BR112015027585B1

BR112015027585B1 - método e sistema para realizar medições de alcance dentro de uma formação

Info

Publication number: BR112015027585B1
Application number: BR112015027585-0A
Authority: BR
Inventors: Christopher A. Golla; Burkay Donderici
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2021-02-17
Also published as: GB2529767B; NO2987005T3; GB2529767A; RU2015148601A; MX2015015595A; CN105164553B; US20160116623A1; AU2013392063A1; CN105164553A; BR112015027585A2; GB201518709D0; WO2014200483A1; RU2628660C2; DE112013007161T5; CA2911546A1; CA2911546C; US10139515B2; AU2013392063B2; EP2987005B1; AR096618A1

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA REALIZAR MEDIAÇÕES DE ALCANCE DENTRO DE UMA FORMAÇÃO. Um método para realizar mediações de alcance dentro de uma formação inclui transmitir um sinal variável no tempo as simétrico de um transmissor (114) disposto dentro de um poção (106) na formação. O sinal variável no tempo assimétrico pode ter uma característica de sinal que é baseada pelo menos em parte numa característica de fundo de poção. Um receptor (110) disposto dentro do poção (106) pode medir um campo magnético induzido num objeto (103) dentro da formação pelo sinal variável no tempo assimétrico. Uma direção para o objeto (103) do poção (106) pode ser determinada com base pelo menos em parte na medição do campo magnético induzido.

Description

MÉTODO E SISTEMA PARA REALIZAR MEDIÇÕES DE ALCANCE DENTRO DE UMA FORMAÇÃO

FUNDAMENTOS

[001] A presente divulgação se refere genericamente a operações de perfuração de poços e, mais particularmente, a medições de alcance usando sinais modulados.

[002] Em certos casos, tal como em um blowout, poderá ser necessário interceptar um primeiro poço, chamado de um poço de alvo, com um segundo poço, chamado de um poço de alívio. O segundo poço pode ser perfurado com a finalidade de interceptar o poço de alvo, por exemplo, para aliviar pressão do poço de blowout. Uma vez que as medidas de levantamento tradicionais têm cones de incerteza muito maiores do que o tamanho do alvo, contatar o poço de alvo com o poço de alívio tipicamente requer múltiplas medições de fundo de poço para identificar a localização precisa do poço de alvo. Estas medições de fundo de poço podem incluir transmitir um sinal variável no tempo para uma formação e medir qualquer campo magnético resultante que é induzido no poço de alvo. Tipicamente, o sinal variável no tempo é uma senoide. Pode ser difícil identificar a direção precisa de um poço de alvo a partir do sinal senoidal, no entanto, devido a variações de sinal no campo magnético resultante.

FIGURAS

[003] Algumas modalidades exemplares específicas da divulgação podem ser compreendidas por referência, em parte, à seguinte descrição e aos desenhos em anexo.

[004] A Figura 1 é um diagrama que ilustra um sistema de alcance de exemplo de acordo com aspectos da presente divulgação.

[005] A Figura 2 é um diagrama que ilustra um sistema de manipulação de informação de exemplo de acordo com aspectos da presente divulgação.

[006] A Figura 3 é um diagrama que ilustra componentes de medição de gradiente de exemplo em relação a um tubo de alvo e aos campos magnéticos produzidos por correntes no tubo.

[007] A Figura 4 é um gráfico que ilustra um sinal variável no tempo assimétrico de exemplo de acordo com aspectos da presente divulgação.

[008] A Figura 5 é um gráfico que ilustra características de fundo de poço de exemplo com respeito a um sinal variável no tempo assimétrico de acordo com aspectos da presente divulgação.

[009] A Figura 6 é um gráfico que ilustra um sinal variável no tempo assimétrico de exemplo de acordo com aspectos da presente divulgação.

[0010] Embora modalidades desta divulgação tenham sido representadas e descritas e sejam definidas em referência a modalidades exemplares da divulgação, tais referências não implicam em limitação na divulgação, e nenhuma tal limitação será inferida. O assunto divulgado é capaz de consideráveis modificações, alterações e equivalentes em forma e função, conforme ocorrerá a indivíduos versados na técnica pertinente e tendo o benefício desta divulgação. As modalidades descritas e representadas nesta divulgação são apenas exemplos, e não são esgotantes do escopo da divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] A presente divulgação se refere genericamente a operações de perfuração de poços e, mais particularmente, a medições de alcance usando sinais modulados.

[0012] Modalidades ilustrativas da presente divulgação são descritas detalhadamente neste documento. Por motivos de clareza, nem todos os atributos de uma implementação de fato podem ser descritos neste relatório descritivo. Evidentemente será observado que no desenvolvimento de qualquer tal modalidade real, numerosas decisões específicas de implementação devem ser tomadas para atingir os objetivos de implementação específicos que podem variar de uma implementação para outra. Mais ainda, será apreciado que um tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, apesar disso, seria uma tarefa rotineira para os especialistas na técnica tendo o beneficio da presente divulgação.

