BR112016026728B1

BR112016026728B1 - Método para corrigir medições e sistema para adquirir dados de magnetômetro e de acelerômetro

Info

Publication number: BR112016026728B1
Application number: BR112016026728-1A
Authority: BR
Inventors: Robert A. Estes; Randy R. Riggs; Francis Chad Hanak; John F. Priest
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US9804288B2; SA516380312B1; WO2015175903A1; CA2948628C; US20150331138A1; EP3143246B1; EP3143246A1; BR112016026728A8; EP3143246A4; CA2948628A1

Abstract

AUTOCALIBRAÇÃO EM TEMPO REAL DE SENSOR COM ORIENTAÇÃO LIMITADA. Trata-se de um sistema, um método e um meio legível por computador para corrigir medições obtidas por uma ferramenta de fundo de poço para erros de medição residuais. Uma ferramenta de fundo de poço que tem pelo menos dois sensores de campo direcionais é disposta em um furo de poço. Os pelo menos dois sensores direcionais são substancialmente ortogonais entre si e a um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de fundo de poço. As medições são obtidas a partir dos pelo menos dois sensores direcionais durante a rotação da ferramenta por pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal da ferramenta. Os erros de medição residuais são determinados para as medições obtidas, e um nível da qualidade selecionado dos erros de medição residuais determinados. Os erros de medição residuais determinados são aplicados às medições obtidas quando os erros de medição residuais determinados são consistentes com o nível da qualidade selecionado. Em várias modalidades, os erros de medição residuais são reduzidos de um primeiro valor que não corresponde ao nível da qualidade selecionado para um segundo valor que é consistente com o nível da qualidade selecionado.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido no U.S. 14/280309, depositado em 16 de maio de 2014, que é incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

ANTECEDENTES DA REVELAÇÃO 1. CAMPO DA REVELAÇÃO

[002] A presente revelação refere-se a medições magnéticas ob tidas em um furo de poço e, em particular, a determinar um erro de medição residual em medições obtidas com o uso de um magnetômetro ou um acelerômetro em um furo de poço.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[003] A exploração de petróleo, em geral, inclui sensores de transporte no fundo de poço para caracterizar as formações de poço inacabado. Os dados de sensor são usados para criar diversos perfis que registram as propriedades da formação. Esses perfis podem ser obtidos ou com o uso de um processo de medir enquanto perfura (MWD), um processo de medir após perfurar (MAD) nos quais os sensores são transportados na coluna de perfuração, ou com o uso de um processo após perfuração no qual os sensores são rebaixados no fundo de poço por cabo, colunas de tubagem ou tubulação (esses últimos três são, em geral, descritos por cabeamento para diferenciação de MWD e MAD). Os sensores como acelerômetros e magnetômetros são, em geral, incluídos no pacote de sensores e são, em geral, usados para determinar a posição dos sensores dentro do fundo de poço independentemente do método de transporte. Esses sensores de acelerômetros e magnetômetros contêm erros de medição que são intrínsecos ao próprio sensor e, no caso do magnetômetro, pode ser devido a fontes magnéticas dentro do sistema de transporte, incluindo alojamentos de sensor. Embora as medições de acelerômetro e de magnetômetro sejam úteis e, em muitos casos necessárias, para operações de perfilagem, cada acelerômetro e magnetômetro incluem diversos erros de medição que afetam essas medições. Esses erros podem ser devidos, por exemplo, à polarização (ou desvio), desalinhamento, localizações axiais diferentes e sensibilidades diferentes dos componentes de acelerômetro e magnetômetro. Portanto, há uma necessidade de reduzir erros de medição nas medições de sensores de poço inacabado, como medições de magnetômetro e acelerômetro.

[004] Os acelerômetros e magnetômetros também são usados para detectar tanto anomalias de gravidade quanto magnéticas. Devido ao fato dos campos magnéticos e gravitacionais serem virtualmente constantes, essas anomalias são, em geral, definidas como inclinações de um modelo de campo padrão, por exemplo, gravidade e modelo de gravidade WGS 84 e o modelo de campo geomagnético internacional, IGRF, da Pesquisa Geológica dos Estados Unidos. As anomalias de gravidade estão, em geral, abaixo da sensibilidade limiar dos acelerômetros usuais usados em sistema de perfilagem típico. No entanto, algumas anomalias magnéticas estão dentro da faixa de sensibilidade dos magnetômetros típicos e se, não corrigidas, em geral, degradam os dados de magnetômetro. Diversos perfis de formação po-dem incluir acelerômetro e medições magnéticas dentro da formação para determinar a localização de formação dentro da subsuperfície. Os magnetômetros podem detectar recursos magneticamente anômalos que podem indicar a presença de material magnético próximo, por exemplo, um invólucro, detritos no poço, ou efeitos paleomagnéticos em grande escala, por exemplo, campo magnético remanescente em vulcões.

SUMÁRIO DA REVELAÇÃO

[005] Em um aspecto, a presente revelação fornece um método de corrigir medições obtidas por uma ferramenta de fundo de poço para erros de medição residuais. O método inclui: dispor a ferramenta que tem pelo menos três conjuntos de cada sensor de campo direcional em um furo de poço, em que o primeiro conjunto contém acelerômetros e o segundo, magnetômetros, em que os pelo menos três sensores direcionais de acelerômetro e magnetômetro são substancialmente ortogonais entre si, dentro de cada conjunto e, de preferência, um eixo geométrico de cada conjunto é paralelo ao eixo geométrico longitudinal da ferramenta de fundo de poço, e cada eixo geométrico de cada conjunto é substancialmente paralelo a um eixo geométrico correspondente no outro conjunto; obter medições dos pelo menos dois conjuntos de sensores direcionais durante todo o deslocamento de perfilagem. Essa configuração fornece um sistema triaxial comum para cada conjunto de sensores, ou um conjunto de sensores comple-to. A partir dos dados de medição, as polarizações de sensor e o campo magnético de ferramenta local podem ser determinados por um método de inversão não linear e usados para corrigir dados de sensor de acelerômetro e magnetômetro.

[006] Em outro aspecto, a partir das medições de sensor corrigi das, com os valores conhecidos do vetor de campo magnético da Terra local, o método de inversão não linear extrai o vetor de campo de anomalia magnética em cada posição de medição. Os dados de anomalia magnética extraídos são registrados no sistema de saída e os dados de anomalia são removidos dos dados magnéticos e esses dados de saída resultantes fornecem a saída para saídas processadas adicionais, por exemplo, inclinação de poço e azimute de poço. Devido às saídas de orientação corrigidas, os vetores de anomalia magnética podem, então, ser transformados no sistema de coordenada da Terra local. A partir dos dados de anomalia magnética, a magnitude e a direção da anomalia magnética são computadas e emitidas para processamento de perfil adicional.

[007] Em ainda outro aspecto, a presente revelação fornece um método de corrigir medições magnéticas obtidas por uma ferramenta de fundo de poço para erros de medição residuais em uma configuração de sensor reduzida. O método inclui: dispor a ferramenta que tem pelo menos dois sensores de campo direcionais em um furo de poço, em que os pelo menos dois sensores direcionais são substancialmente ortogonais entre si e a um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de fundo de poço; obter medições dos pelo menos dois sensores direcionais durante a rotação da ferramenta em pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal da ferramenta; determinar erros de medição residuais para as medições obtidas; selecionar um nível da qualidade dos erros de medição residuais determinados; e aplicar os erros de medição residuais determinados às medições obtidas quando os erros de medição residuais determinados são consistentes com o nível de qualidade selecionado.

[008] Em ainda outro aspecto, a presente revelação fornece um meio legível por computador que tem um conjunto de instruções armazenadas no mesmo que são acessíveis para um processador a fim de habilitar o processador a realizar um método, em que o método de processar inclui o conjunto de sensores completo, o conjunto de sensores reduzidos e/ou a extração de anomalia magnética.

[009] Os exemplos de determinados recursos do aparelho e do método revelados no presente documento são resumidos, de preferência, amplamente a fim de que a descrição detalhada dos mesmos que se segue possa ser mais bem entendida. Certamente, existem recursos adicionais do aparelho e do método revelados doravante no presente documento que irão formar uma matéria das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0010] Para uma compreensão detalhada da presente revelação, as referências devem ser feitas à descrição detalhada a seguir, tomadas em conjunto com os desenhos anexos, em que elementos semelhantes foram fornecidos com números semelhantes e, em que:

[0011] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplificativo 100 que inclui uma coluna de perfuração que tem uma montagem de perfuração fixada a sua extremidade de fundo que inclui um pacote de instrumentos de perfilagem (coluna de perfilagem) que aloja acelerômetros e magnetômetros para realizar medições de aceleração e de campo magnético de acordo com uma modalidade da revelação;

[0012] A Figura 2 mostra uma ilustração esquemática de um sis tema de perfilagem de cabeamento exemplificativo que tem fixado a sua extremidade de fundo um pacote de instrumentos de perfilagem (coluna de perfilagem) que aloja acelerômetros e magnetômetros para realizar medições de aceleração e de campo magnético de acordo com uma modalidade da revelação;

[0013] A Figura 3 ilustra os eixos geométricos de sensor ortogonal para os acelerômetros e magnetômetros uma seção da coluna de perfilagem que inclui o magnetômetro e o acelerômetro;

[0014] A Figura 4 mostra um fluxograma que ilustra um método de reduzir uma polarização de medição realizando-se um Filtro Kalman Estendido em uma modalidade da presente revelação;

[0015] A Figura 5 mostra uma determinação de polarização de magnetômetro de eixo geométrico x obtida com o uso do método de Filtro Kalman Estendido da presente revelação;

[0016] A Figura 6 mostra uma determinação de polarização de magnetômetro de eixo geométrico y obtida com o uso do Filtro Kalman Estendido e os dados de medição de magnetômetro usados em relação à determinação de polarização de magnetômetro de eixo geométrico x correspondente mostrados na Figura 4.

[0017] A Figura 7 mostra um tempo para convergência para obter diversos níveis de precisão da correção de polarização com o uso do método de Filtro Kalman Estendido revelado no presente documento;

[0018] A Figura 8 mostra um evento de medição exemplificativo para calibrar as medições de magnetômetro com o uso de um método de mínimo-máximo da presente revelação;

[0019] A Figura 9 mostra um evento de medição exemplificativo que pode ocorrer devido a diversas condições de fundo de poço difíceis e comportamento de ferramenta de perfuração irregular para o método de mínimo-máximo revelado;

[0020] A Figura 10 mostra um fluxograma que ilustra um método exemplificativo de correção de polarização magnética em uma modalidade da presente revelação;

[0021] A Figura 11 ilustra os efeitos do método de correção de po larização magnética e acelerômetro e correções de anomalia em medições de acelerômetro e de magnetômetro nos campos magnéticos e gravitacionais da Terra computados e na inclinação magnética computada antes e após as correções de dados de medição mostradas para todas as profundidades em um perfil de fundo de poço; e

[0022] A Figura 12 ilustra os efeitos do método de correção de po larização magnética em medições de magnetômetro obtidas a partir de uma coluna de ferramenta com magnetização severa próxima aos sensores de magnetômetro antes e após a correção de espaçamento de todas as profundidades em um perfil de fundo de poço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA REVELAÇÃO

[0023] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplificativo 100 que inclui uma coluna de perfuração que tem uma montagem de perfuração fixada à sua extremidade de fundo que inclui um magnetômetro e um acelerômetro de acordo com uma modalidade da revelação. A Figura 1 mostra uma coluna de perfuração 120 que inclui uma montagem de perfuração ou montagem de furo de fundo ("BHA") 190 transportada em um furo de poço 126. O sistema de perfuração 100 inclui uma torre convencional 111 erguida em uma plataforma ou piso 112 que sustenta uma mesa giratória 114 que é girada por um acionador principal, como um motor elétrico (não mostrado), em uma velocidade de rotação desejada. Uma tubagem (como um tubo de perfuração articulado) 122, que tem uma montagem de perfuração 190 fixada a essa extremidade de fundo se estende da superfície para o fundo 151 do furo de poço 126. Uma broca de perfuração 150, fixada à montagem de perfuração 190, desintegra as for-mações geológicas quando a mesma é girada para perfurar o furo de poço 126. A coluna de perfuração 120 é acoplada a um guincho de perfuração 130 por meio de uma articulação Kelly 121, uma junta articulada 128 e uma linha 129 através de uma polia. Um guincho de perfuração 130 é operado para controlar o peso sobre broca ("WOB"). A coluna de perfuração 120 pode ser girada por um top drive (não mostrado) ao invés do acionador principal e da mesa giratória 114. A operação do guincho de perfuração 130 é conhecida na técnica e não é, desse modo, descrita em detalhes no presente documento.

