BR112016026782B1

BR112016026782B1 - Aparelho e método para estimar uma propriedade de uma formação de terra

Info

Publication number: BR112016026782B1
Application number: BR112016026782-6A
Authority: BR
Inventors: Babak Kouchmeshky; Stanislav W. Forgang; Rashid W. Khokhar
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-01
Publication date: 2022-05-03
Also published as: BR112016026782A2; EP3143439A1; SA516380313B1; US20150330216A1; EP3143439A4; US9556726B2; WO2015175237A1

Abstract

uso de antena fractal em perfilagem dieletrônica de matriz. trata-se de um aparelho para estimar uma propriedade de uma formação de terra que inclui: um transportador configurado para ser transportado através de um poço inacabado que penetra uma formação de terra; um primeiro elemento de antena em formato fractal disposto no transportador e configurado para pelo menos um dentre transmitir energia eletromagnética para o interior da formação e receber energia eletromagnética da formação; e um segundo elemento de antena em formato fractal conectado eletricamente ao primeiro elemento de antena em formato fractal em uma conexão e configurado para pelo menos um dentre transmitir energia eletromagnética para o interior da formação e receber energia eletromagnética da formação; em que o segundo elemento de antena em formato fractal é substancialmente uma imagem espelhada do primeiro elemento de antena fractal em relação a uma reflexão sobre a conexão.

Description

Referência cruzada a pedidos relacionados

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido no U.S. 14/280037, depositado em 16 de maio de 2014, que é incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

Antecedentes

[002] As formações de terra podem ser usadas para muitos pro pósitos tais como produção de hidrocarboneto, produção geotérmica e sequestro de dióxido de carbono. A fim de usar de modo eficaz uma formação de terra, a formação é distinguida por realizar medições de muitas propriedades diferentes com o uso de uma ou mais ferramentas transportadas através de um poço inacabado que penetra a formação. Uma categoria de ferramentas inclui ferramentas que medem características elétricas da formação de terra, como resistividade ou constante dielétrica. As ferramentas dielétricas e resistividade convencionais tipicamente usam uma bobina como uma antena para transmitir sinais eletromagnéticos em ou receber sinais eletromagnéticos da formação a fim de medir a resistividade ou constante dielétrica. Devido às restrições de tamanho físico, a eficácia de transmissão desejada para sondar profundamente no interior da formação pode ser comprometida. Consequentemente, seria bem recebido nas indústrias de ex-ploração geofísica e de perfuração se projetos de ferramentas de re- sistividade e dielétricas poderiam ser aprimorados para sondar mais profundamente em formações de terra.

Breve sumário

[003] É revelado um aparelho para estimar uma propriedade de uma formação de terra que inclui: um transportador configurado para ser transportado através de um poço inacabado que penetra uma for- mação de terra; um primeiro elemento de antena em formato fractal disposto no transportador e configurado para pelo menos um dentre transmitir energia eletromagnética para o interior da formação e receber energia eletromagnética da formação; e um segundo elemento de antena em formato fractal conectado eletricamente ao primeiro elemento de antena em formato fractal em uma conexão e configurado para pelo menos um dentre transmitir energia eletromagnética para o interior da formação e receber energia eletromagnética da formação; em que o segundo elemento de antena em formato fractal é substancialmente uma imagem espelhada do primeiro elemento de antena fractal em relação a uma reflexão sobre a conexão.

[004] Também é revelado um método para estimar uma proprie dade de uma formação de terra. O método inclui: transportar um transportador através de um poço inacabado que penetra a formação de terra; transmitir energia eletromagnética para o interior da formação com o uso de uma antena transmissora disposta no transportador; receber energia eletromagnética de retorno da formação devido à energia eletromagnética transmitida que interage com a formação com o uso de uma antena receptora disposta no transportador; e estimar a propriedade com o uso de um processador acoplado ao receptor e configurado para estimar a propriedade com o uso da energia eletromagnética de retorno; em que pelo menos uma dentre a antena transmissora e a antena receptora compreende um primeiro elemento de antena em formato fractal e um segundo elemento de antena em formato fractal eletricamente conectado ao primeiro elemento de antena em formato fractal em uma conexão, em que o segundo elemento de antena em formato fractal é substancialmente uma imagem espelhada do primeiro elemento de antena em formato fractal em relação a uma reflexão sobre a conexão.