[0013] Para facilitar uma melhor compreensão da presente divulgação os seguintes exemplos de algumas modalidades são dados. De forma alguma, os seguintes exemplos serão lidos para limitar ou definir o escopo da divulgação. Modalidades da presente divulgação podem ser aplicáveis a operações de perfuração que incluem, mas não estão limitadas a seguir o alvo (tal como um poço adjacente), interceptar o alvo, localizar o alvo, poços gêmeos de alvo, tal como em estruturas de poço SAGD (drenagem por gravidade assistida por vapor), poços de alivio de perfuração para poços de blowout, travessias de rios, tunelamento de construção, bem como conexão horizontal, vertical, desviada, multilateral, conexão de tubo u, interseção, desvio (broca em torno de uma pescaria presa a meia profundidade e de volta para o poço abaixo), ou furos de poços de outra forma não lineares em qualquer tipo de formação subterrânea. Modalidades podem ser aplicáveis a poços de injeção e poços de produção, incluindo poços de produção de recursos naturais, tal como poços de sulfeto de hidrogênio, hidrocarbonetos ou geotérmicos; bem como construção de poço para tunelização atravessando rio e outros tais poços de tunelização para propósitos de construção próxima à superfície ou tubulações em tubo "U" de poço usadas para o transporte de fluidos, tais como hidrocarbonetos. Modalidades descritas abaixo com respeito a uma implementação não se destinam a ser limitantes.

[0014] Operações de perfuração e produção de petróleo modernas exigem informações relativas aos parâmetros e às condições no fundo de poço. Existem vários métodos para coleta de informações no fundo do poço, incluindo perfilagem durante a perfuração ("LWD") e medição durante a perfuração ("MWD"). Em LWD, os dados são tipicamente coletados durante o processo de perfuração, desse modo evitando qualquer necessidade de remover o conjunto de perfuração para inserir uma ferramenta de perfilagem de cabo de aço. LWD, consequentemente, permite ao perfurador fazer modificações ou correções em tempo real precisas para otimizar o desempenho, embora minimizando o tempo de inatividade. MWD é o termo para medir condições no fundo do poço envolvendo a movimentação e localização do conjunto de perfuração, enquanto a perfuração continua. LWD se concentra mais na medição de parâmetro de formação. Embora possam existir distinções entre MWD e LWD, os termos MWD e LWD muitas vezes são usados intercambiavelmente. Para os fins da presente divulgação, o termo LWD será usado com a compreensão de que este termo abrange tanto a coleta de parâmetros de formação quanto a coleta de informação relativa ao movimento e a posição do conjunto de perfuração.

[0015] A Figura 1 é um diagrama que ilustra um sistema de perfuração e alcance de exemplo 100 de acordo com aspectos da presente divulgação. O sistema 100 inclui sonda 101 na superfície 105 e posicionada acima do poço 106 dentro de uma formação subterrânea 102. A sonda 101 pode ser acoplada a um conjunto de perfuração 107 que compreende coluna de perfuração 108 e composição de fundo (BHA) 109. A BHA 109 pode compreender uma broca de perfuração 113 e um aparelho MWD 111. Em certas modalidades, o conjunto de perfuração 107 pode ser girado por um mecanismo top drive (não mostrado) para girar a broca de perfuração 113 e estender o poço 106. Em certas outras modalidades, um motor de fundo de poço (não mostrado), tal como um motor de lama, pode ser incluído para girar a broca de perfuração 113 e estender o poço 106 sem girar o conjunto de perfuração 107.

[0016] O aparelho MWD 111 pode compreender pelo menos um receptor 110. Como descrito acima, o receptor 110 pode incluir, mas não se limita a, um sensor do tipo de indução, um sensor magnetometro de efeito Hall, um gradiômetro magnético ou uma combinação ou um par de qualquer um dos magnetômetros listados acima. Da mesma forma, o receptor 110 pode ser uniaxial, biaxial ou triaxial e também pode ser um flux-gate, solenoide ou sensor do tipo bobina. Em certas modalidades, o receptor 110 pode ser posicionado em vários locais dentro da BHA 109, ou acima da BHA 109, tal como entre a coluna de perfuração 108 e a BHA 109. Pode ser vantajoso posicionar o receptor 110 tão próximo quanto possível do fundo do furo quanto possível. Por exemplo, em certas modalidades, o receptor 110 pode ser colocado na broca de perfuração 113, em vez de em um sub de BHA em algum lugar acima da broca de perfuração 113.

[0017] Operações de alcance podem exigir que um local de um objeto de alvo seja identificado. Na modalidade mostrada, o objeto de alvo compreende um segundo poço 103. O poço 103 pode compreender um poço alvo contendo ou composto por um elemento eletricamente condutivo, tal como revestimento, liner ou uma coluna de perfuração ou qualquer porção da mesma que teve um blowout ou que necessita ser interceptada, seguida ou evitada. Na modalidade mostrada, o poço 103 inclui um revestimento eletricamente condutivo 140. A identificação da localização do poço de alvo 103 pode compreender tomar várias medições e determinar uma direção do poço de alvo 103 em relação ao poço 106. Estas medições podem compreender medições de campos eletromagnéticos na formação usando o receptor 110. Medições de campo magnético podem identificar a distância e direção para o poço de alvo 103.