[0024] Em um aspecto, um fluido de perfuração adequado 131 (também referenciado como "lama") a partir de uma fonte 132 do mesmo, como um tanque de lama, é circulado sob pressão através da coluna de perfuração 120 por uma bomba de lama 134. O fluido de perfuração 131 passa da bomba de lama 134 para o interior da coluna de perfuração 120 por meio de um amortecedor de surtos de pressão 136 e da linha de fluido 138. O fluido de perfuração 131a do tubo de perfuração é descarregado no fundo do furo de poço 151 através de aberturas na broca de perfuração 150. O fluido de perfuração de retorno 131b circula poço acima através do espaço anular 127 entre a coluna de perfuração 120 e o furo de poço 126 e retorna para o tanque de lama 132 por meio de uma linha de retorno 135 e de uma tela de corte de perfuração 185 que remove os detritos de perfuração 186 do fluido de perfuração de retorno 131b. Um sensor S1 na linha 138 fornece informações sobre a taxa de fluxo de fluido. Um sensor de torque de superfície S2 e um sensor S3 associados à coluna de perfuração 120 fornecem informações sobre o torque e uma velocidade de rotação da coluna de perfuração 120. A taxa de penetração da coluna de perfuração 120 pode ser determinada pelo sensor S5, enquanto o sensor S6 pode fornecer uma carga no gancho da coluna de perfuração 120.

[0025] Em algumas aplicações, a broca de perfuração 150 é gira da apenas girando-se o tubo de perfuração 122. No entanto, em outras aplicações, um motor de furo de poço 155 (motor de lama) disposto na montagem de perfuração 190 também gira a broca de perfuração 150. A taxa de penetração ("ROP") para uma determinada broca de perfuração e BHA depende amplamente do WOB ou da força de empuxo sobre a broca de perfuração 150 e de sua velocidade de rotação.

[0026] Uma unidade de controle de superfície ou controlador 140 recebe sinais dos sensores e dispositivos de furo de poço por meio de um sensor 143 colocado na linha de fluido 138 e sinais dos sensores S1 a S6 e de outros sensores usados no sistema 100 e processa tais sinais de acordo com instruções programadas fornecidas por um programa à unidade de controle de superfície 140. A unidade de controle de superfície 140 exibe parâmetros de perfuração desejados e outras informações em um visor/monitor 141 que é utilizado por um operador para controlar as operações de perfuração. A unidade de controle de superfície 140 pode ser uma unidade baseada em computador que pode incluir um processador 142 (como um microprocessador), um dispositivo de armazenamento 144, como uma memória de estado sólido, fita ou disco rígido ou outro meio de armazenamento não transitório e um ou mais programas de computador 146 no dispositivo de ar-mazenamento 144 que são acessíveis ao processador 142 para executar instruções contidas em tais programas. A unidade de controle de superfície 140 pode se comunicar adicionalmente com uma unidade de controle remota 148. A unidade de controle de superfície 140 pode processar dados relacionados às operações de perfuração, dados dos sensores e dispositivos sobre a superfície, dados recebidos do fundo de poço e pode controlar uma ou mais operações dos dispositivos de superfície e de fundo de poço.

[0027] A montagem de perfuração 190 também pode conter sen sores ou dispositivos de avaliação de formação (também referenciados como sensores de medição durante a perfuração, "MWD" ou de perfilagem durante a perfuração, "LWD") que determinam resistividade, densidade, porosidade, permeabilidade, propriedades acústicas, propriedades de ressonância magnética nuclear, propriedades corrosivas dos fluidos ou da formação de furo de poço, sal ou teor de sal, e outras propriedades selecionadas da formação 195 que envolve a montagem de perfuração 190. Tais sensores são geralmente conhecidos na técnica e, por conveniência, são indicados geralmente no presente documento pelo número 165. A montagem de perfuração 190 pode incluir adicionalmente uma variedade de outros sensores e dispositivos de comunicação 159 para controlar e/ou determinar uma ou mais funções e propriedades da montagem de perfuração (como velocidade, vibração, momento de inclinação, aceleração, oscilações, giro, aderênciadeslizamento, etc.) e parâmetros de operação de perfuração, 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. O BHA 190 pode incluir adicionalmente diversos instrumentos de pesquisa que determinam uma localização e orientação da coluna de perfuração 120 no furo de poço 126. Em diversas modalidades, esses instrumentos podem incluir um magnetômetro 167 e um acelerômetro 169, conforme mostrado na Figura 2. Um sistema de cabeamento para realizar medições de perfilagem é discutido abaixo em relação à Figura 9.

[0028] O método de correção de sensor de orientação pode ser usado em um sistema de cabeamento (bem como em sistemas de perfilagem durante a perfuração (LWD) e medição durante a perfuração (MWD)) para determinar uma correção de polarização de ferramenta sobre uma profundidade de perfilagem. A Figura 9 mostra uma ilustração esquemática de um sistema de perfilagem de cabeamento exemplificativo 900. O sistema 900 é mostrado incluindo um instrumento ou ferramenta de perfilagem 910 transportado em um fundo de poço ou furo de poço 901 formado em uma formação de Terra 913. A ferramenta 910 pode ser transportada para o interior do fundo de poço 901 por qualquer membro adequado 914, como um cabo blindado elétrico (também referenciado como "cabeamento"), um tubaria, uma tubulação espiralada, etc. O membro de transporte 914 pode ser transferido em um guincho 917 ou dispositivo similar conhecido na técnica. O membro de transporte 914 pode ser transportado para o interior do fundo de poço 901 com o uso de uma plataforma ou sonda 915 na superfície. O membro de transporte 914 é conectado eletricamente a uma extremidade a uma unidade de controle de superfície 990 e na outra extremidade à ferramenta 910. A unidade de controle 990 pode ser um sistema baseado em computador configurado para processar dados ou sinais fornecidos pela ferramenta 910 para avaliar um ou mais parâmetros de interesse, enviar sinais de comando para diversos componentes da ferramenta 910 e, em geral, controlar a operação da ferramenta 910. A unidade de controle 990 inclui um processador 992, um dispositivo de armazenamento de dados 194 e programas para processar dados e controlar as operações da ferramenta 910. A unida de de controle 910 também pode incluir uma unidade de exibição e periféricos para inserir dados e para fornecer uma interface humana. Um sistema de telemetria 912 pode ser usado para estabelecer comunicação de dados bidirecional entre a ferramenta 910 e o controlador 990. A unidade de controle 990 a ferramenta 910 também podem incluir, respectivamente, uma decodificação de sinal e unidades de interpretação 998 e 916 e unidades de registro 994 e 918. A ferramenta 910 também pode incluir uma unidade de controle 970, que pode incluir adicionalmente um processador 972 (como microprocessador), dispositivo de armazenamento de dados 974, como uma memória de estado sólido e programas de computador 976 configurados para serem usados pelo processador 972 para executar instruções contidas em tais programas 976. Os sinais transmitidos pela ferramenta 910 para a unidade de controle de superfície 990 e os sinais transmitidos pela unidade de controle 990 para a ferramenta 910 são decodificados, interpretados, registrados e processados por suas respectivas unidades de controle. A ferramenta 910 inclui adicionalmente um magnetômetro exemplificativo 924 como o magnetômetro triaxial da Figura 2. Também é mostrado um acelerômetro exemplificativo 922, como o magnetômetro triaxial da Figura 2. As medições de medições de magnetômetro e/ou de acelerômetro podem ser obtidas durante uma operação de perfilagem do sistema de cabeamentos ou durante uma execução da ferramenta de cabeamentos do fundo de poço.

[0029] A Figura 2 ilustra uma seção do BHA 190 que inclui o magnetômetro 167 e o acelerômetro 169. O magnetômetro 167 pode ser um magnetômetro triaxial que tem magnetômetros (mx, my, mz) alinhados de modo ortogonal entre si. O magnetômetro triaxial inclui um magnetômetro orientado por z mz 206 direcionado ao longo do eixo geométrico longitudinal da coluna de perfuração e dois magnetômetros (por exemplo, o magnetômetro x mx 204 e o magnetômetro y my 205) orientados de modo transversal ao eixo geométrico longitudinal 210 da coluna de perfuração. De modo similar, o acelerômetro 169 pode ser um acelerômetro triaxial com três acelerômetros (ax, ay, az) orientados de modo ortogonal entre si. O acelerômetro triaxial 202 pode incluir um acelerômetro az 203 orientado ao longo de um eixo geométrico z (eixo geométrico longitudinal 210) da coluna de perfuração e dois acelerômetros (acelerômetro x ax 201 e acelerômetro y ay 202) orientados de modo transversal ao eixo geométrico longitudinal 210 da coluna de perfuração. As medições de acelerômetro e de magnetômetro podem ser usadas para determinar uma localização do BHA 190 e/ou da broca de perfuração 150, uma inclinação da coluna de perfuração 120, uma orientação azimutal da coluna de perfuração 120 (por exemplo, ângulo de face de ferramenta) e diversas outras medições de pesquisa. Em geral, as medições de acelerômetro (ax, ay, az) e as medições de magnetômetro (mx, my, mz) podem ser feitas durante uma revolução da coluna de perfuração 120 em torno de seu eixo geométrico longitudinal. As medições estão, em geral, em uma frequência de amostragem relativamente rápida a fim de obter um número aceitável de medições durante uma única revolução ao BHA 190.

[0030] Os magnetômetros 167 e os acelerômetros 169 podem in cluir erros de sensor sistêmicos que distorcem as medições do acelerômetro e/ou do magnetômetro fornecendo, desse modo, erros de medição residuais. Os erros de sensor sistêmicos podem ser relacionados a diversos fatores, incluindo: polarização ou desvio, sensibilidades de sensor diferentes (fatores de escala), diferenças nas localizações axiais dos componentes de magnetômetro e/ou o componentes de acelerômetro, erros de desalinhamento, etc. Os métodos revelado no presente documento podem ser usados para determinar correções de sensor de ferramenta que podem ser usadas para corrigir as medições de magnetômetro e/ou de magnetômetro para erros de ferramenta sistêmicos. As autocalibrações nesse método são de escopo limitado em comparação a uma calibração de laboratório completa.

