma função de distância ou uma função de falta de similaridade, que facilita determinar as diferenças relativas entre agrupamentos de dados individuais. Exemplos incluem distância euclidiana ou euclidiana normalizada, métricas de cosseno e ângulo, distância de correlação (por exemplo, correlação de Pearson), e funções de densidade de probabilidade. Outros exemplos incluem funções de medição de centralidade e extremidade, e funções de variância.

[0053] Em uma modalidade, a função de filtro é aplicada a cada agrupamento para fornecer uma indicação de valores de filtro. Por exemplo, agrupamentos podem ter diferentes tamanhos, formas, brilhos, cores ou outras indicações visuais com base no valor de função de filtro para cada agrupamento.

[0054] Os agrupamentos descritos neste documento estão mos trados como tendo substancialmente a mesma forma e tamanho, mas não necessitam ser assim limitados. Diferentes conjuntos de dados podem ter formas diferentes, e agrupamentos individuais podem ser representados usando qualquer representação visual adequada.

[0055] No quarto estágio 44, mapas topológicos desenvolvidos usando dados coletados são usados para analisar dados operacionais e/ou de formação subsequentes, predizer futuros eventos e/ou entender o status de um poço ou operação corrente. Por exemplo, análise é conduzida ao comparar eventos relacionados com perfuração usando a posição de um subconjunto de dados dentro de um mapa topológico de um conjunto de dados coletados anteriormente ou em relação a um mapa gerado correntemente.

[0056] Por exemplo, uma vez que dados tenham sido analisados e interpretados e eventos e condições relacionados com perfuração tenham sido identificados, esses eventos e status podem ser comparados a eventos e status de furos de poços perfurados anteriormente em que desafios operacionais de perfuração foram encontrados. Este processo de comparação para descobrir similaridades é referido como raciocínio baseado em caso, o qual pode ser aplicado para abordar desafios operacionais ao acessar experiência de dados e atividades de perfuração históricos. Eventos e condições de perfuração identificados são comparados a eventos e condições de poços perfurados anteriormente a fim de identificar poços históricos onde desafios operacionais de perfuração tenham sido experimentados, para ajudar a enfrentar os mesmos desafios de novo.

[0057] Um exemplo de análise é descrito em associação com a FIGURA 4, a qual mostra uma visualização exemplar da topologia de dados de dois poços históricos e a topologia de dados de um poço perfurado correntemente. Poços diferentes terão comportamentos diferentes, e estes comportamentos se manifestarão como formas diferentes de um mapa ou diagrama topológico associado. Um primeiro mapa topológico histórico 60 que foi gerado por uma operação de perfuração em um primeiro poço está mostrado, e um segundo mapa topológico histórico 62 que foi gerado por uma operação de perfuração em um segundo poço está mostrado.

[0058] Um mapa topológico corrente 64 está mostrado que reflete dados de medição gerados em tempo real ou quase em tempo real durante uma operação de perfuração em andamento. Em tempos selecionados (ou periodicamente ou substancialmente de forma contínua) um subconjunto de dados refletindo a operação corrente é aplicado ao mapa topológico corrente 64. Por exemplo, um agrupamento 66 representando os dados medidos mais recentes é aplicado ao mapa 64. A posição e valores deste agrupamento 66 e o mapa corrente 64 podem ser comparados aos poços históricos 60 e 62. Neste exemplo, o agrupamento corrente 66 continua um caminho que é similar a um caminho mostrado em 60. Esta similaridade é usada para estimar a localização de um agrupamento (um agrupamento predito 68). Se o agrupamento predito representar um estado desejável, então nenhuma ação corretiva não é necessária. Entretanto, se este caminho que foi mostrado pelo poço histórico 60 resultar em um estado não desejável, então ação corretiva pode ser executada ao ajustar parâmetros operacionais (por exemplo, RPM, pressão de fluido).

[0059] Movimento ao longo de um caminho particular de um mapa pode ser usado para predição, e também para decisões a respeito do que mudar para evitar (ou assegurar) seguir o caminho. Desafios operacionais de perfuração já experimentados em uma operação anterior podem ser assim identificados e evitados por meio de uma abordagem de raciocínio baseado em caso comparativo como esta.

[0060] No quinto estágio 45, usando o mapa topológico (ou um mapa topológico corrente em associação com mapa histórico), vários parâmetros de uma operação de subsuperfície são controlados ou ajustados.

[0061] É notado que as formas e configurações específicas de agrupamentos de dados mostradas neste documento são exemplares e não limitativas. Além do mais, os tipos de dados descritos neste documento não estão limitados. Além disso, os tipos de operações de subsuperfície e parâmetros de dados não estão limitados a esses descritos neste documento.

[0062] Por exemplo, o método 40 não está limitado para opera ções de perfuração. Operações de campo de petróleo ou de indústria de energia podem abranger muitos processos na área de exploração, perfuração, completação e operação de furos de poços, tais como produzir hidrocarbonetos, injetar água, água saturada de sal ou outros fluidos em um reservatório para aprimorar produção de reservatório, e simular e modelar um reservatório de hidrocarboneto para entender sua geologia e processos físicos pertinentes. A completação de poços para produção de petróleo pode ser conduzida usando diferentes técnicas, tais como completações de furo aberto, perfuração de poços revestidos, completações com tela enrolada de arame e outros. Testes de poço podem ser conduzidos em associação com completações para determinar propriedades hidráulicas e outras propriedades de reservatório, a integridade de furos de poços e outra informação útil que seja relevante para operar os poços. Outras operações incluem estimulação de reservatórios de hidrocarboneto para aumentar a produtividade de um poço produtor. Por exemplo, estimulação hidráulica pode ser conduzida ao injetar no reservatório fluido de estimulação em alta pressão que cria uma fratura artificial de grande condutividade hidráulica. Dados de pressão e de volume injetados obtidos podem ser anali- sados e interpretados para derivar propriedades hidráulicas e/ou mecânicas que são relevantes para caracterizar a eficiência de reservatório. Operações também podem utilizar dados situacionais, os quais podem abranger quaisquer outros dados que podem ter um impacto ou efeito em operações ou condições de indústria de energia. Tais dados situacionais podem incluir, por exemplo, condições meteorológicas, políticas, o período do ano e outros.