[0018] Em certas modalidades, a realização de medições de alcance podem incluir induzir um campo eletromagnético (EM) dentro do segundo poço 103. Na modalidade mostrada, a indução de um campo magnético dentro do poço compreende transmitir um sinal variável no tempo 134 para a formação 102 usando um transmissor 114 acoplado ao conjunto de perfuração 107. O sinal variável no tempo 134 pode compreender, por exemplo, um sinal elétrico de corrente alternada. O sinal variável no tempo 134 pode ser criado, por exemplo, a partir de um eletrodo ou um transmissor de solenoide. Na modalidade mostrada, um transmissor 114 injeta ou induz um sinal variável no tempo 134 dentro da formação 102. Em particular, o conjunto de perfuração 107 inclui um sub de folga 112 que pode permitir a criação de um campo elétrico de dipolo a ser criado através do sub de folga 112 para ajudar a circular corrente para a formação 102. O sinal variável no tempo 134 pode ser induzido dentro da formação 102 energizando o transmissor 114 do conjunto de perfuração 107 de acordo com um sinal de controle que especifica características de sinal para o sinal variável no tempo 134. Nota-se aqui que o sub de folga 112 é utilizado para dirigir o sinal variável no temo 134 do transmissor 114 para o receptor 110. No entanto, o sub de folga 112 pode não ser necessário se o transmissor 114 estiver localizado longe o suficiente do receptor 110. Por exemplo, em certas modalidades, o transmissor 114 pode ser localizado na ordem de 10 a 200 pés do receptor 110.

[0019] Parte do sinal variável no tempo induzido 134 pode ser recebida e concentrada no revestimento 140 dentro do poço de alvo 103, mostrado como corrente 138, e a corrente 138 no revestimento 140 pode induzir um campo magnético 136 numa direção radial a partir da direção do fluxo da corrente elétrica 138. A corrente induzida restante 134 pode retornar ao conjunto de perfuração 107 em um retorno de corrente 116 do conjunto de perfuração 107 abaixo do sub de folga 112. O receptor 110 pode medir o campo magnético 136 induzido pelo sinal variável no tempo 134. Em outras modalidades, como seria observado por aqueles versados na técnica em vista desta divulgação, o transmissor 114 pode compreender uma antena e o sinal variável no tempo pode compreender um campo magnético variável no tempo que é emitido do transmissor 114. O campo magnético variável no tempo pode induzir um sinal variável no tempo e um campo magnético variável no tempo secundário resultante no segundo poço 103 que pode, então, ser medido pelo receptor 110.

[0020] Uma unidade de controle 104 pode ser posicionada na superfície 105 e pode ser acoplada comunicavelmente aos elementos de fundo de poço. Por exemplo, a unidade de controle 104 pode ser acoplada comunicativamente ao aparelho MWD 111, transmissor 114, broca de perfuração 113, etc. por meio de um sistema de telemetria 118. O sistema de telemetria 118 pode ser incorporado na BHA 109 e pode compreender um sistema de telemetria do tipo pulso de lama que transmite informações entre a unidade de controle de superfície 104 e os elementos de fundo de poço via pulsos de pressão na lama de perfuração. Embora a unidade de controle 104 seja posicionada na superfície 105 na Fig. 1, certos elementos de processamento, memória e controle podem ser posicionados dentro do conjunto de perfuração 107. Adicionalmente, vários outros esquemas de comunicação podem ser usados para transmitir comunicações para/da unidade de controle 104, incluindo configurações de cabo de aço e configurações sem fios.

[0021] Em certas modalidades, a unidade de controle 104 pode compreender um sistema de manipulação de informação com pelo menos um processador e um dispositivo de memória acoplados ao processador que contém um conjunto de instruções que, quando executadas levam o processador a efetuar certas ações. Como usado neste documento, um sistema de manipulação de informação pode incluir qualquer instrumentalidade ou agregado de instrumentalidades operável para computar, classificar, processar, transmitir, receber, recuperar, originar, comutar, armazenar, exibir, manifestar, detectar, registrar, reproduzir, manipular ou utilizar qualquer forma de informação, inteligência ou dados para fins de negócios, científicos, de controle ou para outros fins. Por exemplo, um sistema de manipulação de informação pode ser um terminal de computador, um dispositivo de armazenamento de rede ou qualquer outro dispositivo adequado e pode variar em tamanho, forma, desempenho, funcionalidade e preço. O sistema de manipulação de informações pode incluir memória de acesso aleatório (RAM), um ou mais recursos de processamento, tal como uma unidade de processamento central (CPU) ou lógica de controle de hardware ou software, memória de leitura apenas (ROM) e/ou outros tipos de memória não volátil. Os componentes adicionais do sistema de manipulação de informação podem incluir uma ou mais unidades de disco, uma ou mais portas de rede para comunicação com dispositivos externos, bem como vários dispositivos de entrada e saída (I/O), tal como um teclado, um mouse e um mostrador de vídeo. O sistema de manipulação de informação pode também incluir um ou mais barramentos operáveis para transmitir comunicações entre os vários componentes de hardware.

[0022] O sinal variável no tempo 134 gerado pelo transmissor 114 pode ser caracterizado por pelo menos uma característica de sinal incluindo frequência, forma e amplitude e fase de sinal. Em certas modalidades, a unidade de controle 104 pode controlar o sinal variável no tempo 134 transmitindo comandos correspondentes a certas características de sinal para um controlador de fundo de poço (não mostrado) acoplado ao transmissor. Os comandos podem fazer o controlador de fundo de poço gerar o sinal variável no tempo 134 usando o transmissor 114. Em certas outras modalidades, a unidade de controle 104 pode gerar o sinal variável no tempo 134 diretamente.

[0023] Em certas modalidades, as características de sinal podem ser baseadas, pelo menos em parte, em pelo menos uma característica de fundo de poço dentro do poço 106 e da formação 102, incluindo um nível de ruído dentro da formação; uma função de transferência de frequência do transmissor 114, do receptor 110 e da formação 102; e uma resposta de frequência do objeto. O nível de ruído dentro da formação 102 pode ser medido no fundo de poço usando receptores eletromagnéticos ou acústicos acoplados ao conjunto de perfuração, por exemplo. A função de transferência de frequência e a resposta de frequência do poço de alvo 103 podem ser determinadas com base em vários modelos matemáticos, ou podem ser extrapoladas a partir de medições de alcance anteriores.