[0031] Nos diversos métodos de correção de polarização de fer ramenta revelado no presente documento, os erros de sensor sistêmicos, como uma polarização de magnetômetro ou uma polarização de acelerômetro, podem ser determinados para estar dentro de uma precisão selecionada anteriormente para aplicar a polarização determinada para corrigir medições de magnetômetro e/ou de acelerômetro. A presente revelação pode incluir reduzir o erro de medição residual (polarização de ferramenta) de um primeiro valor fora de um limiar de qualidade selecionado para um segundo valor que está dentro do limiar de qualidade selecionado, com o uso de qualquer um dos métodos revelados no presente documento. Por exemplo, em uma modalidade, um Filtro Kalman Estendido pode ser usado para obter uma polarização de ferramenta de magnetômetro dentro de um valor limiar selecionado. Em outra modalidade, um método de mínimo-máximo pode ser usado para determinar valores mínimo e máximo de medições de magnetômetro durante uma revolução completa da coluna de perfuração permitindo, desse modo, uma correção de polarização de ferramenta com base em valores mínimo e máximo. Em uma terceira modalidade, medições de pesquisa obtidas a partir de medições de acelerômetro e de magnetômetro podem ser usadas para transformar medições de magnetômetro de um sistema de coordenada baseado na Terra em um sistema de coordenada baseado em ferramenta no qual a polarização de ferramenta é um valor constante e pode, portanto, ser determinado. A polarização de ferramenta determinada é, então, usada para corrigir as medições de pesquisa. Um circuito interativo pode ser estabelecido, no qual as medições de pesquisa corrigidas são usadas para transformar novamente as medições do sistema de coordenada baseado na Terra para o sistema de coordenada baseado em ferramenta, permitindo que uma próxima iteração de polarização de ferramenta seja determinada no sistema de coordenada baseado em ferramenta. A correção de polarização de ferramenta pode ser repetida para um número selecionado de iterações ou até a polarização de ferramenta determinada ser menor que um valor limiar selecionado. As diversas modalidades são discutidas em detalhes adicionais abaixo. AUTOCALIBRAÇÃO DE FERRAMENTA COM O USO DE GRAVIDADE DA TERRA LOCAL E CAMPO MAGNÉTICO

[0032] Em uma modalidade, a polarização de ferramenta pode ser determinada como um resultado de transformar valores padrão de gravidade da Terra e campo magnético da Terra de um quadro de referência baseado em Terra em um quadro de referência baseado em ferramenta com o uso de variáveis de transformação que têm como base as medições de medições de magnetômetro e/ou de acelerômetro de um par de sensores de magnetômetro e acelerômetro triaxiais ortogonais. Uma vez que os componentes dos valores padrão do campo magnético e do acelerômetro são obtidos no quadro de referência baseado em ferramenta, os mesmos podem ser comparados aos valores medidos de gravidade da Terra e campo magnético da Terra obtidos com o uso do acelerômetro 169 e do magnetômetro 167. As diferenças entre os valores padrão e os valores medidos podem, portanto, gerar vetor de polarização de sensor de ferramenta, desalinhamento e correções de fator de escala. Essas correções de sensor determinadas podem ser usadas para corrigir medições de acelerômetro e de magnetômetro e, adicionalmente, para corrigir ou ajustar as variáveis de transformação. Essas variáveis de transformação ajustadas podem, então, ser usadas para realizar outra transformação dos valores padrão do campo gravitacional da Terra e do campo magnético da Terra no quadro de referência de ferramenta a fim de convergir de modo iterativo para uma solução para as correções de sensor de ferramenta.

[0033] As definições, suposições e observações a seguir são usa das no presente documento: DEFINIÇÕES:

[0034] Os campos da Terra, conforme definido nos modelos de campo principal da Terra selecionados, são assumidos como sendo exatos, por exemplo, sistema Geodésico Mundial 1984, WGS-84, mantido pela Agência de Mapeamento e Imagens Nacional dos EUA, NIMA, e o Campo de Referência Geomagnético Internacional, IGRF, mantido pela Pesquisa Geológica dos EUA, USGS.

[0035] Quaisquer diferenças de campo medidas serão descritas por anomalias.

[0036] Os campos da Terra sempre serão precedidos por "da Ter ra", como em campo magnético da Terra.

[0037] As medições de acelerômetro, incluindo aceleração de sen sor serão referenciadas como campo gravitacional do ponto de observação de acelerômetro, o campo gravitacional e a aceleração são indistinguíveis.

[0038] As medições de magnetômetro serão referenciadas como campo magnético. • SUPOSIÇÕES:

[0039] Os campos da Terra são constantes durante o tempo de duração e faixa espacial do deslocamento de perfilagem.

[0040] As anomalias magnéticas locais são constantes durante a duração do deslocamento de perfilagem.

[0041] Os erros de sensor sistêmicos, incluindo a magnetização de coluna de ferramenta, são constantes durante o deslocamento de perfilagem. OBSERVAÇÕES:

[0042] Os campos da Terra são constantes no sistema de coorde nada da Terra local.

[0043] Os erros de sensor sistêmicos são constantes no sistema de coordenada de sensor, a menos que especificado de outro modo.

[0044] A Figura 10 mostra um fluxograma 1000 que ilustra um mé todo exemplificativo de extração de anomalia magnética em uma modalidade da presente revelação. Na caixa 1002, os valores padrão do campo magnético da Terra e/ou do campo gravitacional da Terra são obtidos. Por exemplo, o campo magnético da Terra pode ser um valor conhecido estimado a partir da latitude e da longitude no Campo de Referência Geofísica Internacional (IGRF) ou outro valor adequado. Na caixa 1004, as medições de campo magnético e as medições de campo gravitacional são obtidas com o uso do magnetômetro e do acelerômetro do sistema de cabeamento. As medições de campo magnético e as medições de campo gravitacional estão em um quadro de referência baseado em ferramenta. Na caixa 1006, as medições de campo magnético e medições de campo gravitacional obtidas são usadas para deter-minar variáveis de orientação e direção da coluna de perfuração. Essas variáveis podem incluir a inclinação da ferramenta, o rolamento relativo da ferramenta e o azimute de furo de poço (AZ) (ou o azimute de desvio de cabeamento). Visto que, essas variáveis são determinadas de modo experimental, as mesmas têm um erro que pode ser devido, por exemplo, à polarização de ferramenta ou erro de medição residual.

[0045] Os ângulos, como a inclinação (DEV) (afastamento de cabeamento) e rolamento relativo (RB) para o lado alto da ferramenta podem ser computados com o uso de medições de acelerômetro. A inclinação é um ângulo entre a vertical e o furo de poço no ponto de medição. O rolamento relativo é o ângulo entre a coluna da ferramenta definida no eixo geométrico x e no lado alto da ferramenta. O azimute horizontal (HAZI) (cabeamento AZ) pode ser definido como uma projeção do vetor magnético na face de ferramenta (isto é, o local perpendicular ao eixo geométrico z) no plano horizontal local. Serão usadas as convenções de LWD, em vez das convenções de cabeamento, exceto para a inclinação de LWD, em que DEV será usado para evitar qualquer confusão relacionada à inclinação magnética. O azimute de furo de poço ou azimute de desvio (AZ) é a projeção do eixo geométrico z do fundo de poço no plano horizontal. Esses ângulos de referência estão relacionados pelas equações:

[0046] que podem ser usadas como uma verificação de consistên cia nos dados de orientação. Os dados de orientação podem ser computados a partir dos dados de acelerômetro brutos com o uso de, por exemplo, um sistema de coordenada para a direita, leste y, norte x, para baixo z. A inclinação pode ser fornecida por:

[0047] O rolamento relativo (RB) pode ser fornecido por:

[0048] O azimute pode ser fornecido por:

[0049] em que

[0050] e

[0051] em que (ax, ay, az) e (mx, my mz) são os valores de compo nente medidos de aceleração e resistência de campo magnético, res-pectivamente, em cada posição de amostra no sistema de coordenada de ferramenta. ‘A’ é a magnitude da aceleração, que representa a ace-leração devido à gravidade. A fonte em itálico e negrito indica um vetor. Uma fonte normal em negrito irá indicar uma matriz.

[0052] Nas equações (1) a (6), os componentes magnéticos e de aceleração medidos são assumidos como sendo precisos (após a fil-tragem de componente de acelerômetro, se necessário). No entanto, erro de sensor sistêmico, aceleração de sensor ou outra fonte magnética próximos aos sensores afetam a estimativa do azimute de furo de poço, resistência de campo magnético e inclinação magnética. Os campos medidos são a soma de vetores dos campos da Terra, □ (gravidade), B (campo magnético) e os erros de sensor sistêmicos e aceleração de ferramenta ou campo de gravidade anômalo □ e campo de magnético anômalo b no sensor.

[0053] As medições de sensor são realizadas no sistema de coor denada de corpo de ferramenta. Os eixos geométricos x e y são per-pendiculares ao eixo geométrico longitudinal da ferramenta enquanto o eixo geométrico z é paralelo ao eixo geométrico longitudinal da ferra-menta que forma um sistema de coordenada do lado direito. O eixo geométrico z positivo aumenta na direção de furo de poço, ou seja, z positivo aumenta a profundidade. O método desta revelação estima o valor dos vetores de correção a e b.

[0054] Devido aos erros de sensor sistêmicos, as orientações computadas, o azimute de furo de poço e a inclinação magnética estão em erro nas Equações (1) a (6). As Equações (4) e (6) podem ser mo-dificadas para obter as Equações (9) e (10), como a seguir:

[0055] com o uso das substituições a seguir:

[0056] Uma complicação adicional ocorre devido ao fato de que os componentes conhecidos dos campos da Terra não são conhecidos no sistema de coordenada de ferramenta. Obter os valores para os compo-nentes do campo da Terra no sistema de coordenada de ferramenta exi-ge diversas rotações. Primeiro, há uma rotação do sistema de coordena-da de nordeste-para baixo magnética da Terra sobre o eixo geométrico z pelo ângulo de azimute, Φ, para alinhar o eixo geométrico y do sistema de coordenada da Terra com o eixo geométrico y do furo de poço em um quadro de referência vertical local. Segundo, há um giro de rotação sobre um afastamento de poço, , (Equação (2)) para alinhar o eixo geométrico z do sistema de coordenada da Terra girado com o fundo de poço. Ter-ceiro, há uma rotação sobre o eixo geométrico z de coluna de ferramenta pelo rolamento relativo para o lado alto, , para alinhar o sistema de co-ordenada da Terra girado com os eixos geométricos x e y de ferramenta. Nesse ponto, se o vetor de correção for zero, por exemplo, b = (0,0,0), as medições dos campos pela ferramenta são iguais ao campo da Terra conforme projetado na coordenada de ferramenta para dentro dos limites de precisão e ruído dos sensores. Em geral, no entanto, o vetor de corre-ção não será zero e o vetor de distúrbio magnético é suficientemente grande para ocasionar erros direcionais.