Breve descrição dos desenhos

[005] As descrições a seguir não devem ser consideradas limita tivas de maneira alguma. Em referência aos desenhos anexos, elementos similares são numerados de forma igual:

[006] A Figura 1 ilustra uma vista em corte transversal de uma modalidade exemplificativa de uma ferramenta de fundo de poço disposta em um poço inacabado que penetra a terra;

[007] A Figura 2 representa aspectos de um coxim extensível que tem antenas transmissoras e receptoras;

[008] A Figura 3 representa aspectos de uma antena fractal de alimentação dupla em uma vista tridimensional;

[009] A Figura 4 representa aspectos da antena fractal de alimen tação dupla em outra vista tridimensional;

[010] A Figura 5 representa aspectos da antena fractal de alimen tação dupla em uma vista lateral;

[011] A Figura 6 representa aspectos de uma antena de circuito da técnica anterior;

[012] A Figura 7 representa aspectos de uma comparação de de sempenho entre a antena em formato fractal de conexão dupla e a antena de circuito única da técnica anterior com o uso de uma rede de correspondência de impedância;

[013] A Figura 8 representa aspectos de uma comparação de de sempenho entre a antena em formato fractal de conexão dupla e a antena de circuito única da técnica anterior sem com o uso da rede de correspondência de impedância;

[014] A Figura 9 representa aspectos de uma antena fractal de correção de conexão única em uma vista de topo;

[015] A Figura 10 representa aspectos da antena fractal de corre ção de conexão única em uma vista lateral;

[016] A Figura 11 ilustra um exemplo de ganho da antena fractal de correção de conexão única sem com o uso da rede de correspon- dência de impedância;

[017] A Figura 12 ilustra um exemplo de ganho da antena fractal de correção de conexão única com o uso da rede de correspondência de impedância; e

[018] A Figura 13 é um fluxograma para um método para estimar uma propriedade de uma formação de terra penetrada por um poço inacabado.

Descrição detalhada

[019] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método revelados é apresentada no presente documento a título de exemplificação e não limitação em referência às Figuras.

[020] São revelados aparelho e método para estimar uma propri edade elétrica de uma formação de terra de um poço inacabado que penetra a formação. O aparelho e o método envolvem transmitir e/ou receber energia eletromagnética para o interior da formação com o uso de uma ou mais antenas em formato fractal exclusivo. As uma ou mais antenas em formato fractal resultam em ter uma largura de banda de frequência útil ampla para a qual, em uma ou mais modalidades, uma rede de correspondência de impedância não é necessária, ou se necessário, uma rede de correspondência de impedância simplificada que tem tamanho reduzido pode ser usada liberando o espaço restringido pelo tamanho do instrumento para encaixar no poço inacabado investigado.

[021] A Figura 1 ilustra uma vista em corte transversal de uma modalidade exemplificativa de uma ferramenta de fundo de poço 10 disposta em um poço inacabado 2 que penetra a terra 3 que inclui uma formação de terra 4. A ferramenta de fundo de poço 10 na Figura 1 inclui um corpo de ferramenta 16 que fornece uma estrutura ou proteção de sustentação para componentes da ferramenta 10. A formação 4 representa qualquer material de subsuperfície de interesse que pode ser detectado pela ferramenta 10. O material de subsuperfície pode incluir um material de formação de terra e/ou um material disposto no poço inacabado 2, em que qualquer um dos quais pode estar na forma de um sólido, líquido e/ou gás. A ferramenta de fundo de poço 10 é transportada através do poço inacabado 2 por um transportador 5, que pode ser um tubo de perfuração, como uma coluna de perfuração 6. Uma broca de perfuração 7 está disposta na extremidade distal da coluna de perfuração 6. Uma sonda de perfuração 8 é configurada para conduzir operações de perfuração, como girar a coluna de perfuração 6 e, desse modo, a broca de perfuração 7, a fim de perfurar o poço inacabado 2. Além disso, a sonda de perfuração 8 é configurada para bombear fluido de perfuração através da coluna de perfuração 6 a fim de lubrificar a broca de perfuração 7 e descarregar cascalhos do poço inacabado 2. Os aparelhos eletrônicos de fundo de poço 9 são configurados para operar a ferramenta de fundo de poço 10, processar dados de medição obtidos no fundo de poço e/ou atuar como uma interface com telemetria para comunicar dados ou comandos entre os componentes de fundo de poço e um sistema de processamento de computador 11 disposto na superfície da terra 3. Modalidades não limi- tantes da telemetria incluem lama pulsada e cano de perfuração com fio. A operação de sistema e as operações de processamento de dados podem ser realizadas pelos aparelhos eletrônicos de fundo de poço 9, pelo sistema de processamento de computador 11 ou por uma combinação dos mesmos. A ferramenta de fundo de poço 10 pode ser operada continuamente ou em profundidades selecionadas distintas no poço inacabado 2 ou pode ser colocada em um ambiente estacionário no local. Em uma modalidade alternativa, o transportador 5 pode ser um cabo de aço blindado que também pode fornecer comunicações entre os aparelhos eletrônicos 9 e o sistema de processamento 11.