[0024] Em certas modalidades, a unidade de controle 104 pode determinar ou alterar as características de sinal do sinal variável no tempo 134 com base pelo menos em parte nas características de fundo de poço. Por exemplo, as características de fundo de poço podem ser usadas para determinar as características de sinal do sinal variável no tempo 134 antes de o sinal variável no tempo 134 ser transmitido do transmissor 114. Do mesmo modo, as características de sinal podem ser modificadas em tempo real dependendo do campo magnético induzido resultante 136 medido no receptor 110. Em certas modalidades, as características de sinal podem ser determinadas ou modificadas por um operador que monitora a qualidade das medições de alcance, ou por um algoritmo automatizado que seleciona características de sinal otimizadas para diferentes características de fundo de poço.

[0025] Em certas modalidades, a unidade de controle 104 pode ainda enviar comandos para o receptor 110 para fazê-lo medir o campo magnético induzido 136 no segundo poço 103. Como o transmissor 114, o receptor 110 pode ser acoplado a um controlador no fundo do poço e os comandos da unidade de controle 104 podem controlar, por exemplo, quando as medições são tomadas. Em certas modalidades, a unidade de controle 104 pode determinar e ajustar uma taxa de amostragem do campo magnético induzido 136, como será descrito abaixo. Adicionalmente, as medições tomadas pelo receptor 110 podem ser transmitidas para a unidade de controle 104 via o sistema de telemetria 118. A unidade de controle 104 pode determinar uma distância e direção para o objeto de alvo, poço 103 na modalidade mostrada, com base pelo menos em parte na medição do campo magnético induzido 136. Por exemplo, a unidade de controle 104 pode utilizar algoritmos geométricos para determinar a distância e direção do segundo poço 103 em relação ao poço 106.

[0026] Em certas modalidades, a determinação da distância e direção do segundo poço 103 em relação ao primeiro poço 106 pode ser realizada utilizando os campos magnéticos recebidos pelo receptor 110. Em certas modalidades, a determinação de distância e direção pode ser conseguida utilizando a relação da Equação (1) entre a corrente no tubo e os campos magnéticos recebidos.

onde H é o vetor de campo magnético, - é a corrente no tubo 140, r é a distância mais curta entre o receptor 110 e o tubo 140; e φ é um vetor que é perpendicular a ambos o eixo z do receptor 110 e o vetor mais curto que conecta o tubo 140 ao receptor 110. Embora a Equação (1) assuma corrente de tubo constante ao longo do tubo, ela pode ser estendida a qualquer distribuição de corrente usando o modelo apropriado.

[0027] Em certas modalidades, a distância e direção do segundo poço 103 em relação ao primeiro poço 106 podem ser determinadas usando as equações (2) e (3), respectivamente.

onde . é a operação de produto interno de vetor. Em certos casos, no entanto, a equação (2) pode não ser confiável se uma medição direta ou precisa de I não for possível.

[0028] Quando uma medição direta ou precisa de I for difícil ou impossível, a medição de gradiente de campo magnético pode ser utilizada para as determinações de direção e distância. Mudança espacial no campo magnético pode ser medida numa direção que tem um componente substancial na direção radial (eixo r) como na Equação (4).

onde õ é a derivada parcial. Com esta medição de gradiente disponível além de uma medição absoluta, a distância para o segundo poço 103 pode ser calculada usando a Equação (5).

[0029] Em certas modalidades, o campo de gradiente na equação (5) pode ser realizado na prática utilizando diferença finita de duas medições de dipolo de campo magnético como mostrado abaixo na Equação (6):

onde Hy e os componentes de medição de gradiente são ilustrados na configuração de 4 dipolos da Fig. 3 em relação a um tubo de alvo e os campos magnéticos produzidos por correntes no tubo.

[0030] Em certas modalidades, o sinal variável no tempo 134 também pode ser utilizado para induzir um campo magnético em outros objetos de alvo dentro da formação 102. Por exemplo, medições de alcance são tipicamente acopladas com operações de perfuração direcional para interceptar um poço de alvo ou formação. Em certas modalidades, um sub de curva pode ser incorporado na BHA 109 para estabelecer um ângulo de perfuração direcional para o conjunto de perfuração 107. O sinal variável no tempo 134 pode ser utilizado para induzir um campo magnético na porção da BHA 109 abaixo do sub de curva para identificar a direção de perfuração azimutal.

[0031] Em certas outras modalidades, o sinal variável no tempo 134 pode compreender um sinal acústico. Transmissores acústicos podem ser incorporados no conjunto de perfuração 107 e podem transmitir um sinal acústico variável no tempo para a formação. O objeto de alvo, tal como o poço 103, pode refletir parte do sinal acústico variável no tempo e receptores acústicos no conjunto de perfuração 107 podem receber e medir o sinal acústico refletido.

