BR112015011943B1

BR112015011943B1 - Sistema sensor baseado em interferômetro e método de obtenção e processamento de varreduras de saída de interferômetro

Info

Publication number: BR112015011943B1
Application number: BR112015011943-3A
Authority: BR
Inventors: Brooks A. Childers; Roger Glen Duncan
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2022-02-15
Also published as: AU2013356575A1; WO2014088738A1; US9291505B2; BR112015011943A2; EP2929377B1; NO3008053T3; AU2013356575B2; CA2893085C; US20140160483A1; EP2929377B8; CA2893085A1; EP2929377A1; EP2929377A4; BR112015011943A8; DK2929377T3

Abstract

sistema sensor baseado em interferômetro e método de obtenção e processamento de varreduras de saída de interferômetro. a presente invenção refere-se a um sistema e método para a obtenção e processamento de varreduras de saída. sistema de sensor baseado em interferômetro (115) inclui um laser sintonizável (120) para transmitir um sinal de transmissão e um misturador de polarização (140) para produzir uma mudança no estado de polarização do sinal de transmissão. sistema também inclui um interferômetro (115) para fornecer uma varredura de saída com base no sinal de transmissão com a mudança de estado de polarização e um processador para processar a varredura de saída.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente dos Estados Unidos N° 13/707979 registrado em 07.12.12 o qual está incorporado integralmente por referência neste documento.

Antecedentes

[002] Na área de exploração no fundo do poço e recuperação de recursos geológicos, a capacidade de obter informações sobre as condições do ambiente e do estado do equipamento no fundo do poço pode ser útil na tomada de decisões. Refletômetros no domínio da frequência óptica (OFDR) estão entre os tipos de sensores utilizados no fundo do poço. OFDR é um sistema baseado em interferometria que se baseia na interferência entre os sinais gerados ou refletidos por fontes individuais com base em um sinal óptico. Quando as polarizações dos dois sinais são paralelas umas às outras (ângulo de 0 grau entre eles), estas fornecem interferência máxima. No entanto, quando os dois sinais têm polarizações ortogonais (ângulo de 90 graus entre si), então não há interferência entre os sinais e, como resultado, não há sinal do interferômetro. Isso resulta em saída de ruído do sistema OFDR, o qual não pode saber quando o sinal do interferômetro é nulo. Assim, um aparelho e um método para assegurar o desempenho dos sistemas baseados em interferometria seriam apreciados na indústria.

Sumário

[003] De acordo com um aspecto da invenção, um sistema de sensor baseado em interferômetro inclui um laser sintonizável configurado para transmitir um sinal de transmissão; um misturador de polarização configurado para produzir uma mudança no estado de polarização do sinal de transmissão; um interferômetro configurado para proporcionar uma varredura de saída com base no sinal de transmissão com a mudança de estado de polarização; e um processador configurado para processar a varredura de saída.

[004] De acordo com outro aspecto da invenção, um método de obtenção e processamento de varreduras de saída de interferômetro inclui disposição de um misturador de polarização entre um laser sintonizável e um interferômetro; mudando um estado de polarização de cada sinal proveniente do laser sintonizável com o misturador de polarização para gerar cada sinal de polarização misturado; recebendo cada uma das varreduras de saída do interferômetro com base em cada um dos sinais de polarização misturados; e processar as varreduras de saída.

Breve Descrição dos Desenhos

[005] Referindo-nos agora aos desenhos em que elementos semelhantes são numerados da mesma forma nas várias Figuras:

[006] A Figura 1 é uma ilustração em corte transversal de um furo de poço incluindo um sistema de sensor acústico distribuído de acordo com uma concretização da invenção;

[007] A Figura 2 é um diagrama de blocos de uma rede OFDR incluindo um codificador de polarização de acordo com uma concretização da invenção;

[008] A Figura 3 ilustra um esquema de processamento exemplificativo para a rede OFDR mostrada na Figura 2 de acordo com uma concretização da invenção; e

[009] A Figura 4 é um diagrama de processo de um método exemplificativo 400 para obter a saída do interferômetro usando mistura de polarização de acordo com concretizações da invenção.

Descrição Detalhada

[010] Qualquer sistema de sensor baseado em interferômetro (por exemplo, refletometria no domínio da frequência óptica (OFDR)) se baseia na interferência entre os sinais gerados ou refletidos por fontes individuais para gerar o sinal de interferômetro usado para determinar a informação de interesse. As concretizações da invenção aqui descritas asseguram sinais de interferômetro confiáveis para medições precisas. Embora os sistemas de OFDR sejam utilizados como sistemas exemplificativos baseados em interferometria para fins de explicação, o misturador e o método de mistura detalhados a seguir aplica-se, assim, a outros sistemas à base de interferometria.