[022] A ferramenta de fundo de poço 10 pode ser configurada para medir respostas relacionadas à resistividade, ou sua condutivida- de inversa, ou uma permissividade dielétrica da formação 4. Os valores físicos mensuráveis são campos magnético e elétrico junto com tensões e correntes elétricas produzidas por esses campos. As propriedades de matéria como resistividade, condutividade e permissividade são calculadas com o uso dos valores físicos mensuráveis verificados acima. As medições de resistividade envolvem uma primeira antena 12 que transmite energia eletromagnética como sinais eletromagnéticos de uma determinada frequência (em geral de cerca de 100 kHz a cerca de 10 MHz) para o interior da formação 4 em que a energia eletromagnética transmitida induz correntes elétricas de circulação. As correntes de circulação, por sua vez, emitem energia eletromagnética de retorno que produz sinais em uma segunda antena 13. Em uma ou mais modalidades, uma antena é usada para transmitir e receber sinais eletromagnéticos (isto é, a primeira antena 12 e a segunda antena 13 são a mesma antena). Pode ser verificado que correntes que circulam na formação 4 são crescentes com aumento respectivo em condu- tividade de formação. Consequentemente, a magnitude dos sinais eletromagnéticos de retorno está relacionada à magnitude da resistivida- de ou condutividade da formação 4. Em uma ou mais modalidades, alterações na resistividade ou condutividade medidas com profundidade são exibidas ou plotadas como uma imagem. A imagem pode estar em uma direção radial do poço inacabado, ou ao longo do eixo geométrico de poço inacabado ou a mesma pode ser azimutal com até 360 graus de cobertura circunferencial ao redor do poço inacabado.

[023] Conforme ilustrado na Figura 1, a primeira antena 12 é acoplada a um transmissor 14 e a segunda antena 13 é acoplada a um receptor 15. O transmissor 14 é um módulo eletrônico em uma ou mais modalidades e é configurado para transmitir (ou enviar) corrente elétri- ca (isto é, sinais de corrente elétrica) na frequência desejada para a energia eletromagnética (isto é, sinais de energia eletromagnética) ser transmitida pela primeira antena 12. O transmissor 14 também pode ser acoplado aos aparelhos eletrônicos de fundo de poço 9 ou ao sistema de processamento de computador 11 para receber comandos relacionados à operação da ferramenta de fundo de poço 10. O receptor 15 é um módulo eletrônico em uma ou mais modalidades e é configurado para receber sinais elétricos da segunda antena 13 para processamento, o que pode incluir amplificação, condicionamento, filtragem e/ou conversão para um formato para transmitir informações re-cebidas para os aparelhos eletrônicos de fundo de poço 9 ou o sistema de processamento de computador 11. Pode ser verificado que em uma ou mais modalidades as funções do transmissor 14 e do receptor 15 pode ser combinadas em uma unidade referenciada como um “transceptor”.

[024] A ferramenta de fundo de poço 10 pode ser configurada para medir uma resposta relacionada à constante dielétrica (também referenciada como permissividade dielétrica) da formação 4. Esses tipos de medições envolvem transmitir energia eletromagnética que se propaga através da formação 4 com o uso da primeira antena 12 e é recebida com o uso da segunda antena 13. Nessas modalidades, a energia eletromagnética recebida também pode ser referenciada como energia eletromagnética de retorno. A frequência da energia eletromagnética transmitida é, em geral, maior que a frequência usada para perfilagem de resistividade e é, em geral, de cerca de poucos MHz e na faixa de GHz. As medições dos sinais eletromagnéticos de propagação a fim de determinar a permissividade dielétrica incluem atenuação de sinal e mudança de fase de sinal que ocorreu ao longo de uma determinada distância de propagação, em geral, ao longo do espaçamento entre a primeira antena 12 e a segunda antena 13. Com o uso dessas medições, além da condutividade elétrica, a constante dielétri- ca pode ser determinada com o uso de equações de Maxwell, conforme conhecido na técnica. Além disso, a porosidade da formação pode ser determinada com o uso de medições do tempo de propagação de sinal com o uso de equações conhecidas na técnica, sabendo que o tempo de propagação em uma formação que é uma matriz preenchida com água é substancialmente maior que aquela em uma matriz preenchida com hidrocarboneto.