[0032] A Fig. 2 é um diagrama que ilustra um sistema de manipulação de informação de exemplo 200 de acordo com aspectos da presente divulgação. A unidade de controle 104 pode assumir uma forma semelhante ao sistema de manipulação de informação 200. Um processador ou CPU 201 do sistema de manipulação de informação 200 é comunicativamente acoplado a um hub controlador de memória ou ponte norte 202. O hub controlador de memória 202 pode incluir um controlador de memória para dirigir informação para ou de vários componentes de memória do sistema dentro do sistema de manipulação de informação 200, tal como RAM 203, elemento de armazenamento 206 e disco rígido 207. O hub controlador de memória 202 pode ser acoplado à RAM 203 e a uma unidade de processamento gráfico 204. O hub controlador de memória 202 também pode ser acoplado a um hub controlador de I/O ou ponte sul 205. O hub de I/O 205 é acoplado a elementos de armazenamento do sistema de manipulação de informação 200, incluindo um elemento de armazenamento 206 o qual pode compreender uma ROM flash que inclui um sistema de entrada/saída básico (BIOS) do sistema de computador. O hub de I/O 205 está também acoplado ao disco rígido 207 do sistema de manipulação de informação 200. O hub de I/O 205 pode também ser acoplado a um chip Super I/O 208, que é ele próprio acoplado a várias portas de I/O do sistema de computador, incluindo teclado 209 e mouse 210.

[0033] De acordo com aspectos da presente divulgação, o sinal variável no tempo transmitido para a formação pelo transmissor compreender um sinal variável no tempo assimétrico. Um sinal variável no tempo pode ser assimétrico se ele tiver assimetria entre a intensidade do movimento de sinal ascendente e descendente. O sinal variável no tempo assimétrico pode compreender, por exemplo, pelo menos um de pulsos formados, uma onda triangular e uma onda senoidal. Quando um sinal simétrico, tal como uma senoide de frequência única, é usado para induzir um campo magnético no poço de alvo, a direção do poço de alvo em relação ao poço de alívio somente pode ser conhecida com uma ambiguidade de 180°. Isto é porque, tradicionalmente, não existe sincronização de fase entre o transmissor e o receptor devido à dificuldade de tal conexão e como resultado o sinal de sua amplitude num dado tempo pode ser não resolvível no poço de alívio. Em outras palavras, com sinais simétricos, não é possível distinguir um caso com uma fase de sinal e azimute de alvo de outro caso com 180° fora da fase de sinal com 180° de azimute de alvo. Ao utilizar um sinal assimétrico, como descrito abaixo, o sinal do campo magnético recebido pode ser resolvido e a direção do poço de alvo ser determinada com exatidão.

[0034] A Fig. 4 é um gráfico que ilustra um sinal variável no tempo assimétrico de exemplo 400 representado em termos de amplitude e tempo de sinal de acordo com aspectos da presente divulgação. Na modalidade mostrada, o sinal variável no tempo assimétrico 400 compreende um sinal senoidal modulado que combina dois sinais senoidais variáveis no tempo com diferentes frequências. Em particular, o sinal variável no tempo assimétrico 300 compreende um componente de sinal de alcance com uma primeira frequência e um componente de sinal de identificação de sinal com uma segunda frequência. Como aqui utilizado, o componente de sinal de alcance pode ser o sinal primário usado para induzir o campo magnético no poço de alvo. Da mesma forma, o componente de sinal de identificação de sinal pode ser utilizado para identificar o sinal do campo magnético recebido no receptor. Tanto o componente de sinal de alcance quanto o componente de sinal de identificação de sinal podem compreender senoides simétricas que criam um sinal variável no tempo assimétrico quando adicionadas em conjunto. As características de sinal do sinal variável no tempo assimétrico 400 podem compreender pelo menos uma da primeira frequência, da segunda frequência, uma amplitude do componente de sinal de alcance e uma amplitude do componente de sinal de identificação de sinal, uma fase do componente de sinal de alcance; uma fase do componente de sinal de identificação de sinal; e uma diferença de fase entre o componente de sinal de alcance e o componente de sinal do sinal de identificação.

[0035] Em certas modalidades, a segunda frequência pode ser um múltiplo não inteiro da primeira frequência. Isto pode permitir que as frequências estejam mais perto e menos afetadas pela resposta de frequência da formação e dos eletrônicos da ferramenta. A formação, o transmissor, receptor e poço de alvo também podem ter respostas de frequência que interagem de forma diferente com sinais de frequências diferentes. Quanto mais longe a primeira e a segunda frequências são separadas, mais provavelmente os sinais serão afetados de forma diferente pelas diversas respostas de frequência. O uso de um múltiplo não inteiro entre a primeira e a segunda frequências permite que as frequências fiquem mais próximas e mais provavelmente serão afetadas de modo semelhante pela resposta de frequência da formação. Isto pode reduzir erros durante a identificação de um ou mais do sinal ou amplitude, razão de amplitude e fase ou diferença de fase dos sinais de frequência diferentes.

[0036] Como descrito acima, as características de sinal podem ser baseadas pelo menos em parte numa característica de fundo de poço. A Fig. 5 é um gráfico 500 que ilustra características de fundo de poço de exemplo com respeito a um sinal variável no tempo assimétrico de acordo com aspectos da presente divulgação. O gráfico 500 representa as características de fundo de poço e de sinal variável no tempo assimétrico em termos de amplitude em decibéis e frequência em hertz (Hz). Em particular, o gráfico 500 ilustra uma função de transferência de frequência de exemplo 501, um nível de ruído de exemplo 502, um componente de sinal de alcance de exemplo 503 e um componente de sinal de identificação de sinal de exemplo 504. A função de transferência de frequência 501 pode compreender a resposta de frequência combinada de um transmissor, um receptor e uma formação numa dada operação de alcance. Na modalidade mostrada, a função de transferência de frequência 501 age como um filtro passa banda, com frequências entre cerca de 1 e 50 Hz sendo transmitidas sem atenuação de amplitude significativa e frequências acima e abaixo dessas faixas sendo atenuadas. O nível de ruído 502 identifica o ruído dentro do poço/formação pelo seu componente de frequência. O ruído pode ser causado, por exemplo, por ações dentro do poço de alvo - por exemplo, hidrocarbonetos saindo de um blowout - ação no poço de alívio - por exemplo, operações de perfuração - ruído ambiente dentro da formação e ruído do sistema eletrônico. Na modalidade mostrada, o nível de ruído 502 é mais alto, aproximadamente 10 decibéis, a baixas frequências e é geralmente mais baixo a frequências mais altas.