[011] A Figura 1 é uma ilustração em corte transversal de um furo de poço 1 incluindo um sistema de sensor baseado em interferometria de acordo com uma concretização da invenção. Uma perfuração de poço 1 penetra a terra 3 incluindo uma formação 4. Um conjunto de ferramentas 10 pode ser baixado na perfuração do poço por um transportador 2. Em concretizações da invenção, o transportador pode ser um arame blindado. Em concretizações de medição durante a perfuração (MWD), o transportador 2 pode ser uma coluna de perfuração, e uma broca seria incluída abaixo das ferramentas 10. As informações dos sensores e dispositivos de medição incluídos no conjunto de ferramentas 10 pode ser telemedido para a superfície para processamento pelo sistema de processamento de superfície 130. O sistema sensor baseado em interferômetro inclui uma fibra óptica 110. Na concretização exemplificativa mostrada na Figura 1, a fibra óptica 110 inclui redes de Bragg 117 (FBG's) e um refletor de referência 118 que compreende um interferômetro 115. Um laser sintonizável 120 é mostrado na superfície do solo 3 na Figura 1. O misturador de polarização 140 que atua sobre a saída do laser sintonizável 120 antes da rede óptica 145 transmitir o sinal para o interferômetro 115 é discutido em detalhe com referência à Figura 2 abaixo.

[012] A Figura 2 é um diagrama de blocos de uma rede OFDR 200 incluindo um misturador de polarização 140 de acordo com uma concretização da invenção. O misturador de polarização 140 atua sobre o sinal do laser sintonizável 120 sendo enviado para o interferômetro 115. Ao variar o estado de polarização do sinal de entrada do interferômetro 115, uma percentagem mais elevada de sinais de interferômetro não nulos (sinais que não são perpendiculares entre si) é assegurada como saída de interferômetro. A saída do laser sintonizável 120 pode ela mesma ter um estado de polarização diferente ao longo do tempo. No entanto, esta variação no sinal proveniente do laser sintonizável 120 não é certa ou previsível. O misturador de polarização 140, ao contrário do laser sintonizável 120, pode ser feito para variar aleatoriamente o estado de polarização da saída de laser sintonizável 120 ao longo do tempo antes de atingir o interferômetro. Os possíveis estados de polarização atingidos pelo misturador de polarização 140 podem ser mapeados ao longo do tempo e indicariam amostragem uniforme que pode ser representada por uma esfera de Poincaré, por exemplo. Mesmo que o laser ajustável 120 altere estados de polarização ao longo do tempo, não conseguiria esta amostragem uniforme de estados de polarização. Em concretizações alternativas, o misturador de polarização 140 pode alterar o estado de polarização da saída do laser sintonizável 120 em um padrão predefinido.

[013] A Figura 3 ilustra um esquema de processamento exemplificativo para a rede OFDR 200 mostrada na Figura 2 de acordo com uma concretização da invenção. O estado de polarização da saída do laser sintonizável 120 é variado aleatoriamente antes de cada varredura. A saída 310 do interferômetro 115 para cada varredura é o cálculo da média sobre várias varreduras. Na concretização mostrada na Figura 3, 5 saídas 310 (o resultado de 5 varreduras do laser sintonizável 120 variou de forma aleatória em estado de polarização pelo misturador de polarização 140) são o termo médio em um momento em uma forma de janela deslizante. Isto é, as primeiras 5 saídas 310a - 310e são o termo médio como 320a, então a primeira varredura 310a é descartada e a próxima varredura 310f é incluída na próxima média 320b. A média de janela deslizante continua desta maneira. A média pode ser uma média ponderada de tal modo que as saídas 310 de amplitude maior do interferômetro 115 são ponderadas mais altas do que as saídas de amplitude mais baixa 310. Ponderação pode ser baseada em outros fatores como a relação de sinal para ruído, por exemplo. O cálculo da média aumenta a relação sinal para ruído (SNR) da saída 310 do interferômetro 115. Em concretizações alternativas, o processamento exemplificativo mostrado pela Figura 3 pode ser variado, em uma ou mais formas. Por exemplo, um número diferente de saídas 310 pode ser usado no cálculo da média de cada vez ou um esquema de ponderação diferente pode ser utilizado para as saídas 310 para fornecer a média ponderada 320.