[0063] Os métodos descritos neste documento não estão limitados para uso com operações de um único furo de poço. Por exemplo, múltiplos poços podem ser monitorados continuamente ou de forma periódica. Dados de poço tais como dados de pressão, volume e temperatura (PVT) são gravados, analisados e interpretados para entender a eficiência total de um ou de múltiplos reservatórios. Além de usar dados obtidos para derivar parâmetros de poços únicos, simulação de reservatório pode ser conduzida com base em um modelo de subsolo geológico e nos processos físicos e químicos prevalecentes. Calibra- ção do modelo de reservatório é conduzida ao casar o histórico de dados PVT com esses dados obtidos nos diferentes poços.

[0064] As FIGURAS 5-13 ilustram exemplos da aplicação de análi se de dados topológicos tal como descrita anteriormente para dados de poço associados com operações de perfuração. Embora os exemplos sejam descritos em associação com operações de perfuração, as técnicas descritas nestes exemplos podem ser aplicadas para outros tipos de operações de subsuperfície, tais como operações de estimulação, avaliação de formação, completação e de produção.

[0065] Vários tipos de dados foram coletados, incluindo dados descrevendo o status do furo de poço (por exemplo, perfis de avaliação de formação, temperaturas, tempo e profundidade), dados descrevendo o controle de uma operação de perfuração (por exemplo, peso sobre a broca, rotações por minuto (RPM) e fluxo de entrada), e dados descrevendo o resultado de uma operação de perfuração tal como taxa de penetração, calibrador, pressão anular, ganhos, perdas e leituras de gás.

[0066] Uma ou mais ferramentas em uma coluna de perfuração, tais como uma BHA, MWD e/ou ferramentas LWD, foram usadas para coletar dados. Por exemplo, a coluna de perfuração inclui um ou mais de sensores para medir WOB, torque, momento de flexão de BHA, pressão de espaço anular e de furo, acelerações, campos magnéticos e temperatura. Outros sensores ou dispositivos exemplares incluem sensores para medições direcionais, de raios gama, de resistividade, de vibração, de porosidade de nêutrons, de densidade e/ou acústicas. Nos exemplos descritos a seguir, a análise foi aplicada a dados brutos sem interpolação, mas não está assim limitada, já que dados podem ser filtrados ou processados de outro modo tal como desejado antes de executar o método de análise.

[0067] Dados foram coletados para vários parâmetros. Em uma modalidade, tal como descrito nos exemplos a seguir, os parâmetros de dados são agrupados de uma maneira geral em parâmetros de controle, parâmetros de resultado e parâmetros de status. Parâmetros podem ser classificados preliminarmente em um destes grupos, contudo em algumas instâncias agrupamentos podem mudar (por exemplo, alguns parâmetros podem ser de controle em uma instância e de resultado em uma outra). Por exemplo, se uma operação de perfuração for controlada em um modo em que a taxa de penetração é automaticamente mantida constante, a taxa de penetração pode ser considerada como sendo um parâmetro de controle e o peso sobre a broca é considerado como sendo um parâmetro de resultado.

[0068] Parâmetros de controle dizem respeito a parâmetros opera cionais que podem ser estabelecidos e ajustados para controlar uma operação de subsuperfície. Parâmetros de controle exemplares inclu- em peso sobre a broca (WOB), WOB médio, parâmetros de rotação (por exemplo, RPM de broca de perfuração, RPM de motor e RPM de superfície), densidade de fluido injetado, taxa de fluxo de fluido injetado (também referido como "fluxo para dentro"), carga de gancho e parâmetros direcionais (por exemplo, inclinação).

[0069] Parâmetros de resultado dizem respeito ao comportamento ou características da coluna de perfuração e de outros componentes de um furo de poço, tais como fluido de perfuração e fluido de retorno, como um resultado da operação. Parâmetros de resultado exemplares incluem, por exemplo, características de vibração tais como avanço descontínuo, torque, parâmetros de densidade (por exemplo, densidade de fluido de retorno), pressão diferencial, pressão de surto, taxa de fluxo de retorno (também referida como "fluxo para fora"), pressão de bomba, ganho e/ou perda de fluido, porcentagem de gás de fluido de retorno, taxa de penetração (ROP), temperatura de fluido injetado e/ou de fluido de retorno, e densidade equivalente de circulação (ECD).

[0070] Parâmetros de status dizem respeito ao status da opera ção, incluindo perfuração ou outros estados operacionais, o status operacional da coluna de perfuração e características da formação circundante. Parâmetros de status exemplares incluem densidade volumétrica, temperatura, profundidade, profundidade vertical verdadeira (TVD), profundidade de broca, resistividade, gama, porosidade de nêutrons e tempo de perfuração.