[0037] Em certas modalidades, as características de sinal de um sinal variável no tempo assimétrico podem ser determinadas ou modificadas de acordo com as características de fundo de poço representadas na Fig. 5. Por exemplo, as frequências do componente de sinal de alcance 503 e do componente de sinal de identificação de sinal 504 podem ser selecionadas de modo que elas caiam dentro do passa banda da função de transferência 501. Do mesmo modo, a amplitude de cada um do componente de sinal de alcance 503 e do componente de sinal de identificação de sinal 504 pode ser otimizada de acordo com o nível de ruído 502. Em certas modalidades, as amplitudes do componente de sinal de alcance 503 e do componente de sinal de identificação de sinal 504 podem ser inversamente relacionadas. Isto pode ser causado por uma fonte de energia limitada sendo utilizada para transmitir tanto o componente de sinal de alcance 503 quanto o componente de sinal de identificação de sinal 504 para a formação.

[0038] Em certas modalidades, uma razão de sinal para ruído necessária para induzir o campo magnético no poço de alvo e receber o campo magnético induzido pode ser determinada. A amplitude do componente de sinal de identificação de sinal 504 pode ser determinada com base, pelo menos em parte, na relação de sinal para ruído e a energia restante pode ser devotada à transmissão do componente de sinal de alcance 504. Em sistemas relativamente calmos, por exemplo, mais energia de uma fonte de energia pode ser devotada ao componente de sinal de alcance 503, aumentando a distância que o sinal variável no tempo assimétrico penetrará na formação, embora ainda fornecendo resolução de sinal no receptor. Em contraste, em sistema relativamente ruidoso, mais energia pode ser devotada ao componente de sinal de identificação de sinal, assegurando que o receptor possa resolver a direção do alvo.

[0039] Além das características de fundo de poço mostradas na Fig. 5, as características de sinal de sinais variáveis no tempo assimétricos podem ser baseadas, pelo menos em parte, em resposta de frequência do objeto de alvo. Por exemplo, alvos diferentes podem ter diferentes características de resposta de frequência. Em particular, os sinais do revestimento de fundo de poço podem ser pequenos para frequências muito baixas e também para frequências muito altas. Se a resposta de frequência do alvo for conhecida, o seu espectro de frequência pode ser modelado e a frequência do sinal variável no tempo assimétrico pode ser selecionada ou alterada em conformidade. Alternativamente, a frequência do sinal variável no tempo assimétrico pode ser baseada numa característica de fundo de poço que é recuperada de uma medição anterior. Por exemplo, frequências com respostas de magnitude muito pequena podem ser aumentadas em magnitude na excitação, enquanto o oposto pode feito para frequências com resposta de magnitude maior para ambos os componentes de sinal de alcance e sinal de identificação de sinal.

[0040] Em certas modalidades, uma taxa de amostragem do campo magnético induzido pode ser determinada com base em pelo menos uma frequência do sinal variável no tempo assimétrico. A taxa de amostragem pode corresponder ao número de medições realizadas pelo receptor. Quando a primeira e a segunda frequências dos respectivos componentes de sinal de alcance e sinal de identificação de sinal mudam, a taxa de amostragem do receptor também pode ser modificada de modo que um número suficiente de amostras seja tomado para refletir precisamente o conteúdo do campo magnético induzido.

[0041] Em certas modalidades, a determinação da taxa de amostragem do campo magnético induzido com base em pelo menos uma frequência do sinal variável no tempo assimétrico pode incluir a redução da taxa de amostragem para uma taxa abaixo da taxa ditada pelo critério de Nyquist. Ao reduzir o número de amostras, o uso de energia pode ser reduzido, como pode a carga de dados transmitidos para a superfície. Como descrito acima, a transmissão de dados para a superfície pode ocorrer por meio de um sistema de telemetria de largura de banda limitada. A redução do número de amostras reduz a carga de dados que deve ser transmitida e pode aumentar a velocidade com a qual as medições de alcance e cálculos serão concluídos.

[0042] Em certas modalidades, a determinação da taxa de amostragem do campo magnético induzido com base em pelo menos uma frequência do sinal variável no tempo assimétrico pode incluir resolver a Equação (7):

em que N é o número de amostras, n é o índice de amostra, ωι e ω2 são as frequências de sinal de alcance e de sinal de identificação de sinal em radianos, respectivos; A e B são as amplitudes de sinal de alcance e de sinal de identificação de sinal, respectivamente; At é o período de uma amostra, φ é a fase relativa entre o sistema de amostragem e o sistema de excitação (pode ou não ser conhecido); Κ(τ) é o kernel de amostragem baseado no sistema de conversor analógico para digital particular utilizado. Dependendo da modalidade, φ pode ou não pode ser conhecido. Se φ for conhecido, ele pode ser usado como uma constante conhecida, em vez de uma variável no problema de minimização. A fim de alcançar uma solução única, 1/At não deve ser perto de um múltiplo inteiro de frequências ω1e ω2.