[025] Pode ser verificado que atenuação de sinal e medições de mudança de fase podem ser realizadas comparando-se os sinais ele-tromagnéticos recebidos com um sinal de referência, que podem ser gerados por um processador. Em uma ou mais modalidades, o sinal de referência pode ser a energia eletromagnética transmitida ou sinal transmitido pela primeira antena 12.

[026] Em uma ou mais modalidades para resistividade ou perfila- gem dielétrica, a primeira antena 12 e/ou a segunda antena 13 podem estar dispostas em um ou mais coxins 20 conforme ilustrado na Figura 2. Os coxins 20 são configurados para se estender a partir a ferramenta de fundo de poço 10 e fazer contato com a parede de poço inacabado.

[027] Agora, em referência à Figura 3, que representa aspectos de uma antena em formato fractal de conexão dupla 30 que pode ser usada como a antena transmissora 12 e/ou a antena receptora 13, em uma vista tridimensional. A antena 30 inclui um primeiro elemento de antena em formato fractal 31 e um segundo elemento de antena em formato fractal 32. O primeiro elemento de antena em formato fractal 31 é conectado ao segundo elemento de antena em formato fractal 32 por uma conexão central 35. O segundo elemento de antena em formato fractal 32 é uma imagem espelhada do primeiro elemento de antena em formato fractal 31 sobre ou em relação à conexão central 33. Em outras palavras, girar o primeiro elemento de antena 31 180 ° sobre um eixo geométrico (um eixo geométrico vertical na Figura 3) que atravessa a conexão central 35 irá produzir o segundo elemento de antena 32. A própria conexão central 35 é parte da montagem de antena. Um terceiro elemento de antena fractal 33 é conectado ao primeiro elemento de antena em formato fractal 31 em uma extremidade do elemento 31. Um quarto elemento de antena fractal 34 é conectado ao segundo elemento de antena em formato fractal 32 em uma extremidade do elemento 32 que é oposto à extremidade da conexão central 35. Os elementos de antena em formato fractal são, em geral, fabrica-dos a partir de um material eletricamente condutivo, como um metal, por exemplo. Um primeiro condutor de sinal 41 é conectado à extremidade de fundo do terceiro elemento de antena fractal 33 enquanto um segundo condutor de sinal 42 é conectado à extremidade de fundo do quarto elemento de antena fractal 34. Os condutores de sinal 41 e 42 são conectados ao transmissor 14 e/ou receptor 15 ou diretamente (mostrados conectados com o uso de linhas contínuas) para conservar o espaço ou opcionalmente através de uma rede de correspondência de impedância 36 (mostrada conectada com o uso de linhas tracejadas) para aprimorar adicionalmente transmissão e/ou recepção de sinal. Em uma ou mais modalidades, a rede de correspondência 36 (+ e - usada para diferenciar terminais) é configurada para fornecer uma impedância de entrada na antena em formato fractal de conexão dupla 30 de 50 ohms a fim de correlacionar a impedância de um cabo coaxial que conecta o transmissor e/ou receptor à antena 30. Pode ser verificado que em uma ou mais modalidades, a rede de correspondência 36 é uma rede π que tem resistores, capacitores e/ou indutores, conforme conhecido na técnica. Na modalidade da Figura 3, cada um dos elementos de antena em formato fractal 31 a 34 é idêntico, mas têm orientações diferentes (por exemplo, elementos de antena 31 e 32 são horizontais, enquanto elementos de antena 33 e 34 são verticais). Na modalidade da Figura 3, a elemento de antena 33 define um plano é ortogonal a um plano definido pelo elemento de antena 31 e o elemento de antena 34 define um plano que é ortogonal a um plano definido pelo elemento de antena 32. Em outras modalidades, os elementos de antena 33 e 34 podem estar em outros ângulos diferentes de zero em relação aos elementos de antena 31 e 32, respectivamente. Pode ser verificado que a antena em formato fractal de conexão dupla 30 pode inclui mais de duas conexões e condutores de sinal conforme mais de duas das conexões podem ser usadas em posições diferentes na antena para alterar o comprimento elétrico equivalente da antena e, consequentemente, alterar a frequência operacional da antena.