[0057] Na caixa 1008, os valores padrão do campo magnético da Terra e o campo gravitacional da Terra são transformados do quadro de referência com centro na Terra no quadro de referência baseado em ferramenta com o uso dos ângulos determinados δ,Φ,Φ e θ determinados a partir das Equações (1) a (6). A transformação dos valores padrão do campo magnético da Terra no sistema de coordenada de ferramenta pode ser fornecida por vetores de rotação padrão:

[0058] em que R são matrizes de rotação ortonomadas e 7 é um vetor de unidade na direção do campo magnético da Terra no sistema de coordenada da Terra local e depende da inclinação magnética, que é, 7(0) = (cos(θ'),0,sin(θ')'). De modo similar, a transformação do valor padrão do campo gravitacional no sistema de coordenada de ferramenta pode ser fornecida por

[0059] em que G é um vetor de unidade na direção do campo gravitacional da Terra no sistema de coordenada da Terra local e define abaixo, que é G = (0,0,1).

[0060] Na caixa 1012, os componentes do primeiro vetor de corre ção de polarização determinado são aplicados às medições de magnetômetro e acelerômetro para corrigir essas medições para polarização de ferramenta. Na caixa 1014, uma determinação é feita de se as medições de polarização de ferramenta determinada convergiram para dentro de um valor selecionado. A polarização de ferramenta determinada pode ser comparada a um valor limiar selecionado. De modo alternativo, visto que o método descrito pelo fluxograma 1000 é um processo iterativo, a polarização de ferramenta determinada pode ser comparada a uma polarização de ferramenta determinada para uma ou mais iterações anteriores. Além disso, o processo aceita uma correção de polarização de ferramenta que é obtida após um número predeterminado de iterações do método de fluxograma 1000.

[0061] Se a polarização de ferramenta for considerada como tendo convergido para dentro de um valor selecionado, então, o processo termina na caixa 1018. De outro modo, o processo continua na caixa 1016, em que as variáveis de transformação, isto é, δ, Φ, Φ e θ são recalculadas com o uso dos valores das medições de magnetômetro da ferramenta e medição de acelerômetro corrigidas para a polarização de ferramenta determinada. O processo, então, retorna para a caixa 1008 na qual os valores padrão são, mais uma vez, transformados no quadro de referência baseado em ferramenta. CAMPO GRAVITACIONAL DA TERRA EM COORDENADAS DE FERRAMENTA

[0062] Conforme discutido no presente documento, o termo usado para descrever a gravidade da Terra é a resistência de campo gravitacional. A resistência de campo gravitacional e a aceleração devido à gravi-dade descrevem a mesma quantidade física. No entanto, a aceleração devido à gravidade pode ter um significado mais restrito para alguns leitores. Por exemplo, a aceleração média global devido à gravidade para a Terra (9,80665 m/s2). Uma determinação local de latitude é dependente da aceleração devido à gravidade no nível do mar médio.

[0063] Em geral, o campo gravitacional é conhecido em um sistema de coordenada da Terra, enquanto as medições de acelerômetro são obtidas em um sistema de coordenada de ferramenta. O processamento dos dados de acelerômetro é entendido como para transformar dados em um mesmo sistema de coordenada. Como com os dados de magnetômetro discutidos acima no presente documento, as informações de ori-entação são afetadas pelas polarizações de acelerômetro.

[0064] O método no presente documento gira o vetor de gravidade de seu sistema de coordenada da Terra natural no sistema de coorde-nada de ferramenta. Primeiro, há uma rotação sobre o eixo geométrico y pelo afastamento para alinhar o Terra eixo geométrico z com o fundo de poço. Então, há uma rotação sobre o eixo geométrico z pelo rolamento relativo para alinhar o quadro de Terra com o sistema de coordenada de corpo de ferramenta (δ = fundo de poço afastamento, ^= azimute de desvio de fundo de poço). Essas rotações são mostradas abaixo na Equação (13):

[0065] em que G é um vetor de unidade na direção do campo magnético, e o R são matrizes de rotação e são expandidos abaixo, é o rolamento relativo para o lado alto, é o afastamento e é o azimute.

[0066] Expandindo-se

[0067] Essa equação fornece os componentes de eixo geométrico x, y e z do campo de gravidade da Terra no sistema de coordenada de corpo de ferramenta, em que

[0068] são os componentes do campo da Terra no sistema de co ordenada de ferramenta.

[0069] O campo magnético da Terra, em um sistema de coorde nada para baixo z, norte, magnético pode ser representado por uma magnitude e uma inclinação como

[0070] no sistema de coordenada da Terra local, que é, norte mag nético x, leste magnético y, para baixo z, (NED) em que Be é a magnitude da resistência de campo magnético da Terra e θ é a inclinação magnética na localização de interesse. O campo magnético da Terra pode ser estimado a partir da latitude e da longitude no Campo de Referência Ge-ofísica Internacional, (IGRF) que é atualizado a cada cinco anos pela Pesquisa Geológica dos EUA, ou o Modelo Geomagnético Geológico Britânico, BGGM, que é atualizado anualmente e outros. Ou o campo pode ser medido na localização de interesse com o uso de métodos co-nhecidos de poço. Com a escolha de um sistema de norte magnético, certamente, não há componente de eixo geométrico y. CAMPO MAGNÉTICO DA TERRA EM COORDENADAS DE FERRA-MENTA

[0071] Para obter o campo magnético da Terra no sistema de coor denada de ferramenta, um primeiro gira sobre o eixo geométrico z pelo azimute, Φ, para alinhar o sistema de coordenada do eixo geométrico y da Terra com o eixo geométrico y de poço. Então, um gira sobre o eixo geométrico y pelo afastamento para alinhar o eixo geométrico z da Terra com o fundo de poço. Então, um gira sobre o eixo geométrico z pelo ro-lamento relativo para alinhar o quadro de Terra com o sistema de coor-denada de corpo de ferramenta. (5= afastamento de fundo de poço, Φ= azimute de fundo de poço, Φ= rolamento relativo para o lado alto θ= in-clinação magnética). Tais rotações são mostradas na Equação (18):

[0072] em que I é um vetor de unidade na direção do campo mag-nético, e o R são matrizes de rotação e são expandidas abaixo. Φ é o rolamento relativo para o lado alto, δ é o afastamento, Φ é o azimute e θ é a inclinação magnética.

[0073] Expandindo-se

[0074] Continuando a expansão

[0075] Continuando adicionalmente a expansão, a Equação (20) é obtida.

[0076] A Equação (20) fornece os componentes de eixo geométri co x, y e z do campo magnético da Terra no sistema de coordenada de corpo de ferramenta, em que

[0077] são os componentes do campo da Terra no sistema de co ordenada de ferramenta. PROPRIEDADES DE DADOS MEDIDOS, SISTEMA DE COORDENADA DE CORPO DE FERRAMENTA

[0078] As medições do campo magnético podem ser obtidas em um sensor triaxial ortogonal com eixos geométricos x e y ortogonais perpen-diculares a um eixo geométrico longitudinal do instrumento, e com o eixo geométrico z paralelo ao eixo geométrico longitudinal. Os sensores defi-nem um sistema de coordenada para direita com z que aumenta em uma direção de furo de poço. Em geral, o eixo geométrico x é definido como a referência de rotação de ferramenta. Uma medição com tal sistema resul-ta na medição de campo magnético de vetor M = Mxi' + MyJ + Mzk’

[0079] em que i’, j’, e k’ são vetores de unidade no corpo de ferra menta.

[0080] Para medições afetadas por polarização de magnetômetro e/ou ferramenta (ou coluna de ferramenta), os campos magnéticos de furo de poço ou campos paleomagnéticos, um componente de campo de vetor adicional é adicionado ao campo medido. Esse campo de vetor adicional é um vetor de correção magnético e é fornecido pela Equação (22):

[0081] A Equação (22) inclui erros de polarização magnética, erros sistêmicos de campo magnético e anomalias de campo locais em um único termo.

[0082] Desse modo, a medição do campo magnético da Terra po de ser:

[0083] fornecer um campo magnético medido corrigido.

[0084] Quando o sensor de magnetômetro triaxial é combinado com um subsistema de acelerômetro triaxial, em que cada acelerômetro é paralelo a um dos eixos geométricos de magnetômetro, as medições adicionais da aceleração devido à gravidade podem ser determinadas. Visto que o vetor de gravidade e os vetores magnéticos de Terra normalmente apontam para direções diferentes (exceto muito próximas aos polos magnéticos), os vetores de gravidade e magnéticos podem ser usados para definir um sistema de coordenada local que pode ser determinado pelas medições de sensor, por exemplo, sistema de coordenada leste, norte magnético, para baixo z.

[0085] As Equações para medições de acelerômetro são similar mente diretas:

[0086] em que A é a magnitude da magnitude medida do campo gravitacional. A é a aceleração medida devido ao vetor de gravidade. No entanto, acelerômetros físicos, em geral, têm fontes de erro sistêmicos, a. Esses erros sistêmicos modificam a aceleração medida de modo similar aos erros sistêmicos de magnetizador discutidos acima. Desse modo, as medições de aceleração corrigidas podem ser escritas como:

[0087] em que é uma resistência de campo gravitacional verda deira, A é uma resistência de campo gravitacional medida, e a é um vetor de correção para os acelerômetros. O vetor de correção para a resistência de campo gravitacional pode, desse modo, ser fornecido por

[0088] A magnitude do vetor de correção para o campo gravitacional pode, portanto, ser fornecido como:

[0089] em que Ax,Ay e Az são as medições de acelerômetro individuais e ax, ay e az são os componentes do vetor de correção. A inclinação de ferramenta a partir de vertical com polarização de acelerômetro é, então, escrita como:

[0090] e o ângulo de rotação para o lado alto se torna:

[0091] Visto que o vetor de gravidade da Terra e os vetores mag néticos normalmente apontam para direção diferente, (exceto muito próxima aos polos magnéticos) os vetores de gravidade e magnéticos podem ser usados para definir um sistema de coordenada leste, norte magnético, para baixo z, NED. Com esses dois sistemas de coordenada definidos, a inclinação magnética e o azimute de furo de poço podem ser determinados. A inclinação magnética pode ser usada como uma verificação de qualidade uma vez que as polarizações de ferramenta foram solucionadas.