[0043] Os aspectos da presente divulgação podem ser utilizados tanto quando um conjunto de perfuração estiver girando numa operação de perfuração convencional e quando o conjunto de perfuração estiver estacionário. Como descrito acima, o transmissor e receptor podem ser acoplados a um conjunto de perfuração que está disposto dentro de um poço. Em modalidades em que medições são tomadas enquanto o conjunto de perfuração está girando, a taxa de amostragem pode ser modificada para coincidir com a velocidade de rotação do conjunto de perfuração. Isto pode assegurar que a parte do ruído devida à perfuração apareça no sinal recebido como um desvio da linha de base constante que pode ser removido por filtragem passa alta. Além disso, isto permite a remoção de variações azimutais no sinal recebido devidas à rotação que pode ser indesejável com base na aplicação.

[0044] Adicionalmente, a taxa de amostragem pode ser ajustada, por exemplo, com base em qualquer medição de orientação de ferramenta, tal como medições de magnetômetro ou acelerômetro. Da mesma forma, a taxa de amostragem pode ser modificada para levar em conta escorregamento-prisão na broca de perfuração, para assegurar medições azimutalmente boas. Com base na posição da broca de perfuração medida, na velocidade ou aceleração, a taxa de amostragem pode ser ajustada para manter uma taxa de amostragem espacial constante. Por exemplo, numa condição de escorregamento a taxa de amostragem pode ser aumentada ou na condição de prisão a taxa de amostragem pode ser diminuída. Também é possível realizar as metodologias acima sinteticamente aplicando um algoritmo de correção equivalente em dados de amostragem temporal constantes.

[0045] A Figura 6 é um gráfico que ilustra um sinal variável no tempo assimétrico de exemplo 600 de acordo com aspectos da presente divulgação. Ao contrário do sinal 400, que é senoidal, o sinal 600 compreende uma pluralidade de pulsos formados com comportamento assimétrico. O sinal de pulso formado pode ser caracterizado por características de sinal, tal como largura de transição máxima, mínima e negativa a positiva. Como os sinais senoidais, os pulsos são esperados serem afetados por características de fundo de poço como a função de transferência de frequência do transmissor, receptor e da formação. Em certas modalidades, os pulsos podem ser projetados para anular os efeitos de passa banda descritos acima usando amplitudes muito altas a frequências muito baixas e muito altas. Isto pode reduzir as distorções na forma do sinal recebido para permitir melhor operação de detecção de sinal em níveis de ruído mais altos. Adicionalmente, o pulso pode ser separado do espectro de ruído fazendo uma medição do ruído em tempo real e amplificando frequências que são menos afetadas por ele.

[0046] Portanto, a presente divulgação é bem adaptada para alcançar os fins e as vantagens mencionadas bem como aquelas inerentes à mesma. As modalidades particulares divulgadas acima são ilustrativas apenas, pois a presente divulgação pode ser modificada e colocada em prática de maneiras diferentes, porém equivalentes, pelos versados na técnica tendo o benefício dos ensinamentos deste documento. Mais ainda, nenhuma limitação é pretendida aos detalhes de construção ou projeto mostrados neste documento, que não os descritos nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades ilustrativas particulares divulgadas acima podem ser alteradas ou modificadas e que todas essas variações são consideradas dentro do escopo e do espírito da presente divulgação. Também, os termos nas reivindicações têm seu significado claro e comum, a menos que definido de outra maneira explicitamente e claramente pelo titular da patente. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma” conforme usado nas reivindicações, são definidos neste documento para significar um ou mais de um do elemento que introduzem.