[028] Conforme usado no presente documento, o termo “em for mato fractal” se refere a qualquer formato que tenha um padrão ou motivo de base e um projeto autossemelhante. O formato fractal inclui uma replicação reduzida do motivo de base. A primeira replicação reduzida sobreposta sobre uma Figura de motivo de base pode ser referenciada como uma primeira interação (isto é, N=1). A superposição adicional de outra replicação a ainda uma escala menor seria a segunda interação (isto é, N=2). Cada replicação pode ser alterada a partir do motivo de base por deslocamento e/ou rotação linear. O fractal pode ser definido com uma superposição de uma ou mais replica- ções reduzidas (isto é, uma ou mais interações) sobrepostas sobre a Figura de motivo de base. O posicionamento de cada replicação pode ser realizado por rotação, alargamento e translação. Pode ser verificado que formatos fractais diferentes podem incluir linhas retas e/ou não retas. Exemplos de motivos conhecidos na técnica incluem Koch, Minkowski, Cantor, quadrado rompido, Mandelbrot, árvore Caley, oscilação do macaco, gaxeta Sierpinski e Julia. Visto isso, os termos para descrever antenas fractais ou antenas em formato fractal são conheci- dos na técnica, esses termos não são mais discutidos em detalhes no presente documento. Pode ser verificado que embora o motivo de base usado para propósitos de ilustração no presente documento tenha como base um triângulo, outros formatos e/ou características geográficos também podem ser usados.

[029] Outra ilustração tridimensional da antena em formato fractal de conexão dupla 30 é ilustrada na Figura 4. Nessa modalidade, a antena 30 está disposta em uma cavidade no corpo de ferramenta 16 ou em uma cavidade em um coxim 20. A Figura 5 ilustra uma vista lateral dessa modalidade. É verificado que, nessa modalidade, o segundo condutor de sinal 42 é conectado ao solo. Em conformidade, um terminal do transmissor 14 e/ou receptor 15 também é conectado ao solo a fim de implantar a conexão dupla. Para propósitos de comparação, uma antena de circuito da técnica anterior é ilustrada na Figura 6.

[030] Uma simulação de computador do desempenho da antena em formato fractal de conexão dupla 30 e da antena de circuito da técnica anterior foi conduzida. As propriedades elétricas de formação usadas na simulação incluem resistência de 0,3 ohm-metros e permis- sividade relativa de 40. A configuração de antena usada na simulação incluía a antena transmissora que está no mesmo plano que a antena receptora e que é separada por 0,08 metros (três polegadas). A Figura 7 é um gráfico da razão de amplitude de sinal recebido para amplitude de sinal transmitido como uma função de frequência para a antena em formato fractal de conexão dupla e para a antena de circuito da técnica anterior, em que ambas estão conectadas a uma rede de correspondência de impedância ideal. A faixa de frequências para a simulação foi de 20 MHz a 1.000 MHz. Pode ser percebido que há um aprimoramento de pelo menos 10 dB sobre a faixa de frequências para antena em formato fractal de conexão dupla. A Figura 8 é um gráfico da razão de amplitude de sinal recebido para amplitude de sinal transmitido co mo uma função de frequência para a antena em formato fractal de conexão dupla e para a antena de circuito da técnica anterior, em que ambas não estão conectadas a uma rede de correspondência de im- pedância, mas diretamente ao transmissor e ao receptor com o uso de cabo coaxial de 50 ohm-m. Pode ser percebido que há um aprimoramento de pelo menos 30 dB sobre a faixa de frequências para antena em formato fractal de conexão dupla. Isso mostra que sem com o uso de uma rede de correspondência de impedância, há aprimoramento de desempenho significativo da antena em formato fractal de conexão dupla sobre a antena de circuito da técnica anterior que indica que em determinadas modalidades uma rede de correspondência de impedân- cia não é exigida.

[031] Agora, em referência à Figura 9, que representa aspectos de uma antena em formato fractal de correção de conexão única 90 em uma vista de topo. O termo “antena de correção” se refere a uma superfície de metal similar à correção de radiação em um lado de um substrato dielétrico e um plano de solo no outro lado. As superfícies de metal superior e inferior não são conectadas entre si e a alimentação pode advir em diversos formatos, como alimentação por inserção, alimentação por sonda, alimentação indireta ou alimentação por abertura. A antena em formato fractal de correção de conexão única 90 como com a antena em formato fractal de conexão dupla 30 pode ser usada como a antena transmissora 12 e/ou a antena receptora 13. A antena em formato fractal de correção de conexão única 90 inclui o primeiro elemento de antena em formato fractal 31 conectado ao segundo elemento de antena em formato fractal 32 pela conexão central 35. Com a antena em formato fractal de correção de conexão única 90, um único condutor de sinal é conectado à conexão central 35 similar a uma conexão de uma antena de correção da técnica anterior. A Figura 10 ilustra uma vista lateral da antena em formato fractal de correção de conexão única 90, em que a antena 90 está disposta em uma cavidade oca 93 de um coxim 20 e revestida em PEEK (poliariletercetona). Uma camada dielétrica 91 de PEEK está disposta sobre a cavidade para aumentar magnitude de sinal. Um condutor de sinal 92 é conectado à conexão central 35. Na realização das Figuras 9 e 10, as dimensões de uma modalidade dos elementos de antena em formato fractal 31 e 32, bem como a conexão central 35 são ilustradas.