[0092] Em uma modalidade, o campo medido da Terra é corrigido para substancialmente igual ao campo da Terra. A partir da Equação (23)

[0093] A partir da Equação (28):

[0094] As Equações (32) e (33) podem ser solucionadas para es timar os vetores de correção a e b. as fontes de erro sistêmicos e a aceleração e campo magnéticos anômalos são contidos nos termos de correção. No entanto, os vetores a e b também aparecem em cálculos da orientação de sensor. Desse modo, a magnitude do erro depende da magnitude dos vetores de correção de sensor. Isso pode ser formalizado em uma equação de matriz da forma

[0095] em que D é um vetor de dados, é um operador de matriz e a é um vetor de correção. Visto que estão sendo feitas essas três me-dições independentes, o vetor de dados D tem dimensões de matriz Nx3 (N fileiras e 3 colunas), em que N é o número de pontos de dados. Visto que há interesse na solução para o vetor de modelo, a, pode-se inverter a Equação (33) para obter:

[0096] a inversão mostrada na Equação (33) é, em geral, uma in versão não linear. No entanto, um problema inverso linear pode ser constituído como o inverso de Lanczos generalizados:

[0097] Um vetor residual é definido para acelerômetros como a seguir:

[0098] Um vetor residual é definido para magnetômetros como a seguir:

[0099] em que G e B são as magnitudes dos campos magnético e gravitacional da Terra, respectivamente. E o vetor residual ε é o erro para cada componente dos vetores de dados e pode ser representado como ou um arranjo de Nx3 ou vetor de 3Nx1. As Equações (37) a (40) podem ser combinadas em um único modelo de seis parâmetros. Os métodos revelados no presente documento reduzem ou minimizam erro residual. Usar uma terminologia não específica da forma das Equações (37) e (38), a magnitude do erro pode ser computada por uma soma dos quadrados dos erros em cada componente, que na notação de matriz é fornecida por εTε. A condição para um mínimo é:

[00100] em que os derivados implicam em diferenciação parcial sobre os componentes do vetor de modelo a. A Equação (37) pode ser solucionada, com o uso do método de Levenberg-Marquardt

[00101] em que Jé o Jacobiano, I é a matriz de identidade, A é um parâmetro de amortecimento escalar não negativo, e a equação é ava-liada na iteração késima e Pk é a direção de etapa na iteração késm. Quanto maior for A, maior o efeito de amortecimento. A escolha para o parâmetro de amortecimento é subjetiva e conjunto de dados dependente, e pode variar nominalmente de zero a muito grande (matematicamente, até o infinito). A Jacobiana é definida como:

[00102] em que M é o número de parâmetros de modelo e a Jacobiana é avaliada em cada ponto de dados i. O problema pode ser solucionado de modo recursivo com o uso da relação de recursão

[00103] em que m é um contador de iteração, À é um fator de amor-tecimento, e Δa é um vetor de atualização. A nova estimativa de modelo se torna

[00104] e a estimativa inicial para a é uma suposição educada. A suposição é normalmente com base em algum conhecimento dos valores de solução esperados e a faixa de valores esperada para uma solução. O método itera até que o vetor residual alcance alguma tolerância predeterminada, ou a contagem de iteração foi excedida, no caso em que a solução não converge ou foi convergida muito lentamente. O fator de amortecimento X tem o efeito de um filtro passa-baixo e reduz a variabilidade do modelo de iteração para iteração, e ajuda a estabilizar a solução.

[00105] A partir das equações (7) e (8), um campo medido genérico obtido em um conjunto de sensores pode ser fornecido nos eixos ge-ométricos de ferramenta pela equação da forma:

[00106] em que F é ou dos campos da Terra gerais, S é uma matriz de fator de escala, A é uma matriz de desalinhamento e c é um vetor de correção. A matriz de fator de escala é uma matriz diagonal que fornece o fator de escala correto para cada uma das medições triaxiais:

[00107] com Sx=Sy=Sz=1 nominalmente.

[00108] A matriz de desalinhamento A da Equação (46) descreve qualquer desalinhamento dos eixos geométricos x, y e z em relação ao eixo geométrico de ferramenta e é fornecida por um produto de matriz tripla de três rotações de coordenada, um sobre cada eixo geométrico de coordenada pelo desalinhamento relativo ao sistema de coordenada:

[00109] Uma orientação de sensor selecionada para fornecer calibração de fator de escala em um sistema de rotação rápida é a orientação que satisfaz a condição de cosseno de direção a seguir:

em que os ângulos são os ângulos de cada eixo geométrico do sistema de coordenada ortogonal de sensor para o eixo geométrico de rotação, x o ângulo do eixo geométrico x, y o ângulo do eixo geométrico y, z o ângulo do eixo geométrico z, submetidos à condição de que os ângulos satisfazem x = y = z, então

[00110] Definindo-se o sistema de coordenada de tal modo que o eixo geométrico z não esteja desalinhado, ou seja, está perfeitamente alinhado com o sistema de coordenada de sensor, o desalinhamento reduz para

[00111] que se torna

[00112] Ao verificar que os desalinhamentos são muito pequenos, aproximações de ângulo pequenas podem ser aplicadas: (cos(a) =

[00113] Agora, se redefine A, de tal modo que

[00114] e

[00115] Equação (46) pode, então, ser reescrita como

[00116] A partir das equações (37) a (40) tem-se:

[00117] em que foi substituído o símbolo A para o desalinhamento para evitar confusão para a medição de campo de gravidade A.

[00118] O problema a ser solucionado foi estendido para incluir fator de escala e desalinhamento de eixos geométricos; portanto, as Equações (32) e (33) podem, desse modo, ser reescritas como:

[00119] em que

[00120] e

[00121] para o magnetômetros e acelerômetros, respectivamente. As dependências funcionais de B e G foram adicionadas à notação para ênfase.

[00122] O método descrito acima para o vetor de correção pode ser aplicado para determinar o vetor de correção, que desloca essencial-mente a origem para (0,0). Com o uso de dados corrigidos, o método pode solucionar para o fator de escala e, então, usar os dados corrigidos de fator de escala para corrigir para o desalinhamento ou viceversa. Diversas iterações podem ser usadas. O número de iterações pode ser reduzido após alguns poucos ciclos de aquisição por fator de escala de pré-correção e atualização de desalinhamento com os últimos valores de correção.

[00123] Visto que as soluções de acelerômetro não dependem de quaisquer dados de magnetômetro, as correções de acelerômetro podem ser determinadas primeiro e, então, usadas para solucionar os dados de magnetômetro. Equações (58) e (59) descrevem os sistemas de equações que devem ser solucionados. Esses métodos podem ser estendidos para incluir erros de temperatura, com o uso de coeficientes de temperatura, por exemplo. 𝒃𝒙 = 𝟎𝒃𝒙 + 𝑻𝒃𝒙𝑻. CORREÇÃO DE MAGNETÔMETRO COM O USO DE UM FILTRO KALMAN ESTENDIDO

[00124] Em uma modalidade, erros de medição de magnetômetro sistêmicos podem ser determinados com o uso de um método de um Filtro Kalman Estendido (EKF) em um sistema de rotação rápida. O EKF habilita a correção de polarização, fator de escala e erros de desalinhamento em magnetômetros orientados por x e orientados por y durante o processo de aquisição de dados. O EKF também habilita que um fator de escala para os magnetômetros direcionados por x e direcionados por y seja equalizado de modo que os erros ou sensibilidade de escala relativos dentre os magnetômetros orientados por x e y não afetem os cálculos de ângulo de face de ferramenta. Devido ao uso do EKF, uma incerteza de polarização estimada pode estar disponível após cada medição de magnetômetro ser obtida. Desse modo, um operador pode ter capacidade para especificar um nível selecionado de precisão e selecionar que nenhuma saída seja fornecida se esse nível não for alcançado. Desse modo, o operador pode garantir calibração de furo de poço dos magnetômetros orientados por x e y para um nível especificado de precisão em qualquer inclinação e/ou azimute da coluna de perfuração. Em uma modalidade exemplificativa, o nível especificado de precisão pode ser menor que cerca de 10 nanoTesla.

[00125] As equações (56) a (59) revelam um modelo exemplificativo para determinar medições de magnetômetro atuais dos valores de campo magnético de medição. O campo magnético medido obtido em um magnetômetro pode ser fornecido nos eixos geométricos de ferramenta pela equação (𝐅 = 𝐒[𝐈 + 𝐀]𝑴 + 𝒄 em que a nomenclatura foi modificada para esse método particular:

[00126] em que é o valor verdadeiro ou real do campo magnéti co, S é uma matriz de fator de escala cujos componentes são relacio-nados às escalas dos componentes triaxiais de magnetômetro e é for-necido por

[00127] com Sx=Sy=Sz=1 nominalmente. A matriz M na Equação (1) descreve qualquer desalinhamento do eixo geométrico x e dos eixos geométricos y em relação ao eixo geométrico de ferramenta e é fornecida por

[00128] O vetor b na Equação (57) é um vetor de polarização relacionado à polarização de ferramenta do magnetômetro e é fornecido como:

[00129] Alguns desses parâmetros de erro (isto é, fator de escala S, desalinhamento M, polarização b, etc.) podem ser estimados com base no conhecimento de que as medições magnéticas de Bz e

são valores constantes para um magnetômetro que alterna em uma profundidade selecionada. Devido à orientação de ferramenta não conhecida e ângulos de rotação, os valores apropriados das medições magnéticas constantes

podem não estar disponíveis. No entanto, o método de EKF tem capacidade para processar pseudomedições que são uma diferença entre as estimativas dos valores constantes (desconhecidos) do campo magnético circundante e valores de campo magnético radial e axial corrigidos.

[00130] Equação (62) pode ser solucionada para BTF em primeira ordem para obter:

[00131] Desse modo, os valores verdadeiros do campo magnético BTF podem ser determinados a partir dos valores medidos BmTF com o uso da Equação (66). É evidente que nem todos os termos de erro na Equação (66) são simultaneamente observáveis a partir da rotação sobre o eixo geométrico z quando o ângulo de rotação e a orientação de ferramenta são desconhecidos. Adicionalmente, Sx e Sy não são simultaneamente observáveis sem conhecer a resistência de campo radial. No entanto, uma correção média para fator de escala pode ser estimada com o uso de uma única variável de correção de escala, S. Ao aplicar correções observáveis ao vetor de campo magnético de medição, um indivíduo obtém:

[00132] Embora os valores corretos de

sejam considerados como sendo desconhecidos devido à orientação desconhecida da ferramenta, esses valores são constantes durante a rotação sobre o eixo geométrico z. Desse modo, esses valores corretos podem ser processados em um Filtro Kalman Estendido (EKF) para determinar os diversos valores de polarização, escala e desalinhamento observáveis. As medições são formuladas com base nos componentes da Equação (7), como a seguir:

[00133] e

[00134] em que x é um vetor de estado fornecido por:

[00135] e Cxy e Cz são constantes desconhecidas que representam os valores reais dos campos magnéticos radial e axial, respectivamente. As Equações (68) e (69) são pseudomedições, uma vez que as mesmas são elaboradas e não medidas de fato. A inserção de valores de pseudomedição (Equações (68) e (69)) no EKF são avaliadas como zero, indicando que

[00136] e =Derivados parciais obtidos a partir da Equação (68) são fornecidos nas equações a seguir:

[00137] Derivados parciais obtidos a partir da Equação (69) são fornecidos pelas equações a seguir.

em que

[00138] Os derivados parciais não fornecidos nas equações (73) e (74) são, em geral, zero. O vetor derivativo parcial de cada medição pode ser usado na formulação de EKF e é fornecido por

[00139] Os métodos para realizar o EKF para determinar uma polarização de ferramenta são discutidos abaixo. No EKF, xk representa um valor verdadeiro no tempo tk do vetor de estado que contém os parâmetros a serem estimados. Ademais, xrepresenta uma estimativa do vetor de estado no tempo tk com base em medições obtidas até o tempo tfc-1, e x+ representa uma estimativa do vetor de estado no tempo tk com base em todas as medições obtidas até o tempo tk. Além disso, Pk representa uma matriz de covariância de erro de estado. Uma medição não linear, portanto, tem a forma

[00140] em que h(tk,xk) é uma função do estado e vk é o ruído que não está correlacionado com uma medição para o próximo. A linearização sobre a última estimativa do vetor de estado gera a equação a seguir.