[0071] Tal como mostrado nos exemplos a seguir, análise de da dos topológicos pode ser aplicada separadamente para parâmetros de controle, de resultado e de status ou aplicada para alguma combinação dos mesmos. A acumulação de parâmetros de controle, de resultado ou de status de perfuração pode ser mapeada pela análise de topologia, e alguns mapas de topologia podem ser usados para identificar similaridades entre parâmetros diferentes.

[0072] Em cada um dos exemplos a seguir, parâmetros são sele cionados para análise (por exemplo, parâmetros de controle e/ou parâmetros de resultado). Seleção de parâmetros não está limitada a essa descrita nos exemplos, já que quaisquer parâmetros de dados coletados podem ser usados na análise. O método pode ser aplicado para dados de fundo/perfuração, outros dados (fora do fundo, fluxo para fora) ou ambos. Além do mais, o método pode ser aplicado para vários tipos de dados, tais como dados de alargamento, dados de alargamento à medida inferior, dados obtidos com ou sem girar a coluna de perfuração, dados de testemunhagem, etc. Tais dados podem representar qualquer um de vários estados de perfuração ou de outros estados operacionais, tais como alargamento, deslocamento, fora do fundo, circulação, testemunhagem, etc.

[0073] Nestes exemplos, uma análise é executada ao agrupar os dados selecionados como agrupamentos ou nós e gerar um mapa das posições relativas dos nós. Várias métricas de distâncias, lentes e parâmetros de resolução são selecionados como entradas para geração do mapa.

[0074] Estruturas ou constelações formadas por grupos de nós e parâmetros correspondentes são analisadas para identificar atributos de estruturas de mapas particulares. Parâmetros usados ao mapear os dados, ou outros parâmetros excluídos do mapeamento, podem ser usados para aplicar codificação adicional ao mapa, por exemplo, ao variar tamanho de nó, codificar por cor ou sombrear nós para indicar níveis de parâmetro. A distribuição de tais níveis de parâmetro no mapa pode ser correlacionada com vários outros parâmetros. A análise pode ser repetida com diferentes métricas e/ou lentes. Além do mais, a resolução e/ou ganho de lente podem ser ajustados a fim de criar formas estruturais particulares.

[0075] Referindo-se às FIGURAS 5 e 6, em um exemplo, um mapa de topologia 70 incluindo uma pluralidade dos nós 72 foram gerados usando parâmetros de controle selecionados. Os parâmetros de controle neste exemplo incluem WOB na subsuperfície em tempo real, RPM de coluna de perfuração em tempo real medida na subsuperfície, RPM de motor média medida na subsuperfície, peso de lama na superfície, taxa de fluxo para dentro na superfície, RPM de broca média medida na superfície, WOB médio na superfície, RPM de motor média na superfície e RPM de superfície de coluna de perfuração. Neste exemplo, cada nó representa valores de dados para cada parâmetro em um tempo selecionado.

[0076] Dados para estes parâmetros foram agrupados nos nós 72 e representados graficamente conforme o método 40. A métrica aplicada foi uma métrica euclidiana de variância normalizada, e duas lentes foram aplicadas: centralidade de L infinito (com uma resolução de 100 e um ganho de 1,5x) e densidade gaussiana (com uma resolução de 100 e um ganho de 1,5x).

[0077] Tal como mostrado, o mapa 70 inclui duas regiões ou estru turas separadas que se conectam somente por meio de muito poucos nós. Dois submapas (as estruturas 74 e 76) foram definidos para analisar a diferença entre as duas regiões (a estrutura 74 contendo 544 nós e a estrutura 76 contendo 639 nós).

[0078] Vários parâmetros podem ser aplicados ao mapa para de terminar se as estruturas correspondem a valores de parâmetro específico ou a condições ou estados de perfuração específicos. Um parâmetro aplicado como este foi tempo, o qual foi aplicado ao mapa 70 ao codificar por cor cada nó por valor de tempo (não mostrado). Esta codificação revelou que tempo não foi o principal diferenciador entre as estruturas.

[0079] A FIGURA 5 mostra a distribuição de valores de fluxo para dentro no mapa 70. O mapa 70 na FIGURA 5 está codificado por cor de tal maneira que cor de nó representa um valor ou magnitude do fluxo para dentro medido, ou uma faixa de valores ou de magnitudes. É notado que nos exemplos descritos neste documento codificação por cor é definida como fornecendo uma cor diferente para faixas de magnitudes ou de valores diferentes. Nestes exemplos, nós representando os valores mais altos para um parâmetro aplicado estão mostrados em vermelho. As cores variam de alto para baixo, progredindo em ordem de magnitude de vermelho (mais alto) para laranja, amarelo, verde, azul claro e azul escuro (mais baixo).

[0080] Embora aplicação de um parâmetro a um mapa topológico seja descrita como codificação por cor, esta aplicação não está assim limitada. Qualquer tipo de indicação ou representação visual pode ser usado para representar valores de dados ou faixas de valores, tal como sombreado, forma de nó e tamanho de nó.

[0081] Neste exemplo, codificação por cor mostra que as duas re giões 74 e 76 estão primariamente diferenciadas entre condições de fluxo baixo (estrutura 76) e de fluxo alto (estrutura 74).

[0082] Além do mais, o mapa 70 foi codificado por cor para dados de status tais como dados de avaliação de formação LWD para determinar se compreensão adicional pode ser obtida do mapa. Embora não mostrado, codificação por cor por meio de valores de raios gama revela que a estrutura 74 tende para valores mais baixos. Codificação por meio de distribuição de porosidades de nêutrons indica valores inferiores na estrutura 74 quando comparados aos da estrutura de lado direito 76.