[032] Uma simulação de computador do desempenho da antena em formato fractal de correção de conexão única 90 foi conduzida. As propriedades elétricas de formação usadas na simulação incluem resistência de 0,3 ohm-metros e permissividade relativa de 40. A configuração de antena usada na simulação incluía a antena transmissora que está no mesmo plano que a antena receptora e que é separada por 0,08 metros (três polegadas). A Figura 11 é um gráfico da razão de amplitude de sinal recebido para amplitude de sinal transmitido (isto é, ganho) como uma função de frequência para a antena em formato fractal de correção de conexão única para uma terminação de 50 ohm sem uma rede de correspondência de impedância. A Figura 12 é um gráfico de ganho como uma função de frequência para a antena em formato fractal de conexão única com o uso de uma rede de correspondência de impedância disposta entre o transmissor/receptor e a antena 90.

[033] A Figura 13 é um fluxograma para um método 130 para es timar uma propriedade de uma formação de terra. O bloco 131 exige transportar um transportador através de um poço inacabado que penetra a formação de terra. O bloco 132 exige transmitir energia eletromagnética para o interior da formação com o uso de uma antena transmissora disposta no transportador. O bloco 133 exige receber energia eletromagnética de retorno da formação devido à energia eletromagnética transmitida que interage com a formação com o uso de uma antena receptora disposta no transportador. Em uma ou mais modalidades, a antena transmissora e a antena receptora podem ser a mesma antena. O bloco 134 exige estimar a propriedade com o uso de um processador acoplado ao receptor e configurado para estimar a propriedade com o uso da energia eletromagnética de retorno, em que pelo menos uma dentre a antena transmissora e a antena receptora inclui um primeiro elemento de antena em formato fractal e um segundo elemento de antena em formato fractal eletricamente conectado ao primeiro elemento de antena em formato fractal em uma conexão, em que o segundo elemento de antena em formato fractal é substancialmente uma imagem espelhada do primeiro elemento de antena em formato fractal em relação a uma reflexão sobre a conexão. O termo “substancialmente” em uma ou mais modalidades se refere a dimensões do segundo elemento de antena em formato fractal que estão dentro de 10% das dimensões do primeiro elemento de antena em formato fractal. A imagem espelhada, em um exemplo, resulta da rotação do primeiro elemento de antena em formato fractal 180 ° sobre um eixo geométrico que atravessa a conexão.

[034] As configurações reveladas acima de elementos de antena em formato fractal fornecem diversas vantagens. Uma vantagem é que um aprimoramento em ganho sobre uma faixa de frequências ampla em comparação com antenas da técnica anterior. Outra vantagem é que uma rede de correspondência de impedância pode não ser exigida devido ao aumento em ganho liberando, desse modo, espaço limitado na ferramenta de fundo de poço para uma antena maior ou para outros instrumentos, ferramentas ou componentes. Ainda outra vantagem é um projeto mais simples da rede de correspondência de impedância poder ser usado devido à variação limitada na impedância das antenas em formato fractal sobre uma faixa ampla de frequências utilizáveis de interesse para resistividade e perfilagem dielétrica.

[035] Em apoio aos ensinamentos no presente documento, diver sos componentes de análise podem ser usados, incluindo um sistema analógico e/ou digital. Por exemplo, os aparelhos eletrônicos de fundo do poço 11, o sistema de processamento de computador 12, o transmissor 14 ou o receptor 15 podem incluir sistemas analógicos e/ou digitais. O sistema pode ter componentes, como um processador, meio de armazenamento, memória, entrada, saída, enlace de comunicações (com fio, sem fio, lama pulsada, óptico ou outro), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinal (digital ou analógico) e outros tais componentes (como resistores, capacitores, indutores e outros) para fornecer operação e análises do aparelho e métodos revelados no presente documento em qualquer uma dentre diversas maneiras bem avaliadas na técnica. Considera-se que esses ensina-mentos podem ser, mas não precisam ser, implantados juntamente com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em um meio legível por computador não transitório, incluindo memória (ROMs, RAMs), óptico (CD-ROMs) ou magnético (discos, discos rígidos) ou qualquer outro tipo que, quando executado, faça com que um computador implante o método da presente invenção. Essas instruções podem fornecer operação de equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções consideradas relevantes por um projetista de sistema, proprietário, usuário ou outro funcionário, adicionalmente às funções descritas nesta revelação.