[00141] em que

[00142] é a matriz derivativa de parcial de medição avaliada na última medição, e

[00143] Rearranjando a Equação (79) e obtendo uma expectativa da expansão de primeira ordem truncada gera a medição residual

[00144] Atualizando as medições de EKF incluindo as informações das últimas medições na estimativa de vetor de estado. Atualização do EKF é realizada com o uso de:

[00145] em que

[00146] A Figura 3 mostra um fluxograma 300 que ilustra um método de reduzir uma polarização de medição realizando-se um Filtro Kalman Estendido em uma modalidade da presente revelação. Na caixa 301, o processo de filtragem é inicializado. O índice k é definido para k =1 e valores iniciais são definidos para x— = x0 e P— = Po. Na caixa 303, observações subsequentes são feitas para o campo magnético (tk) e uma matriz de covariância de ruído. Na caixa 305, variáveis do vetor de estado x— são usadas para computar os valores de campo magnético corrigidos Blorr com o uso de, por exemplo, a Equação (67). Na caixa 307, as matrizes derivativas residuais e parciais são determinadas a partir as Equações (68), (69), (76) e (77). As residuais podem ser fornecidas por:

[00147] e a derivativa parcial pode ser fornecida por.

[00148] Na caixa 309, o ganho de Kalman é determinado. O ganho de Kalman pode ser determinado com o uso de uma formulação De Vries regida pelas equações:

[00149] Na caixa 311, a estimativa de vetor de estado e a covariância é determinada. A estimativa de vetor de estado e covariância pode ser determinada por meio da formulação De Vries, em que:

[00150] Na caixa 313, é determinado se os valores de polarização de ferramenta foram convergidos. A raiz quadrada dos elementos diagonais da □ □ matriz pode ser comparada a um limiar de convergência selecionado para determinar convergência. Se uma raiz quadrada dos elementos diagonais estiver dentro do limiar de convergência selecionado, o EKF é considerado como tendo sido convergido. Se a convergência não for alcançada, o método de EKF retorna para a caixa 303 com os vetores atualizados, de tal modo que:

[00151] A Figura 4 mostra uma determinação de polarização de magnetômetro de eixo geométrico x obtida com o uso do método de Filtro Kalman Estendido da presente revelação. O tempo é mostrado ao longo da abscissa em segundos e o erro de polarização é mostrado ao longo da ordenada em nanoTesla. O erro de polarização é determinado com o uso de cerca de 30 amostras (leituras de magnetômetro) por segundo com um magnetômetro que está girando a cerca de 90 revoluções por minuto. Pode ser percebido que dentro de cerca de 5 segundos, o erro de polarização (erro de medição residual) 402 foi reduzido para dentro de um nível de incerteza de 2-sigma de cerca de 25 nT (404) com o uso dos métodos de Filtro Kalman Estendido revelados no presente documento.

[00152] A Figura 5 mostra uma determinação de polarização de magnetômetro de eixo geométrico y obtida com o uso do Filtro Kalman Estendido e os dados de medição de magnetômetro usados em relação à determinação de polarização de magnetômetro de eixo geométrico x correspondente mostrados na Figura 4. O tempo é mostrado ao longo da abscissa em segundos e o erro de polarização é mostrado ao longo da ordenada em nanoTesla. Similar à Figura 4, pode ser percebido que dentro de cerca de 5 segundos, o erro de polarização (erro de medição residual) 502 foi reduzido para dentro de um nível de incerteza de 2-sigma de cerca de 25 nT (504) com o uso dos métodos de Filtro Kalman Estendido revelados no presente documento.

[00153] A Figura 6 mostra um tempo para convergência para obter diversos níveis de precisão da correção de polarização com o uso do método de Filtro Kalman Estendido revelado no presente documento. Por exemplo, a fim de obter uma correção de polarização que está dentro de um limiar de incerteza de polarização único sigma de 25 nanoTesla, o Filtro Kalman Estendido pode ser executado para cerca de 1,5 segundos. A fim de obter uma correção de polarização que está dentro de um limiar de incerteza de polarização único sigma de 15 nanoTesla, o Filtro Kalman Estendido pode ser executado para cerca de 3,5 segundos. A determinação da correção de polarização para menos que cerca de 10 nanoTesla inclui executar o Filtro Kalman Estendido para cerca de 7,5 segundos. CORREÇÃO DE ERRO DE SENSOR SISTÊMICO PARA POLARIZAÇÕES DE SENSOR E INTERFERÊNCIA MAGNÉTICA CORREÇÕES DE ERRO DE ACELERÔMETRO

[00154] Para um sistema de rotação mais lento, um método Jacobiano conforme descrito nas Equações (37) a (41) pode ser usado. Usar a Equação (41), em que H representa uma variável de aceleração gravitacional:

[00155] A equação para V(a) fornecida pela Equação (38) pode ser diferenciada para obter:

[00156] O Método Jacobiano pode, então, ser determinado para ser:

[00157] e

[00158] em que e o método Jacobiano é mostrado como três co lunas da matriz Jacobiana 3x3, j é o número de iteração, i é o número de amostra de dados, o A, a x, a y e a z são os componentes de aceleração corrigidos na iteração j para cada ponto de dados i, e o rolamento relativo, y i e o afastamento, δt, são recomputados com o uso dos componentes de aceleração atualizados na iteração j; ou seja, as acelerações atualizadas: ax = aix + «7-,x, ay = aiy + «7-,y e az = alz + aj,z. e o a.j são a solução de vetor de polarização de atual. CORREÇÕES DE ERRO DE MAGNETÔMETRO

[00159] Para um sistema de rotação mais lento, um método Jacobiano conforme descrito nas Equações (37) a (41) pode ser usado. Usar a Equação (41) em que H representa uma variável de medição magnética.

[00160] O Jacobiano pode ser solucionado com o uso da equação para V(b) fornecida pela Equação (40) para obter

[00161] em que j é o número de iteração, e i é o número de amostra de dados, a(b) e b(b) são o numerador e denominador da afirmação de o tangente de arco na equação para o azimute de desvio e a(b) = A{Ax(My — by) Ay (Mx bx)]

[00162] e o Jacobiano é mostrado como três colunas da matriz Jacobiana 3x3. Definir variáveis temporárias a seguir irão simplificar a matriz Jacobiana de campo magnético:

[00163] E substituição no Jacobiano

[00164] em que i é o número de amostra de dados e j é o número de iteração. Assumir a transposição das equações fornece a solução final para a matriz Jacobiana.

[00165] Essas equações produzem uma matriz Jacobiana de Nx3 ou 3Nx1 dependendo dos detalhes de implantação.

[00166] Um método exemplificativo para determinar um erro é discutido abaixo. O campo magnético da Terra, uma inclinação do campo magnético da Terra e uma resistência de campo gravitacional da Terra são obtidos no local de teste. Esses podem ser obtidos ou por medição direta ou a partir de um modelo como o modelo de campo gravitacional IGRF e o WGS-84. Os dados de acelerômetro são filtrados para précondicionar os dados de acelerômetro. Os dados de magnetômetro são filtrados para pré-condicionar os dados de magnetômetro. Os dados de orientação são computados com o uso dos dados obtidos. O método para computar dados de orientação é descrito abaixo.

[00167] Uma suposição inicial da orientação é feita. Uma suposição inicial adequada pode ser uma orientação paralela ao eixo geométrico longitudinal da coluna de ferramenta. Tal suposição pode ser fornecida por

[00168] Ou

[00169] por exemplo,

[00170] um vetor residual é computado. Mediante o uso de uma relação de recursão, um vetor de modelo atualizado, conforme mostrado na Equação (104), é computado. Uma inversão de matriz pode ser realizada por qualquer um dentre diversos métodos, por exemplo, Decomposição de Valor Singular, Decomposição de LU, Eliminação Gaussiana, etc.

[00171] O vetor de modelo pode, então, ser atualizado por meio da Equação (105).

[00172] em que bm=0 é uma estimativa de solução inicial. Se a magnitude do vetor de atualização |ε| for maior que uma tolerância de convergência, e uma contagem de iteração for menor que um máximo pré-selecionado, um novo vetor residual pode ser selecionado e as Equações (104) e (105) repetidas. Ao alcançar um vetor de modelo computado, azimute de desvio, inclinação magnética e resistência de campo magnético podem ser computados.

[00173] Os métodos revelados acima em relação às Equações (104) e (105) são adicionalmente discutidos em relação a dois casos.

[00174] O caso 1 processa todo o intervalo de dados e estima um componente constante do campo magnético da coluna da ferramenta para ferramenta não constante. Esse método determina toda ou quase toda a magnetização de coluna de ferramenta. No caso 1, uma faixa de dados válidos mais ampla é selecionada e processada durante todo o intervalo selecionado como um único conjunto de dados. O caso 1 usa apenas uma execução do algoritmo básico.

[00175] O caso 2 processa intervalos muito curtos, 1 < t << L, em que L pode ser o número de pontos de aquisição de dados através dos quais uma anomalia é observada, após a correção de componente de campo constante gerar o tempo ou distúrbio magnético espacialmente dependente. O comprimento do intervalo é, em geral, maior que um ponto de dados, e pode ser determinado por um analista e/ou interpretador de perfil.

[00176] O caso 2 seleciona um intervalo de processamento, por exemplo, 0,03 a 0,3 metros (0,1 a 1 pés) ou maior. Os intervalos maiores terão resolução maior e ruído maior. O intervalo será processado de acordo com os métodos básicos, etapas descritas em relação às Equações (101) a (104) e a suposição inicial para um determinado intervalo será a solução do intervalo anteriormente determinado. Os intervalos podem ser processados entrando-se em um intervalo completamente novo após a convergência (ou saída não convergente) ou uma solução de deslizamento pode ser desenvolvida em que o próximo valor é calculado analisando-se os dados por um (ou mais) pontos de dados após cada solução, produzindo um conjunto de dados de saída variável, contínuo. Pelo controle do parâmetro de amortecimento e da tolerância de convergência, o nível de ruído no conjunto de dados de solução pode ser reduzido (com sorte, para níveis aceitáveis). O nível de ruído na solução é, finalmente, determinado por fontes de ruído no sensor e aparelhos eletrônicos e processamento associados. As técnicas de análise como regressão linear do perfil do conjunto de dados residuais irão determinar o tempo de declínio da magnetização de coluna de ferramenta. Se a magnetização de ferramenta for reinicializada, cada intervalo entre reinicializações será necessário para ser processado separadamente. Nesse ponto, a magnetização de coluna de ferramenta pode ser removida de modo eficaz. Subtraindo-se a constante e elementos de declínio da magnetização de coluna de ferramenta das medições originais, apenas a Terra e o campo magnético de furo de poço permanecem (e, certamente, ruído). Subtraindo-se o campo magnético da Terra girado dos dados medidos corrigidos, produz-se um conjunto de dados de anomalia magnética ao longo da trajetória de furo de poço. Realizando-se a rotação inversa usada para chegar ao campo da Terra nas coordenadas de corpo de ferramenta, o campo de anomalia magnética pode ser colocado no sistema de coordenadas Norte, Leste, para Baixo da Terra.

[00177] Se o conjunto de dados anômalos tiver resolução suficiente e o campo anômalo for forte o suficiente (com em formações vulcânicas), então, o registro paleomagnético poderia ser usado com o conjunto de dados para determinar a idade da formação.

[00178] A Figura 11 ilustra os efeitos do método de extração de anomalia magnética em medições de acelerômetro obtidas em diversas profundidades em um fundo de poço. As medições de acelerômetro são mostradas na curva 1102. O valor das medições de acelerômetro é de cerca de 1005,34 mG que é diferente do valor padrão de 998,65 mG, conforme representado pela linha pontilhada 1106. A curva 1104 representou medições de acelerômetro corrigidas com o uso de polarização de ferramenta determinada com o uso do método de extração de anomalia magnética revelado no presente documento.