[0083] A FIGURA 6 mostra o mapa 70 codificado por cor para valores de resistividade. Cada nó 72, o qual está associado com um período de tempo ou com um ou mais intervalos de tempo, é codificado por cor (baixo para alto) de acordo com o valor de resistividade associado com o respectivo valor de tempo do nó. Tal como mostrado, a distribuição de resistividade tende a aumentar da direita para a esquerda, com valores de uma maneira geral maiores no lado esquerdo. O grupo total à direita (estrutura 76) exibe valores de resistividade baixos por todo ele. Assim, comparação das FIGURAS 5 e 6 mostra que condições de fluxo baixo se correlacionam com valores de resistivida- de baixos neste exemplo.

[0084] Uma outra estrutura identificada neste exemplo é uma es trutura alargada (mostrada como o alargamento 78), a qual diverge da estrutura 74 e mostra condições de fluxo muito alto. Tal como mostrado na FIGURA 6, este alargamento 78 corresponde com baixa resisti- vidade similar a valores tais como aqueles na estrutura 76. Codificação por cor para ECD também mostra que este alargamento é caracterizado por valores ECD muito altos. Isto revela que nós do alargamento 78 estão associados com comportamento anômalo distinto tanto do comportamento na estrutura 74 quanto do comportamento na estrutura 76, entretanto, existem similaridades em comportamento de alguns estados ao longo destes nós e de alguns estados dentro da estrutura 74. Isto por sua vez sugere que otimizar perfuração se o estado for mapeado para esta localização provavelmente vai exigir valores diferentes dos parâmetros de controle daqueles para outros estados.

[0085] Portanto, o mapa 70 e aplicação de vários parâmetros a ele fornecem uma indicação de uma relação entre condições de fluxo para dentro e propriedades de formação.

[0086] Além de correlacionar estruturas com condições diferentes, acumulações de valores de parâmetros podem ser usadas para correlação entre parâmetros. Por exemplo, embora peso sobre a broca (WOB) não diferencie significativamente entre as estruturas 74 e 76 no mapa 70, valores WOB altos e baixos acumulam no mapa 70. Em particular, uma região de WOB muito alto se correlaciona muito bem com altos níveis de avanço descontínuo.

[0087] A FIGURA 7 mostra um exemplo de um mapa topológico 80 gerado usando parâmetros de controle selecionados. O mapa foi gerado com uma métrica euclidiana de variância normalizada e as lentes SVD1 e SVD 2 (via análise de componentes de princípio), uma resolução de 75 e um ganho de 2,0x, distribuição equalizada de pontos nos depósitos.

[0088] A FIGURA 7 mostra o mapa topológico com parâmetros diferentes aplicados ao mapa após ele ser representado graficamente. Aplicação de valores de fluxo para dentro ao mapa por meio de codificação por cor está mostrada como o mapa 80a, o mapa 80b mostra o mapa codificado por cor para valor RPM, o mapa 80c mostra codificação por cor para ROP e o mapa 80d mostra codificação por cor para valor gama. É notado que os nós e posições relativas dos nós são os mesmos para cada mapa codificado por cor, e os parâmetros aplicados ao mapa não foram usados para inicialmente representar graficamente a estrutura de mapa (isto é, eram diferentes daqueles parâmetros usados para definir e representar graficamente nós para gerar estrutura de mapa).

[0089] Codificação por cor do mapa para valor de tempo (não mostrado) demonstrou que o mapa topológico 80 não reflete o desen-volvimento temporal da execução de perfuração. Entretanto, os dados podem ser separados nas estruturas distintas 82, 84, 86 e 88. Análise do mapa 80, incluindo aplicar parâmetros diferentes ao mapa 80, foi executada para identificar similaridades e diferenças entre as diferentes estruturas.

[0090] Os mapas 80a-80d revelam que as estruturas 82, 84, 86 e 88 podem ser associadas com diferentes condições de perfuração. Neste exemplo, cada estrutura corresponde de uma maneira geral a diferentes condições de perfuração. A estrutura 82 corresponde a fluxo alto, RPM baixa ou nenhuma, ROP baixa e gama baixo. A estrutura 84 corresponde a fluxo baixo, RPM baixa ou nenhuma, ROP baixa e gama maior. A estrutura 86 corresponde a fluxo baixo, RPM alta, ROP baixa e alta e gama maior ou nenhum. A estrutura 88 corresponde a fluxo alto, RPM alta, ROP alta e gama baixo ou nenhum.

[0091] Os exemplos das FIGURAS 5-7 mostram que estruturas podem estar presentes que correspondem a várias condições de operação ou de perfuração. Por exemplo, geração de um mapa topológico usando parâmetros de controle de perfuração dá estruturas que podem ser diferenciadas entre condições operacionais diferentes assim como litologias que podem se correlacionar com as condições operacionais.