[036] O termo “transportador”, conforme usado no presente do cumento, significa qualquer dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro que podem ser usados para transportar, alojar, sustentar ou, de outro modo, facilitar o uso de outro dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro. Outros transportadores não limitantes exemplificativos incluem sondas de perfuração do tipo tubo espiralado, do tipo cano articulado e qualquer combinação ou porção dos mesmos. Outros exemplos de transportador incluem canos de revestimento, sondas de cabo de aço, sondas de arame, sondas de corda de piano, cargas em pouso, instalações de fundo de furo, insertos de coluna de perfuração, módulos, alojamentos internos e porções de substrato dos mesmos.

[037] Elementos das modalidades foram apresentados com um dentre os artigos “um” ou “uma”. Os artigos destinam-se a significar que há um ou mais dos elementos. Os termos “que inclui” e “que tem” destinam-se a ser inclusivos de modo que possa haver elementos adicionais diferentes dos elementos listados. A conjunção “ou” quando usada com uma lista de pelo menos dois termos destina-se a significar qualquer termo ou combinação de termos. Os termos “primeiro”, “segundo” e similares não denotam uma ordem particular, mas são usados para distinguir diferentes elementos. O termo “acoplar” se refere a um primeiro componente que é acoplado a outro componente direta ou indiretamente com o uso de um componente intermediário. O termo “configurado” se refere a uma limitação estrutural de um aparelho que permite que o aparelho realize a tarefa ou função para a qual o aparelho é configurado.

[038] Embora uma ou mais modalidades tenham sido mostradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas sem sair do espírito e do escopo da invenção. Consequentemente, deve ser compreendido que a presente invenção foi descrita a título de ilustrações e sem caráter de limitação.

[039] Será reconhecido que os diversos componentes ou tecno logias podem fornecer determinadas funcionalidades ou recursos necessários ou benéficos. Consequentemente, essas funções e características, conforme possam ser necessários em apoio às reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidos como sendo ine- rentemente incluídos como uma parte dos ensinamentos no presente documento e uma parte da invenção revelada.

[040] Embora a invenção tenha sido descrita em referência às modalidades exemplificativas, será entendido que diversas alterações podem ser feitas, e os equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações serão verificadas para adaptar um instrumento, situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à realização particular revelada como o melhor modo contemplado para realizar essa invenção, mas que a invenção inclua todas as modalidades que são abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Aparelho para estimar uma propriedade de uma formação de terra (4), o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um transportador (5) configurado para ser transportado através de um poço inacabado (2) que penetra uma formação de terra (4), um primeiro elemento de antena em formato fractal (31) disposto no transportador (5) e configurado para pelo menos um dentre transmitir energia eletromagnética para o interior da formação (4) e receber energia eletromagnética da formação (4); e um segundo elemento de antena em formato fractal (32) é eletricamente conectado ao primeiro elemento de antena em formato fractal (31) em uma conexão e configurado para pelo menos um dentre transmitir energia eletromagnética para o interior da formação (4) e receber energia eletromagnética da formação (4); um terceiro elemento de antena em formato fractal conectado eletricamente ao primeiro elemento de antena em formato fractal em que um eixo geométrico do terceiro elemento intersecta o eixo geométrico do primeiro elemento de antena em formato fractal em um primeiro ângulo diferente de zero; e um quarto elemento de antena em formato fractal conectado eletricamente ao segundo elemento de antena em formato fractal em que um eixo geométrico do quarto elemento de antena em formato fractal intersecta o eixo geométrico do segundo elemento de antena em formato fractal em um segundo ângulo diferente de zero; e pelo menos um de um transmissor configurado para transmitir um sinal elétrico aos primeiro e segundo elementos de antena em formato fractal e um receptor configurado para receber um sinal elétrico dos primeiro e segundo elementos de antena em formato fractal em que o segundo elemento de antena em formato fractal (32) é substancialmente uma imagem espelhada do primeiro elemento de antena fractal (31) em relação a uma reflexão sobre a conexão.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a imagem espelhada resulta da rotação do primeiro elemento de antena em formato fractal (31) 180° sobre um eixo geométrico que cruza a conexão.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um condutor de sinal configurado para acoplar a conexão entre o primeiro elemento de antena fractal (31) e o segundo elemento de antena fractal (32) a pelo menos um dentre o transmissor (14) e o receptor (15).