[00179] A Figura 12 mostra diversos parâmetros obtidos com o uso do método de extração de anomalia. Os perfis 1202, 1208 e 1216 mostram medições de magnetômetro. O perfil 1202 mostra medições (mx) 1204 obtidas no magnetômetro orientado por x, bem como valores corretos 1206. O perfil 1208 mostra medições (my) 1210 obtidas no magnetômetro orientado por y, bem como valores corretos 1212. O perfil 1214 mostra medições (mz) 1216 obtidas no magnetômetro orientado por z, bem como valores corretos 1218. O perfil 1220 mostra valores de campo gravitacional medidos 1222 e valores de campo gravitacional corrigidos 1224. O perfil 1226 mostra valores de campo magné-tico totais medidos 1228 e valores de campo magnético totais corrigidos 1230. As correções para as variáveis de transformação são adicionalmente mostradas nos perfis 1232, 1234 e 1236.

[00180] Em uma modalidade, as medições de magnetômetro e acelerômetro podem ser obtidas durante uma operação de perfilagem ou durante uma operação de execução de cabeamento. A execução pode fornecer rotação angular da ferramenta de cabeamento. Desse modo, o método de extração de anomalia magnética revelado no presente documento pode ser um método pós-processamento. Uma vez que o cabeamento foi retirado do fundo de poço, o erro de polarização de ferramenta pode ser determinado através da totalidade ou substancialmente da totalidade da operação de perfilagem. O processamento de todo o intervalo de dados estima um componente constante do campo magnético de coluna de ferramenta determinando, desse modo, quase toda ou toda a magnetização de coluna de ferramenta.

[00181] Em outra modalidade, o componente de campo constante determinado ou polarização de ferramenta podem ser aplicados a um intervalo menor a fim de determinar distúrbios magnéticos dependentes de local ou tempo dentro do intervalo. CORREÇÃO DE POLARIZAÇÃO DE FERRAMENTA COM O USO DE UM MÉTODO DE MÍNIMO-MÁXIMO

[00182] O método de mínimo-máximo emprega um método no qual uma polarização de ferramenta de magnetômetro é determinada com o uso de uma leitura dos sensores, isto é, magnetômetros, conforme a ferramenta é orientada ao longo de uma direção, em geral, uma direção de lado de topo, e conforme a ferramenta é orientada ao longo de uma direção oposta, em geral, antiparalela à direção de lado de topo. Conforme o magnetômetro gira, a medição do campo constante da Terra nessa formação é medida através de um ângulo de 360 graus. Durante a rotação, a medição do campo de formação passa através de um valor máximo e um valor mínimo, e na posição de 90 graus antes e após es-ses valores máximo e mínimo, a saída é substancialmente zero. A diferença entre o valor absoluto do máximo e o valor absoluto do mínimo pode ser atribuída ao erro de polarização do magnetômetro. Portanto, determinar a diferença entre o valor máximo obtido durante uma revolução da coluna de perfuração e o valor mínimo obtido durante a mesma revolução da coluna de perfuração pode produzir um valor estimado que é o dobro do erro de polarização atribuível ao magnetômetro.

[00183] Durante a revolução da coluna de perfuração, as medições de magnetômetro são obtidas em uma frequência de amostragem selecionada. A amostragem deve ser rápida o suficiente para garantir que valores de magnetômetro de pico possam ser capturados na velocidade de rotação antecipada máxima. Em geral, uma amostragem de 200 Hz e 1.000 Hz é adequada para movimento dinâmico de perfuração típico. A amostragem mais lenta pode não possuir os valores de pico e resultar em correções dinâmicas erradas. Cada medição é comparada a um valor máximo atual da medição e um valor mínimo atual da medição. Se a medição for maior que o valor máximo atual, então, o valor máximo atual é atualizado. De modo similar, se a medição for menor que o valor mínimo atual, então, o valor mínimo atual é atualizado. Uma vez que a coluna de perfuração tem amostras de medições obtidas em pelo menos 360 graus de revolução, a diferença entre os valores mínimo e máximo pode ser determinada para representar a polarização de ferramenta do magnetômetro.

[00184] Durante o processo de medição, a coluna de perfuração está susceptível a diversas dinâmicas de perfuração, incluindo aderência-deslizamento, que pode impedir rotação uniforme da ferramenta de coluna de perfuração durante um tempo de duração selecionado e ainda pode contribuir para a rotação da coluna de perfuração em uma direção oposta.

[00185] Em diversos aspectos, o método de mínimo-máximo aplica uma verificação de qualidade às medições de magnetômetro que são usadas na determinação da correção de polarização do magnetômetro. Em uma modalidade, o método de mínimo-máximo determina quando a coluna de ferramenta e, consequentemente, o magnetômetro, girou em um quadrante e registrou uma contagem de um número de quadrantes através do qual a coluna de perfuração foi girada. A contagem do número de quadrantes fornece uma verificação para garantir que o magnetômetro tenha girado em 360 graus completos de um ângulo de inicialização selecionado a partir do qual as medições de calibração foram medidas. Em uma modalidade, o método de mínimomáximo conclui que medições foram obtidas através de 360 graus completos de revolução quando uma contagem de seis quadrantes sequenciais é registrada ao longo de qualquer direção de formação selecionada (isto é, ou uma direção no sentido horário ou uma direção no sentido anti-horário). Devido às diferenças entre a contagem de quadrante e o ângulo no qual uma medição de magnetômetro é feita, uma contagem de contagem de cinco quadrantes pode não garantir que as medições de magnetômetro foram obtidas através de um ângulo de 360 graus completos. Desse modo, contar seis quadrantes garante que as medições de magnetômetro foram obtidas através de um ângulo de 360 graus completos.

[00186] Inserir um novo quadrante pode ser determinado registrando-se uma sinalização das medições obtidas a partir dos componentes de magnetômetro direcionados por x e y do campo magnético medido. Conforme a ferramenta gira, a sinalização muda de uma maneira sinusoidal bem entendida. Um valor limiar mínimo pode ser estabelecido para as medições de magnetômetro na etapa de detecção de transição de quadrante para eliminar disparo falso desse evento devido ao ruído de medição. Desse modo, um quadrante pode ser considerado conforme a ferramenta passa através do quadrante e obtém medições do quadrante em excesso do limiar. O método de mínimo-máximo rei-nicia a contagem dos quadrantes quando a leitura de magnetômetro de x e y indica que a coluna de perfuração girou para trás em um quadrante anteriormente contado.

[00187] A Figura 7 mostra um evento de medição exemplificativo para calibrar as medições de magnetômetro com o uso do método de mínimo-máximo. No tempo ‘A’, a face de ferramenta 710 é orientada conforme indicado pela seta 701. Quatro quadrantes (quadrante nordeste 702, quadrante sudeste 704, quadrante sudoeste 706 e quadrante nordeste 708) indicam os quadrantes através do qual a face de ferramenta gira. No tempo ‘B’ (após o tempo ‘A’), a ferramenta girou através de seis quadrantes em uma direção no sentido horário. A ordem na qual a ferramenta passou através dos quadrantes é indicada pela numeração dos quadrantes 702, 704, 706 e 708. Conforme pode ser visto, o quadrante nordeste 702 é tanto o primeiro quadrante a ser contado, bem como o quinto quadrante a ser contato. Além disso, o quadrante sudeste 704 é tanto o segundo quanto o sexto quadrante a ser contado. O evento de medição é concluído no tempo ‘B’ uma vez que o sexto quadrante foi contado.

[00188] A Figura 8 mostra um evento de medição exemplificativo que pode ocorrer devido a diversas condições de fundo de poço difíceis e comportamento de ferramenta de perfuração irregular. O evento de medição começa no tempo ‘C’, em que a face de ferramenta está, em geral, voltada para o quadrante noroeste 708 e prossegue em sequência através dos tempos ‘D’, ‘E’, ‘F’, ‘G’ e ‘H’. Do tempo ‘C’ ao tempo ‘D’, a ferramenta gira em direção ao quadrante nordeste 702. No entanto, a rotação da face de ferramenta não é suficiente para o método de mínimo-máximo contar o quadrante nordeste 702. Do tempo ‘D’ ao tempo ‘E’, a ferramenta inverte sua rotação para uma direção no sentido anti-horário. A ferramenta passa através do quadrante noroeste 708 e conta o quadrante noroeste 708 as "1". Conforme a ferramenta gira no sentido anti-horário, os quadrantes 706, 704 e 702 são contados em sequência. O quadrante 708 é contado com o quinto quadrante. No tempo ‘E’, a face de ferramenta não foi girada longe o suficiente para contar o quadrante sudoeste 706 como o sexto quadrante. Também no tempo ‘E’, a ferramenta mais uma vez inverte a direção para girar em uma direção no sentido horário. De modo correspondente, o método de mínimo-máximo reinicia sua contagem dos quadrantes. Do tempo ‘E’ ao tempo ‘F’, o quadrante noroeste 508 é contado como ‘1’ e o quadrante nordeste 502 é contado como ‘2’. Do ‘F’ ao tempo ‘G’, a face de ferramenta continua sua rotação para completar uma contagem de seis quadrantes sequenciais na direção no sentido horário.

[00189] Em diversas modalidades, um período de tempo para obter uma contagem de seis quadrantes sequenciais pode ser definido. Portanto, se seis quadrantes não forem contados dentro do período de tempo selecionado, uma mensagem de erro pode ser enviada para um operador e/ou o método de calibração mín-máx pode ser desligado e/ou reiniciado. A intenção é impedir que o sistema aplique correções de polarização que podem ser determinadas de modo errado.

[00190] Uma vez que os seis quadrantes foram contados com sucesso garantindo, desse modo, que as medições foram obtidas através de toda uma revolução da coluna de perfuração, os valores de medição mínimo e máximo obtidos através da revolução são examinados. Como uma verificação de qualidade adicional, a diferença mín-máx é comparada a um valor limiar para garantir que rotação real tenha ocorrido e não apenas ruído aleatório. O limiar é, em geral, definido como um valor acima do nível de ruído e é representativo da diferença mínmáx que seria observada em magnetômetros X e Y em uma situação de sinal real mínima. Uma situação de sinal real exemplificativa pode ser, por exemplo, girar em uma orientação de ferramenta alinhada com pelo menos um grau na direção oposta do vetor magnético da Terra. Os valores mín-máx verificados podem ser usados para determinar uma polarização de ferramenta de magnetômetro que pode, então, ser usada para corrigir medições de magnetômetro.