[0092] Em uma modalidade, mapas topológicos tais como os ma pas 70 e 80 são gerados durante uma operação de subsuperfície, e estruturas são analisadas durante operação para determinar se tais estruturas podem ser correlacionadas com condições ou estados tais como condições operacionais, condições de furo de poço ou características ou litologias da formação. Esta informação pode ser usada para monitorar a operação e ajustar parâmetros operacionais onde desejado, por exemplo, para evitar ou corrigir os dados em função de condições indesejáveis. Em uma outra modalidade, mapas tais como os mapas 70 e 80 são usados como uma ferramenta preditiva, em que estruturas representando certas condições são identificadas. Os mapas podem ser usados para correlação entre parâmetros diferentes (por exemplo, correlacionar propriedades de fluxo com litologia) para predizer o comportamento de operações futuras. Os mapas também podem ser usados para predizer propriedades da formação; por exemplo, localização na estrutura 82 sugere valores de GR que ma- peiam para ciano. Além do mais, as estruturas identificadas podem ser usadas para monitorar operações subsequentes, ao gerar mapas para operações subsequentes (por exemplo, em condições similares ou em uma formação similar) e identificar condições ao analisar as estruturas dos mapas subsequentes e/ou a progressão de estruturas de mapas subsequentes ao longo do tempo.

[0093] Por exemplo, criando um mapa de topologia a partir de ga nhos e perdas e leituras de gás, o status de furo de poço (tal como a formação onde ganhos e perdas ocorreram) e o controle (tal como a taxa de fluxo) de uma operação de perfuração podem ser verificados, a fim de identificar, por exemplo, se perdas sempre ocorrem em uma dada taxa de fluxo em uma formação específica.

[0094] Estruturas identificadas podem ser associadas com condi ções de perfuração específicas, particularmente aquelas que podem ser indesejáveis ou apresentam um desafio para o operador. Tais condições incluem, por exemplo, perdas, ganhos, pressão diferencial alta na subsuperfície e avanço descontínuo alto. As estruturas associadas com tais condições podem ser analisadas usando dados de controle para determinar se certos procedimentos de perfuração se correlacionam com tais condições.

[0095] As FIGURAS 8 e 9 mostram um mapa topológico 90 que foi representado graficamente usando parâmetros de resultado para monitorar condições em um furo de poço perfurado. O mapa 90 foi usado para visualizar controles de perfuração específicos e/ou status de furo de poço ao correlacionar estrutura no mapa 90 com tais condições. Neste exemplo, os parâmetros de resultado usados para representar graficamente o mapa 90 incluem calibrador em tempo real, avanço descontínuo em tempo real, torque em tempo real, pressão diferencial em tempo real, peso de lama para fora na superfície, taxa de fluxo para fora na superfície, ganhos/perdas, torque médio na superfície, porcentagem de gás total na superfície, ROP média na superfície e densidade equivalente de circulação (ECD) em tempo real. O mapa 90 foi criado usando densidade de variância normalizada como a métrica, e SVD 1 e 2 (Resolução 300, Ganho 1,5) como lentes.

[0096] Representar graficamente os dados para estes parâmetros de resultado produziu o mapa 90 que inclui quatro estruturas diferentes não conectadas. O mapa 90 na FIGURA 8 está codificado por cor para profundidade. As duas estruturas inferiores 92 e 94 claramente são somente da seção mais profunda do furo de poço, e as duas estruturas superiores 96 e 98 incluem dados de seções mais rasas do furo de poço.

[0097] A FIGURA 9 mostra as estruturas 92 e 98 codificadas por cor para pressão anular diferencial (mostradas como as estruturas 92a e 98a) e torque de superfície (mostradas como as estruturas 92b e 98b). A FIGURA 9 mostra tendências que aparecem para persistir em ambas as estruturas 92 e 98 para a pressão diferencial. Uma tendência similar é observada para torque, isto é, uma tendência de aumento de torque, na estrutura 92. Esta correlação entre a pressão diferencial e torque na estrutura 92 pode ser uma indicação de aparas acumulando entre uma broca de perfuração e um sensor de pressão, e/ou uma indicação de retardamento de motor que aumenta a pressão dentro da coluna de perfuração. Assim, esta estrutura pode fornecer uma indicação de que ocorreu um evento de retardamento ou de conjunto de vedação (pack-off). As FIGURAS 8 e 9 mostram um exemplo de um método de analisar mapas topológicos de dados para identificar e/ou predizer eventos indesejáveis.

[0098] Em uma modalidade, um método inclui gerar um ou mais mapas de topologia e utilizar um ou mais mapas para predição. Por exemplo, um mapa de topologia é gerado tal como descrito anteriormente para um conjunto selecionado de parâmetros. Estruturas que incluem faixas de valores de parâmetros específicos podem ser identificadas, por exemplo, ao codificar por cor o mapa para um parâmetro selecionado. O mapa pode ser restaurado e codificado por cor usando vários parâmetros diferentes para determinar se valores ou faixas de parâmetros diferentes podem ser correlacionados com o parâmetro selecionado.

[0099] Em um outro exemplo, um mapa de topologia pode ser ge rado usando um primeiro conjunto de parâmetros (por exemplo, parâmetros de resultado) e comparado a mapas de topologia gerados usando conjuntos de parâmetros diferentes para determinar se os mapas incluem estruturas similares que podem ser correlacionadas com parâmetros diferentes. Por exemplo, um primeiro mapa de topologia é gerado usando parâmetros de resultado e um segundo mapa é gerado usando parâmetros de status (por exemplo, raio gama, densidade volumétrica, lentidão compressional, etc.) para verificar se certos parâmetros de resultado podem ser associados com uma litologia específica. Estruturas similares podem ser analisadas para determinar se estruturas similares no segundo mapa podem ser associadas com um conjunto de parâmetros de litologia.