Claims

Método para realizar medições de alcance dentro de uma formação, compreendendo:
transmitir um sinal variável no tempo assimétrico (134, 300, 400, 600) de um transmissor (114) disposto dentro de um poço (106) na formação (102),
caracterizado pelo fato de que o sinal variável no tempo assimétrico compreende uma característica de sinal que é baseada pelo menos em parte numa característica de fundo de poço;
medir num receptor (110) disposto dentro do poço um campo magnético (136) induzido num objeto dentro da formação pelo sinal variável no tempo assimétrico; e
determinar uma direção do objeto do poço com base pelo menos em parte na medição do campo magnético induzido.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
o sinal variável no tempo assimétrico (134, 300, 400, 600) compreende pelo menos um de pulsos formados, uma onda triangular e uma onda senoidal; e
a característica de sinal compreende pelo menos uma de uma frequência, uma forma e uma amplitude do sinal variável no tempo assimétrico.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
o sinal variável no tempo assimétrico (134, 300, 400, 600) compreende um componente de sinal de alcance (503) com uma primeira frequência e um componente de sinal de identificação de sinal (504) com uma segunda frequência; e
a segunda frequência é um múltiplo não inteiro da primeira frequência.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a característica de fundo de poço compreende pelo menos um de: um nível de ruído (502) dentro da formação (102); uma função de transferência de frequência do transmissor (114), do receptor (110) e da formação (102); e uma resposta de frequência do objeto.
Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a característica de sinal compreende pelo menos uma
da primeira frequência;
da segunda frequência;
de uma amplitude do componente de sinal de alcance (503);
de uma amplitude do componente de sinal de identificação de sinal (504);
uma razão de amplitude do componente de sinal de alcance para o componente de sinal de componente de identificação de sinal;
uma fase do componente de sinal de alcance;
uma fase do componente de sinal de identificação de sinal; e
uma diferença de fase entre o componente de sinal de alcance e o componente de sinal de identificação de sinal.
Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que:
a amplitude do componente de sinal de alcance (503) e a amplitude do componente de sinal de identificação de sinal (504) estão inversamente relacionadas; e
a amplitude do componente de sinal de identificação de sinal é determinada com base pelo menos em parte numa razão de sinal para ruído predeterminada.
Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar uma taxa de amostragem do campo magnético induzido com base em pelo menos uma frequência do sinal variável no tempo assimétrico (134, 300, 400, 600).
Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a determinação da taxa de amostragem do campo magnético induzido compreende resolver a seguinte equação:
onde N é o número de amostras, n é o índice da amostra, ωι e ω2 são a primeira frequência e a segunda frequência em radianos, respectivamente; Α e Β são as amplitudes do componente de sinal de alcance (503) e do componente de sinal de identificação de sinal (504); respectivamente; Δί é o período de uma amostra, φ é a fase relativa diferente entre o transmissor e o receptor; e Κ(τ) é o kernel de amostragem de um sistema de conversor de analógico para digital.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
o transmissor (114) e o receptor (110) são acoplados a um conjunto de perfuração (107) disposto dentro do poço (106); e
a medição no receptor do campo magnético induzido (136) compreende determinar uma taxa de amostragem do campo magnético induzido com base numa taxa de rotação do conjunto de perfuração.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o objeto compreende um sub de curva acoplado a um conjunto de perfuração (107) disposto dentro do poço (106).
Sistema (200) para realizar medições de alcance dentro de uma formação, caracterizado pelo fato de que compreende:
um transmissor (114);
um receptor (110);
um processador (201) acoplado comunicavelmente ao transmissor e ao receptor; e
um dispositivo de memória (202, 203) acoplado ao processador, em que o dispositivo de memória contém um conjunto de instruções que, quando executadas pelo processador, fazem o processador:
comandar o transmissor para transmitir para a formação um sinal variável no tempo assimétrico (134, 300, 400, 600), em que o sinal variável no tempo assimétrico compreende uma característica de sinal que é baseada pelo menos em parte numa característica de fundo de poço;
comandar o receptor para medir um campo magnético (136) induzido num objeto dentro da formação pelo sinal variável no tempo assimétrico;
determinar uma direção para o objeto do poço com base pelo menos em parte na medição do campo magnético induzido.
Sistema (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que:
o sinal variável no tempo assimétrico (134, 300, 400, 600) compreende pelo menos um de pulsos formados, uma onda triangular e uma onda senoidal; e
a característica de sinal compreende pelo menos uma de uma frequência, uma forma e uma amplitude do sinal variável no tempo assimétrico.
Sistema (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que:
o sinal variável no tempo assimétrico compreende um componente de sinal de alcance (503) com uma primeira frequência e um componente de sinal de identificação de sinal (504) com uma segunda frequência; e
a segunda frequência é um múltiplo não inteiro da primeira frequência.
Sistema de acordo com uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a característica de fundo de poço compreende pelo menos um de: um nível de ruído (502) dentro da formação; uma função de transferência de frequência do transmissor (114), do receptor (110) e da formação (102); e uma resposta de frequência do objeto.
Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a característica de sinal compreende pelo menos uma
da primeira frequência;
da segunda frequência;
de uma amplitude do componente de sinal de alcance (503);
de uma amplitude do componente de sinal de identificação de sinal (504);
uma razão de amplitude do componente de sinal de alcance para o componente de sinal de componente de identificação de sinal;
uma fase do componente de sinal de alcance;
uma fase do componente de sinal de identificação de sinal; e
uma diferença de fase entre o componente de sinal de alcance e o componente de sinal de identificação de sinal.
Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que:
a amplitude do componente de sinal de alcance (503) e a amplitude do componente de sinal de identificação de sinal (504) estão inversamente relacionadas; e
a amplitude do componente de sinal de identificação de sinal é determinada com base pelo menos em parte numa razão de sinal para ruído predeterminada.
Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que, quando executados por um processador, o conjunto de instruções fazem ainda com que o processador determine uma taxa de amostragem do campo magnético induzido com base em pelo menos uma frequência do sinal variável no tempo assimétrico (134, 300, 400, 600).
Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a determinação da taxa de amostragem do campo magnético induzido compreende resolver a seguinte equação:
onde N é o número de amostras, n é o índice da amostra, ω1 e ω2 são a primeira frequência e a segunda frequência em radianos, respectivamente; A e B são as amplitudes do componente de sinal de alcance (503) e do componente de sinal de identificação de sinal (504); respectivamente; Δt é o período de uma amostra, φ é a fase relativa diferente entre o transmissor e o receptor; e K(τ) é o kernel de amostragem de um sistema de conversor de analógico para digital.
Sistema (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que:
o transmissor (114) e o receptor (110) são acoplados a um conjunto de perfuração (107) disposto dentro do poço (106); e
a medição no receptor do campo magnético induzido (136) compreende determinar uma taxa de amostragem do campo magnético induzido com base numa taxa de rotação do conjunto de perfuração.
Sistema (200) de acordo com a reivindicação 11, aracterizado pelo fato de que o objeto compreende um sub de curva acoplado a um conjunto de perfuração (107) disposto dentro do poço (106).