[00191] Portanto, em um aspecto, a presente revelação fornece um método de corrigir medições obtidas por uma ferramenta de fundo de poço para erros de medição residuais, em que o método inclui: dispor a ferramenta que tem pelo menos dois sensores de campo direcionais em um furo de poço, em que os pelo menos dois sensores direcionais são substancialmente ortogonais entre si e a um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de fundo de poço; obter medições dos pelo menos dois sensores direcionais durante a rotação da ferramenta em pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal da ferramenta; determinar erros de medição residuais para as medições obtidas; selecionar um nível da qualidade dos erros de medição residuais determinados; e aplicar os erros de medição residuais determinados às medições obtidas quando os erros de medição residuais determinados são consistentes com o nível de qualidade selecionado. Em uma modalidade, os erros de medição residuais podem ser determinados com o uso de um Filtro Kalman Estendido (EKF). O EKF pode determinar o erro de medição residual entre um valor real de um campo magnético de fundo de poço e as medições obtidas. Os erros de medição residuais com o uso do método de EKF sem obter conhecimento de um total campo magnético de fundo de poço. Em outra modalidade, os erros de medição podem ser determinados por determinar um máximo e um mínimo de uma pluralidade de medições de magnetômetro obtidas durante uma rotação dos pelo menos dois sensores de direção em pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal. Contar pelo menos seis quadrantes em uma direção de rotação selecionada pode determinar rotação bem-sucedida através dos pelo menos 360 graus. Em outra modalidade, o erro de medição residual pode ser determinado ao: obter medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta; determinar variáveis de transformação com o uso do medições de magnetômetro e acelerômetro; transformar valores padrão de pelo menos um de um campo magnético da Terra e um campo gravitacional da Terra em um quadro de referência da ferramenta com o uso das variáveis de transformação determinadas; e determinar o erro de medição residual de uma diferença entre as medições de magnetômetro e acelerômetro e os valores padrão transformados do campo magnético da Terra e do campo gravitacional da Terra. Os valores ajustados das variáveis de transformação podem, então, ser usados para transformar os valores padrão de pelo menos um dentre um campo magnético da Terra e um campo gravitacional da Terra em um quadro de referência da ferramenta a fim de iterar a determinação da polarização de ferramenta. Em uma modalidade, as medições de magnetômetro e acelerômetro podem ser obtidas na ferramenta enquanto em execução.

[00192] Em outro aspecto, a presente revelação fornece um sistema para perfurar um fundo de poço, em que o sistema inclui: uma ferramenta de fundo de poço transportada em uma coluna de perfuração; um magnetômetro disposto na ferramenta de fundo de poço, em que o magnetômetro inclui pelo menos sensores de componente de magnetômetro que são substancialmente ortogonais entre si e a um eixo geométrico longitudinal da coluna de perfuração; e um processador configurado para: obter medições dos pelo menos dois sensores direcionais durante a rotação da ferramenta em pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal da ferramenta; determinar erros de medição residuais para as medições obtidas; selecionar um nível da qualidade dos erros de medição residuais determinados; e aplicar os erros de medição residuais determinados às medições obtidas quando os erros de medição residuais determinados são consistentes com o nível de qualidade selecionado. Em uma modalidade, o processador pode determinar adicionalmente os erros de medição residuais com o uso de um Filtro Kalman Estendido (EKF). Com o uso do EKF, o processador pode determinar erro de medição residual entre um valor real de um campo magnético de fundo de poço e as medições obtidas. O processador pode determinar os erros de medição residuais sem obter conhecimento de um campo magnético de fundo de poço total. Em outra modalidade, o processador pode determinar os erros de medição determinando-se um máximo e um mínimo de uma pluralidade de medições de magnetômetro obtidas durante uma rotação dos pelo menos dois sensores de direção através dos pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal. O processador pode contar a rotação da ferramenta através de pelo menos seis quadrantes em uma direção selecionada a fim de determinar a rotação através dos pelo menos 360 graus. Em outra modalidade, o processador pode determinar os erros de medição residuais realizando-se as etapas de: obter medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta; determinar variáveis de transformação com o uso das medições de magnetômetro e acelerômetro; transformar valores padrão de pelo menos um dentre um campo magnético da Terra e um campo gravitacional da Terra em um quadro de referência da ferramenta com o uso das variáveis de transformação determinadas; e determinar o erro de medição residual de uma diferença entre as medições de magnetômetro e acelerômetro e os valores padrão transformados do campo magnético da Terra e do campo gravitacional da Terra. O processador pode determinar valores ajustados das variáveis de transformação e transformar os valores padrão de pelo menos um dentre um campo magnético da Terra e um campo gravitacional da Terra em um quadro de referência da ferramenta com o uso dos valores ajustados das variáveis de transformação. O processador pode obter adicionalmente as medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta enquanto retira uma ferramenta de um furo de poço.

[00193] Em ainda outro aspecto, o presente revelação fornece um meio legível por computador que tem um conjunto de instruções armazenadas no mesmo que são acessíveis para um processador a fim de habilitar o processador a realizar um método, em que o método inclui: receber medições dos pelo menos dois sensores de campo direcionais em um furo de poço, em que os pelo menos dois sensores direcionais são substancialmente ortogonais entre si e a um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de fundo de poço durante a rotação da ferramenta em pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal da ferramenta; determinar erros de medição residuais para as medi-ções obtidas; selecionar um nível da qualidade dos erros de medição residuais determinados; e aplicar os erros de medição residuais determinados às medições obtidas quando os erros de medição residuais determinados são consistentes com o nível de qualidade selecionado. Em uma modalidade, o método inclui adicionalmente determinar os erros de medição residuais com o uso de um Filtro Kalman Estendido (EKF) aplicado entre um valor real de um campo magnético de fundo de poço e as medições obtidas. Em outra modalidade, o método inclui adicionalmente determinar os erros de medição determinando-se um máximo e um mínimo de uma pluralidade de medições de magnetômetro obtidas durante uma rotação dos pelo menos dois sensores de direção através dos pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal, em que a determinação dos pelo menos 360 graus adicionalmente compreende obter uma contagem de seis quadrantes durante uma rotação dos sensores. Em ainda outra modalidade, o método pode incluir adicionalmente: obter medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta; determinar variáveis de transformação com o uso das medições de magnetômetro e acelerômetro; transformar valores padrão de pelo menos um dentre um campo magnético da Terra e um campo gravitacional da Terra em um quadro de referência da ferramenta com o uso de o variáveis de transformação determina-das; e determinar o erro de medição residual de uma diferença entre o medições de magnetômetro e acelerômetro e os valores padrão transformados do campo magnético da Terra e do campo gravitacional da Terra.

[00194] Embora a revelação antecedente seja direcionada para as determinadas modalidades exemplificativas da revelação, diversas modificações serão aparentes para aqueles versados na técnica. Pretende-se que todas as variações dentro do escopo e do espírito das reivindicações anexas sejam abraçadas pela revelação antecedente.

Claims

1. Método para corrigir medições de sensores obtidas por uma ferramenta de fundo de poço (120), compreendendo: dispor a ferramenta de fundo de poço (120) que tem pelo menos dois conjuntos de sensores de campo direcionais (167, 169) em um furo de poço, em que o pelo menos um dos conjuntos de sensores direcionais (167, 169) mede o campo magnético e pelo menos um dos conjuntos mede o campo de gravidade, quando os sensores direcionais forem ortogonais entre si e um sensor em cada conjunto for orientado paralelo ao eixo geométrico longitudinal da ferramenta de fundo de poço (120); obter medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta (120) a partir de pelo menos dois conjuntos de sensores de campo (167,169); o método caracterizado por: determinar variáveis de transformação usando as medidas do magnetômetro e do acelerômetro; transformar valores padrão de pelo menos um dos campos magnéticos da terra e um campo gravitacional da terra em um quadro de referência da ferramenta (120) usando as variáveis de transformação determinadas; determinar o erro de medição residual a partir de uma diferença entre as medições do magnetômetro e do acelerômetro e os valores padrão transformados do campo magnético da Terra e do campo gravitacional da Terra; selecionar um nível da qualidade do erro de medição residual; e aplicar o erro de medição residual determinado às medições obtidas quando o erro de medição residual determinado for consistente com o nível da qualidade selecionado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: obter medições dos pelo menos dois sensores direcionais (167, 169) durante a rotação da ferramenta (120) por pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal (210) da ferramenta (120).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o erro de medição residual é determinado com o uso de um Filtro Kalman Estendido (EKF).

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o EKF determina o erro de medição residual entre um valor real de um campo magnético de fundo de poço e as medições obtidas.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender ainda a determinação do erro de medição residual sem obter conhecimento de um campo magnético total de fundo de poço.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação do erro de medição residual compreende adicionalmente determinar um máximo e um mínimo de uma pluralidade de medições obtidas durante uma rotação dos pelo menos dois sensores direcionais (167, 169) através de pelo menos 360 graus em torno do eixo geométrico longitudinal (210), em que as medições incluem pelo menos uma dentre medições de magnetômetro e medições de acelerômetro.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender ainda a rotação da ferramenta (120) através de uma contagem de pelo menos seis quadrantes em uma direção selecionada, a fim de determinar a rotação através de pelo menos 360 graus.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação do erro de medição residual compreende adicionalmente: obter medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta (120) durante a rotação da ferramenta (120) por pelo menos 90 graus em torno do eixo geométrico longitudinal (210) da ferramenta (120) ou a inclinação da ferramenta (120) se altera em pelo menos 30 graus;

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender ainda determinar valores ajustados das variáveis de transformação e transformar os valores padrão de pelo menos um dentre um campo magnético da Terra e um campo gravitacional da Terra em um quadro de referência da ferramenta (120) com o uso do ajuste de valores das variáveis de transformação.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender ainda obter as medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta (120) durante o registro.

11. Sistema para adquirir dados de magnetômetro e de acelerômetro, compreendendo: uma ferramenta de fundo de poço (120) conduzida em um membro; pelo menos dois conjuntos ortogonais tri-axiais de magnetômetros (167) e acelerômetros (169) dispostos na ferramenta de fundo de poço (120); um motor (155) para girar o membro; um processador (142) configurado para: obter medições de magnetômetro e acelerômetro dos pelo menos dois sensores direcionais (167, 169) durante a rotação da ferramenta (120) em pelo menos 360 graus em torno do eixo longitudinal (210) da ferramenta (120); o sistema caracterizado pelo fato de que o processador (142) é configurado para: determinar uma variável de transformação usando as medidas de magnetômetro e acelerômetro; transformar valores padrão de pelo menos um campo magnético da terra e campo gravitacional da terra em um quadro de referência da ferramenta usando as variáveis de transformação determinadas; determinar um erro de medição residual a partir de uma diferença entre as medições do magnetômetro e do acelerômetro e os valores padrão transformados de pelo menos um dos campos magnéticos da Terra e do campo gravitacional da Terra; selecionar um nível de qualidade dos erros de medição residuais determinados; e aplicar o erro de medição residual às medições obtidas quando o erro de medição residual for consistente com o nível de qualidade selecionado.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador (142) é adicionalmente configurado para determinar os erros de medição residuais com o uso de um Filtro Kalman Estendido (EKF).

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o erro de medição residual está entre um valor real de um campo terrestre de fundo de poço e as medições obtidas.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o processador (142) é adicionalmente configurado para determinar o erro de medição residual sem obter conhecimento de um campo magnético total de fundo de poço.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o processador (142) é ainda configurado para determinar o erro de medição residual, determinando um máximo e um mínimo de uma pluralidade de medições obtidas durante uma rotação dos pelo menos dois sensores de direção (167, 169) pelos pelo menos 360 graus em torno do eixo longitudinal (210), em que as medições incluem pelo menos uma das medições de magnetômetro e medições de acelerômetro.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para contar a rotação da ferramenta (120) através de pelo menos seis quadrantes em uma direção selecionada, a fim de determinar a rotação através de pelo menos 360 graus.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador (142) é ainda configurado para determinar valores ajustados das variáveis de transformação e transformar os valores padrão de pelo menos um dos campos magnéticos da terra e do campo gravitacional da terra em um quadro de referência de a ferramenta (120) usando os valores ajustados das variáveis de transformação.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o processador (142) é ainda configurado para obter as medições de magnetômetro e acelerômetro na ferramenta (120) durante o disparo.