[00100] As FIGURAS 10-11 ilustram o uso de mapas de topologia para predição. O mapa de topologia 100 foi representado graficamente usando parâmetros de resultado incluindo calibrador em tempo real, avanço descontínuo em tempo real, torque em tempo real, pressão diferencial em tempo real, peso de lama para fora na superfície, taxa de fluxo para fora na superfície, torque médio na superfície, ganhos e perdas, porcentagem de gás total na superfície, ROP média na superfície e densidade equivalente de circulação (ECD) em tempo real. O mapa 100 foi criado com a métrica de cosseno, a lente de centralidade de L infinito (Resolução 30, ganho 2,5) e uma segunda lente de densidade gaussiana (Resolução 30, ganho 2,5). É notado que o mapa resultante 100 inclui estruturas que são baseadas nos parâmetros de resultado indicados acima e não são baseados diretamente em pro-fundidade ou tempo. A FIGURA 10 mostra o mapa 100 codificado por cor para ganhos e perdas, o qual mostra claramente os alargamentos identificáveis 102 associados com perdas altas e os alargamentos 104 associados com ganhos altos.

[00101] Tal como mostrado na FIGURA 11, a topologia gerada tal como mostrada na FIGURA 10 foi então codificada por cor para vários parâmetros de status. A FIGURA 11 mostra o mapa 100 codificado por cor para densidade volumétrica (identificado como o mapa 100a), re- sistividade (identificado como o mapa 100b), gama (identificado como o mapa 100c) e lentidão de onda compressional (DTC) (identificado como o mapa 100d).

[00102] Neste exemplo, ganhos altos correlacionam poço com gama baixo, densidade volumétrica alta, resistividade intermediária e DTC baixa. Perdas altas se correlacionam com densidade intermediária, resistividade baixa, DTC baixa e gama baixo. Portanto, ganhos e perdas podem ser vistos por meio da topologia de mapa para se originar de formações específicas tendo características identificáveis.

[00103] O mapa de topologia 100 das FIGURAS 10 e 11 foi então comparado a um mapa de topologia que foi criado usando os parâmetros de resultado, mas com parâmetros de ganho e de perda excluídos, para determinar se uma estrutura ou constelação específica pode ser associada com ganhos altos ou perdas altas. Além do mais, um mapa de topologia foi criado a partir de parâmetros de status de furo de poço tal como raio gama, densidade volumétrica, lentidão compres- sional e outros para determinar se um mapa como este inclui estruturas similares. Estruturas similares identificadas nos mapas de topologia fornecem uma predição de que ganhos e perdas altos podem ser associados com uma litologia específica.

[00104] Referindo-se às FIGURAS 12 e 13, em uma modalidade, análise de dados coletados inclui considerar a população de valores para cada parâmetro individual, e capturar correlações ou similarida- des entre a população de uma variável e a população de uma outra variável. Por exemplo, em vez de considerar cada subconjunto de dados para incluir valores de múltiplos parâmetros para um dado tempo ou profundidade, cada subconjunto de dados inclui uma pluralidade de valores de um parâmetro.

[00105] Por exemplo, dados coletados tipicamente são organizados por tempo ou profundidade, e assim cada valor de tempo ou de profundidade está associado com um valor para cada parâmetro. Os dados coletados nesta modalidade podem ser transpostos de tal maneira que cada parâmetro é associado com um valor para cada valor de tempo. Um exemplo desta transposição está mostrado na FIGURA 12, a qual mostra uma parte de um conjunto de dados exemplares 110 organizado por tempo, e uma parte do conjunto de dados 112 após ser transposto (organizado agora por parâmetro) de tal maneira que tempo é um parâmetro (isto é, linhas transpostas para colunas e colunas transpostas para linhas). Enquanto que modalidades das análises descritas anteriormente visam identificar similaridades de parâmetros de perfuração obtidos em tempos ou profundidades diferentes, analisar dados transpostos visa identificar similaridades entre a variação com tempo ou outras propriedades de dados de parâmetros diferentes.

[00106] Esta modalidade fornece um modo para investigar, por meio de análise de dados topológicos, se a população de um parâmetro é similar ou diferente da população de um outro parâmetro. A população de um parâmetro pode ser um grupo de valores do parâmetro, onde cada valor está associado com um tempo ou profundidade diferente. Por exemplo, o desenvolvimento temporal de fluxo para dentro deve ser similar ao desenvolvimento temporal de fluxo para fora, porque, em condições normais, a taxa de fluxo para fora é um resultado direto da taxa de fluxo para dentro. Entretanto, se ganhos ou perdas forem experimentados, esta correlação não é mais válida. Assim, de- terminar a similaridade ou falta de similaridade entre o desenvolvimento temporal de fluxo para dentro e fluxo para fora pode ser útil ao identificar se condições anormais estão presentes.

[00107] A FIGURA 13 mostra um mapa de topologia 120 gerado usando o conjunto de dados transposto 102. Cada nó 122 inclui parâmetros tendo populações de dados que são similares com relação a desenvolvimento temporal. Cada nó pode representar um número diferente de parâmetros. Por exemplo, o mapa 120a mostra o mapa 120 onde cada nó é codificado por cor pelo número de parâmetros representados. Muitos nós contêm dois parâmetros que são similares um ao outro, enquanto que alguns nós contêm até sete parâmetros. A região 124 inclui um grupo de nós tendo mais de dois parâmetros. O mapa 120b inclui nós codificados por cor pelo parâmetro de "gás total". A região 126 inclui nós que incluem o parâmetro de gás total.