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a conexão é acoplada a pelo menos um dentre o transmissor e o receptor sem uma rede de correspondência de impe- dância.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a conexão é acoplada a pelo menos um dentre o transmissor e o receptor através de uma rede de correspondência de impedância disposta entre a conexão e pelo menos um dentre o transmissor e o receptor.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um do primeiro ângulo diferente de zero e o segundo ângulo diferente de zero é 90.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um primeiro condutor de sinal configurado para acoplar o terceiro elemento de antena em formato fractal para pelo menos um dentre o transmissor e o receptor e (ii) um segundo condutor de sinal configurado para acoplar o quarto elemento de antena em formato fractal a pelo menos um dentre o transmissor e o receptor, respectivamente.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro condutor de sinal é acoplado a pelo menos um dentre o transmissor e o receptor sem uma rede de correspondência de impedância e o segundo condutor de sinal é acoplado a pelo menos um dentre o transmissor e o receptor, respectivamente, sem uma rede correspondência de impedância.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro condutor de sinal é acoplado a pelo menos um dentre o transmissor e o receptor através de uma rede de correspondência de impedância e o segundo condutor de sinal é acoplado a pelo menos um dentre o transmissor e o receptor, respectivamente, através de uma rede de correspondência de impedância.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o transmissor e o receptor são combinados em um transceptor.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o primeiro elemento de antena em formato fractal e o segundo elemento de antena em formato fractal compreende um motivo de base de repetição.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o motivo de base é um triângulo.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a propriedade é resistência elétrica, condutividade elétrica ou permitividade dielétrica.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transportador compreende um cabo de perfila- gem, um cabo de aço, um tubo de perfuração ou uma tubulação espi- ralada.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que o transportador compreende um corpo de ferra-menta (16) ou coxim extensível (20) e o corpo de ferramenta (16) ou coxim extensível (20) define uma cavidade na qual o primeiro elemento de antena em formato fractal (31), o segundo elemento de antena em formato fractal (32) e a conexão que conecta o primeiro elemento de antena em formato fractal (31) ao segundo elemento de antena em formato fractal (32) estão dispostos.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a cavidade é preenchida com um material dielé- trico que envolve o primeiro elemento de antena em formato fractal (31), o segundo elemento de antena em formato fractal (32) e a conexão que conecta o primeiro elemento de antena em formato fractal (31) ao segundo elemento de antena em formato fractal (32).

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma camada de material dielétrico que cobre a cavidade e uma superfície do corpo de ferramenta (16) que é adjacente à cavidade.

18. Método (130) para estimar uma propriedade de uma formação de terra (4), o método caracterizado pelo fato de que compreende: transportar um transportador através de um poço inacabado (2) que penetra a formação de terra (4), transmitir energia eletromagnética para o interior da formação (4) com o uso de uma antena transmissora (12) disposta no transportador; receber energia eletromagnética de retorno da formação (4) devido à energia eletromagnética transmitida que interage com a formação (4) com o uso de uma antena receptora (13) disposta no transportador; e estimar a propriedade como o uso de um processador aco- plado ao receptor (15) e configurado para estimar a propriedade com o uso da energia eletromagnética de retorno; em que pelo menos uma dentre a antena transmissora (12) e a antena receptora (13) compreende um primeiro elemento de antena em formato fractal (31) e um segundo elemento de antena em formato fractal (32) eletricamente conectado ao primeiro elemento de antena em formato fractal (31) em uma conexão, em que o segundo elemento de antena em formato fractal (32) é substancialmente uma imagem espelhada do primeiro elemento de antena em formato fractal (31) em relação a uma reflexão sobre a conexão, em que (i) o primeiro elemento de antena em formato fractal é conectado eletricamente a um terceiro elemento de antena em formato fractal possuindo um eixo geométrico que intersecta o eixo geométrico do primeiro elemento de antena em formato fractal em um ângulo diferente de zero, e (ii) o segundo elemento de antena em formato fractal é conectado eletricamente ao quarto elemento de antena em formato fractal em um ângulo diferente de zero, e em que um primeiro condutor de sinal é conectado ao terceiro elemento de antena em formato fractal e um segundo condutor de sinal é conectado ao quarto elemento de antena em formato fractal.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a imagem espelhada resulta da rotação do primeiro elemento de antena em formato fractal (31) 180° sobre um eixo geométrico que cruza a conexão.

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o primeiro condutor de sinal é conectado à conexão.