[014] A Figura 4 é um diagrama de processo de um método exemplificativo 400 para obter a saída do interferômetro usando mistura de polarização de acordo com concretizações da invenção. No bloco 410, a disposição do misturador de polarização 140 no sistema de interferômetro pode incluir, por exemplo, dispor o codificador de polarização 140 entre o laser sintonizável 120 e o interferômetro 115, como mostrado na Figura 2, para a rede OFDR 200 exemplificativa. A obtenção de varreduras usando sinais com estado de polarização variado no bloco 420 inclui o misturador de polarização 140 aleatoriamente ou em um padrão predefinido alterando o estado de polarização da saída do laser sintonizável 120. Bloco 420 também inclui receber as varreduras de saída 115 resultantes do interferômetro 115. O processamento das varreduras no bloco 430 pode incluir, por exemplo, ponderação e cálculo da média de um determinado número de varreduras de saída do interferômetro 115 em um momento em uma forma de janela deslizante, tal como discutido com referência à Figura 3.

[015] Embora uma ou mais concretizações tenham sido mostradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas sem afastar-se do espírito e escopo dos princípios da invenção. Consequentemente, é para ser entendido que a presente invenção tem sido descrita à guisa de ilustração e não de limitação.

Claims

1. Sistema sensor baseado em interferômetro (115), caracterizado por compreender: um laser sintonizável (120) configurado para transmitir um sinal de transmissão; um misturador de polarização (140) configurado para produzir uma mudança no estado de polarização do sinal de transmissão antes de cada varredura de modo que o estado de polarização do sinal de transmissão para uma varredura difere do estado de polarização do sinal de transmissão para outra varredura; um interferômetro (115) configurado para prover uma varredura de saída com base no sinal de transmissão com a mudança de estado de polarização para cada varredura, em que o interferômetro (115) compreende uma ou mais grades de Bragg em fibra (117) (FBGs) e um refletor de referência (118) e em que a varredura de saída resulta da interferência entre um sinal de reflexão a partir de um dentre as uma ou mais FBGs; e um processador configurado para processar a varredura de saída.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mudança de estado de polarização é aleatória, e, ao longo de um período de tempo, os estados de polarização são uniformes.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador processa uma série de varreduras de saída de cada vez, a série sendo recebida ao longo de um período de tempo.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o processador realiza uma média ponderada da série de varreduras de saída, cada ponderação estando baseada em uma amplitude da respectiva varredura de saída.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o processador realiza uma média ponderada da série de varreduras de saída, cada ponderação estando baseada em uma razão sinal-ruído da respectiva varredura de saída.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o processador utiliza uma janela deslizante para selecionar o número de varreduras de saída.

7. Método de obtenção e processamento de varreduras de saída de interferômetro (115), caracterizado por compreender: dispor um misturador de polarização (140) entre um laser sintonizável (120) e um interferômetro (115), em que o interferômetro (115) compreende uma ou mais grades de Bragg em fibra (117) (FBGs) e um refletor de referência (118); alterar um estado de polarização da cada sinal proveniente do laser sintonizável (120) com o misturador de polarização (140) antes de cada varredura para gerar cada sinal de polarização misturado, em que o estado de polarização de um dos sinais de polarização misturados é diferente do estado de polarização de outro dos sinais de polarização misturados; receber cada uma das varreduras de saída do interferômetro (115) com base em cada um dos sinais de polarização misturados para cada varredura, em que cada uma das varreduras de saída resulta da interferência entre um sinal de reflexão a partir do refletor de referência (118) com um sinal de reflexão a partir de uma das uma ou mais FBGs; e processar as varreduras de saída.

8. Método, de acordo a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a alteração do estado de polarização inclui a geração de uma amostragem uniforme de estados de polarização ao longo do tempo.

9. Método, de acordo a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que varreduras de saída inclui determinar uma média ponderada de uma série de varreduras de saída.

10. Método, de acordo a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a determinação da média ponderada inclui a ponderação de cada uma das varreduras de saída da série de varreduras de saída com base em uma amplitude da respectiva varredura de saída.

11. Método, de acordo a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a determinação da média ponderada é feita em forma de uma janela deslizante com uma da série das varreduras de saída sendo diferentes em cada uma das médias ponderadas.

12. Método, de acordo a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a determinação da média ponderada inclui a ponderação de cada uma das varreduras de saída da série de varreduras de saída com base em uma razão sinal-ruído da respectiva varredura de saída.