[00108] Similaridades entre parâmetros podem ser identificadas ao correlacionar parâmetros em estruturas similares tal como descrito an-teriormente. Por exemplo, o mapa 120 inclui uma estrutura identificável 128. Cor codificando a estrutura por fluxo para fora, carga de gancho e fluxo para dentro está mostrada em 128a, 128b e 128c respectivamente. Tal como mostrado, estes parâmetros estão localizados dentro de uma estrutura similar, e assim podem ser correlacionados.

[00109] De uma maneira geral, alguns dos preceitos neste documento estão reduzidos a um algoritmo que é armazenado em mídias legíveis por máquina. O algoritmo é implementado por um computador ou processador tal como a unidade de processamento de superfície 38 e fornece operadores com saída desejada. Por exemplo, dados podem ser transmitidos em tempo real da ferramenta 34 ou dos sensores 36 para a unidade de processamento de superfície 38 para processamento. Tal como descrito neste documento, um processador pode se referir a um ou mais processadores configurados para executar todos ou parte dos vários métodos descritos neste documento. Por exemplo, os métodos descritos neste documento podem ser executados por uma unidade de processamento de um único processador (por exemplo, a unidade de processamento de superfície 38) ou por múltiplos processadores (por exemplo, uma computação em nuvem ou rede). Além do mais, um "processador" pode incluir um ou mais processadores de subsuperfície ou de superfície associados com uma perfuração ou com outra operação de campo de petróleo tal como, por exemplo, processadores reduzindo a complexidade dos dados (tal como por meio de compressão de dados) ou agindo como pré-processadores.

[00110] Os sistemas e métodos descritos neste documento fornecem várias vantagens em relação às técnicas anteriores. Os mapas topológicos descritos neste documento fornecem uma indicação intuitiva de condições e estados operacionais, assim como a capacidade para predizer futuros estados com base em um mapa corrente ou histórico. Além do mais, os métodos descritos neste documento não exigem a priori entendimento dos processos físicos envolvidos, pré- interpretação ou pré-processamento dos dados e podem manusear arbitrariamente grandes conjuntos de dados. Os mapas podem revelar similaridades ou relações entre vários parâmetros que não são eviden-tes usando outros métodos de correlação (por exemplo, que dados de resistividade e de fluxo para dentro se agrupam em nós similares). Além do mais, os sistemas e métodos descritos neste documento permitem fácil entendimento da(s) relação(s) entre diferentes condições operacionais ao agrupar dados de acordo com tais condições tal como o oposto a simplesmente representar dados em uma escala de tempo ou de profundidade. A análise e métodos também são benéficos para a análise de múltiplas operações de perfuração.

[00111] Como suporte dos preceitos neste documento, várias análises e/ou componentes analíticos podem ser usados, incluindo siste- mas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes tais como um processador, mídias de armazenamento, memória, entrada, saída, enlace de comunicações (com fio, sem fio, lama pulsada, ótico ou outro), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinais (digitais ou analógicos) e outros tais componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para permitir operação e análises do aparelho e métodos revelados neste documento em qualquer um dos diversos modos bem conhecidos na técnica. É considerado que estes preceitos podem ser, mas não necessitam ser, implementados em associação com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em uma mídia legível por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), ótica (CD-ROMs), ou magnética (discos, unidades rígidas), ou qualquer outro tipo que quando exe-cutado faz com que um computador implemente o método da presente invenção. Estas instruções podem permitir operação de equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções supostas relevantes por um projetista de sistema, proprietário, usuário ou outro tal pessoal, além das funções descritas nesta descrição.

[00112] Os versados na técnica reconhecerão que os vários componentes ou tecnologias podem fornecer certas funcionalidades ou recursos necessários ou benéficos. Portanto, estas funções e recursos, tal como pode ser necessário como suporte das reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidos como estando inerentemente incluídos como uma parte dos preceitos neste documento e uma parte da invenção descrita.

[00113] Embora a invenção tenha sido descrita com referência para modalidades exemplares, será entendido pelos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalências podem ser substitutas para elementos da mesma sem divergir do escopo da invenção. Além do mais, muitas modificações serão percebidas pelos versados na técnica para adaptar um instrumento, situação ou material particular aos preceitos da invenção sem divergir do escopo essencial da mesma. Portanto, é pretendido que a invenção não seja limitada à modalidade particular descrita como o modo considerado como o melhor para executar esta invenção, mas que a invenção inclua todas as modalidades estando dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. Método de realizar uma operação de perfuração (40), ca-racterizado por compreender: receber, por um processador (38), um conjunto de dados representando valores de parâmetros gerados durante pelo menos uma parte da operação, os valores de parâmetros incluindo valores de uma pluralidade de parâmetros se relacionando com a operação; e realizar aspectos de uma operação de perfuração pelo processador (38), em que realizar inclui: dividir o conjunto de dados em uma pluralidade de subconjuntos de dados, cada subconjunto de dados incluindo valores para múltiplos parâmetros; determinar uma medida de similaridade entre dados em cada subconjunto em relação a dados em um ou mais outros subconjuntos; exibir um mapa do conjunto de dados (50) em pelo menos duas dimensões, o mapa (50) incluindo uma representação visual de cada subconjunto posicionado em relação a uma representação visual do um ou mais outros subconjuntos com base na medida de similaridade; analisar o mapa (50) para estimar uma condição associada com a operação, em que a análise inclui identificar um grupo de representações visuais que representam subconjuntos que possuem pelo menos um parâmetro similar, e estimar a condição com base em uma forma ou estrutura formada pelo grupo de representações visuais; e ajustar um parâmetro da operação de perfuração com base na análise do mapa (50).

2. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prever um estado futuro da operação com base na estrutura.

3. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que exibir inclui representar cada conjunto de dados como um agrupamento (52, 54, 56), e exibir os agrupamentos (52, 54, 56) como parte de um mapa topológico do conjunto de dados (50).

4. Método (40), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que analisar inclui identificar uma estrutura formada por um grupo de agrupamentos (52, 54, 56), e associar a estrutura com pelo menos uma de uma condição operacional, uma condição de furo de poço (14) e uma condição de formação.

5. Método (40), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aplicar um parâmetro selecionado ao mapa (50) por meio de codificar cada agrupamento (52, 54, 56) de acordo com um valor do parâmetro selecionado associado com o conjunto de dados representado pelo agrupamento (52, 54, 56).

6. Método (40), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que analisar inclui correlacionar o parâmetro selecionado com a estrutura com base em uma distribuição identificável dos valores de parâmetro selecionado dentro da estrutura.

7. Método (40), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que analisar inclui monitorar a operação para identificar condições com base na estrutura.

8. Método (40), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente predizer se a condição ocorrerá em operações futuras com base em parâmetros das operações futuras e no mapa (50).

9. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados inclui uma pluralidade de parâmetros, cada parâmetro tendo múltiplos valores associados com tempos ou profundidades diferentes, e dividir o conjunto de dados inclui transpor o conjunto de dados de tal maneira que cada tempo ou profundidade é considerado para ter múltiplos valores associados com parâmetros diferentes, e cada subconjunto de dados é gerado ao selecionar um ou mais parâmetros e incluir uma população de valores para cada parâmetro selecionado, cada um da população de valores associado com um tempo ou profundidade diferente.

10. Método (40), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que determinar a medida de similaridade inclui identificar uma progressão da população de valores para cada parâmetro selecionado, a representação visual representando dois ou mais parâmetros selecionados tendo pelo menos uma progressão similar.

11. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada subconjunto de dados é associado com pelo menos um de um tempo diferente e uma profundidade diferente.

12. Sistema para realizar uma operação de perfuração (10), caracterizado por compreender: pelo menos um carregador configurado para ser disposto em um furo de poço (14) em uma formação de solo; uma pluralidade de sensores (36) configurados para medir parâmetros associados com a operação; e um processador (38) configurado para: receber um conjunto de dados representando valores de parâmetros gerados durante pelo menos uma parte da operação, os valores de parâmetros incluindo valores de uma pluralidade de parâmetros se relacionando com a operação; dividir o conjunto de dados em uma pluralidade de subconjuntos de dados, cada subconjunto de dados incluindo valores para múltiplos parâmetros; determinar uma medida de similaridade entre dados em cada subconjunto em relação a dados em um ou mais outros subconjuntos; exibir um mapa do conjunto de dados (50) em pelo menos duas dimensões, o mapa (50) incluindo uma representação visual de cada subconjunto posicionado em relação a uma representação visual do um ou mais outros subconjuntos com base na medida de similaridade; analisar o mapa (50) para estimar uma condição associada com a operação, em que a análise inclui identificar um grupo de representações visuais que representam subconjuntos que possuem pelo menos um parâmetro similar, e estimar a condição com base em uma forma ou estrutura formada pelo grupo de representações visuais; e ajustar um parâmetro da operação de perfuração com base na análise do mapa (50).

13. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 12, carac-terizado pelo fato de que exibir inclui representar cada conjunto de dados como um agrupamento (52, 54, 56), e exibir os agrupamentos (52, 54, 56) como parte de um mapa topológico (50) do conjunto de dados.

14. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 13, carac-terizado pelo fato de que analisar inclui identificar uma estrutura formada por um grupo de agrupamentos (52, 54, 56), e associar a estrutura com pelo menos uma de uma condição operacional, uma condição de furo de poço (14) e uma condição de formação.

15. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 14, carac-terizado pelo fato de que o processador (38) é configurado para aplicar um parâmetro selecionado ao mapa (50) por meio de codificar cada agrupamento de acordo com um valor do parâmetro selecionado associado com o conjunto de dados representado pelo agrupamento (52, 54, 56).

16. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 15, carac-terizado pelo fato de que analisar inclui correlacionar o parâmetro selecionado com a estrutura com base em uma distribuição identificável dos valores de parâmetro selecionado dentro da estrutura.

17. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 14, carac-terizado pelo fato de que analisar inclui monitorar a operação para identificar condições com base na estrutura.

18. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 14, carac-terizado pelo fato de que o processador (38) é configurado para predizer se a condição ocorrerá em operações futuras com base em parâmetros das operações futuras e no mapa (50).

19. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 12, carac-terizado pelo fato de que o conjunto de dados inclui uma pluralidade de parâmetros, cada parâmetro tendo múltiplos valores associados com tempos ou profundidades diferentes, e dividir o conjunto de dados inclui transpor o conjunto de dados de tal maneira que cada tempo ou profundidade é considerado para ter múltiplos valores associados com parâmetros diferentes, e cada subconjunto de dados é gerado ao selecionar um ou mais parâmetros e incluir uma população de valores para cada parâmetro selecionado, cada um da população de valores associado com um tempo ou profundidade diferente.

20. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 19, carac-terizado pelo fato de que determinar a medida de similaridade inclui identificar uma progressão da população de valores para cada parâmetro selecionado, a representação visual representando dois ou mais parâmetros selecionados tendo pelo menos uma progressão similar.

Images