BR112018009434B1

BR112018009434B1 - Sistema e método para medir características elétricas de uma formação de terra usando sensores capacitivos e indutivos de combinação

Info

Publication number: BR112018009434B1
Application number: BR112018009434-0A
Authority: BR
Inventors: Matthias Gorek; Martin Folberth; Eduard Kirchmeier
Original assignee: Baker Hughes, A Ge Company, Llc
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2023-04-11
Also published as: SA518391561B1; US20170139073A1; EP3374600B1; EP3374600A4; BR112018009434A2; EP3374600A1; WO2017083726A1; US10042076B2

Abstract

Um sistema para medir características elétricas de uma formação de terra inclui um transportador configurado para ser disposto em uma formação de terra e um conjunto de medição indutiva incluindo uma antena configurada para gerar um campo magnético oscilante na formação de terra e medir uma resistividade da formação detectando um sinal em resposta a correntes induzidas na formação. O sistema também inclui um conjunto de medição capacitiva incluindo um eletrodo de medição capacitiva configurado para detectar um sinal em resposta a uma corrente de medição injetada na formação, o eletrodo de medição capacitiva disposto entre a antena e a formação e em um caminho do campo magnético, o eletrodo de medição capacitiva formado de uma pluralidade de eletrodos constituintes que são isolados eletricamente uns dos outros de modo a impedir indução de correntes de fuga através da pluralidade de eletrodos.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido US 62/255. 118, depositado em 13 de novembro de 2015, que é aqui incorporada por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] Formações geológicas abaixo da superfície da terra podem conter reservatórios de petróleo e gás que são recuperados perfurando um ou mais poços para a subsuperfície da terra. Os poços também são usados para medir várias propriedades dos poços e das formações de subsuperfície circundantes.

[0003] Ferramentas de imageamento de resistividade são usadas na indústria de energia para estimar propriedades de formações subterrâneas e avaliar formações para determinar potencial de produção de hidrocarbonetos. Ferramentas de resistividade, tal como ferramentas de imageamento de lama à base de óleo (OBM) são úteis na avaliação de formação para, por exemplo, diferenciar entre fluidos de hidrocarbonetos e não hidrocarbonetos e medir características de formação, tal como litologia e características de fratura.

SUMÁRIO

[0004] Uma modalidade de um sistema para medir características elétricas de uma formação de terra inclui um transportador configurado para ser disposto em uma formação de terra e um conjunto de medição indutiva incluindo uma antena configurada para gerar um campo magnético oscilante na formação de terra e medir uma resistividade da formação detectando um sinal em resposta a correntes induzidas na formação pelo campo magnético. O sistema também inclui um conjunto de medição capacitiva incluindo um eletrodo de medição capacitiva configurado para detectar um sinal em resposta a uma corrente de medição injetada na formação, o eletrodo de medição capacitiva disposto pelo menos aproximadamente na mesma localização axial e angular do transportador que a antena e disposto entre a antena e a formação e em um caminho do campo magnético, o eletrodo de medição capacitiva formado de uma pluralidade de eletrodos constituintes que são isolados eletricamente uns dos outros de modo a impedir indução de correntes de fuga através da pluralidade de eletrodos.

[0005] Uma modalidade de um método para medir características elétricas de uma formação de terra inclui dispor um transportador num poço numa formação de terra, o transportador incluindo uma ferramenta de medição tendo um conjunto de medição indutiva e um conjunto de medição capacitiva, o conjunto de medição indutiva incluindo uma antena, o conjunto de medição capacitiva incluindo um eletrodo de medição capacitiva disposto pelo menos aproximadamente na mesma localização axial e angular do transportador que a antena e disposto entre a antena e a formação e num caminho de um campo magnético gerado pela antena, o eletrodo de medição capacitiva formado de uma pluralidade de eletrodos constituintes que são eletricamente isolados uns dos outros, de modo a impedir indução de correntes de fuga através da pluralidade de eletrodos. O método também inclui gerar um campo magnético oscilante na formação de terra pela antena e detectar um sinal em resposta a correntes induzidas na formação pelo campo magnético, injetar uma corrente de medição na formação e detectar uma mudança na corrente de medição pelo eletrodo de medição capacitiva e estimar uma resistividade da formação com base na detecção do sinal e na detecção da mudança na corrente de medição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] As descrições a seguir não devem ser consideradas limitantes em nenhuma circunstância. Em referência aos desenhos anexados, elementos similares são numerados de maneira similar:

[0007] A FIG. I representa uma modalidade de um sistema de perfuração, avaliação de formação elou produção;

[0008] A FIG. 2 representa uma modalidade de uma ferramenta de medição de resistividade configurada para uso com um componente de fundo de poço rotativo;

[0009] A FIG. 3 representa uma modalidade de uma ferramenta de medição de resistividade configurada para uso com um componente de fundo de poço rotativo;

[00010] A FIG. 4 representa uma modalidade exemplar da ferramenta de medição de resistividade não rotativa (por exemplo, uma ferramenta de cabo de aço);

[00011] A FIG. 5 representa uma modalidade de um sensor de medição de resistividade indutiva e capacitiva combinadas de acordo com uma modalidade;

[00012] A FIG. 6 representa uma modalidade de um eletrodo de medição capacitiva do sensor da FIG. 5;

[00013] A FIG. 7 representa uma modalidade um eletrodo de medição capacitiva do sensor da FIG. 5;

[00014] AS FIGS. 8A e 8B representam coletivamente um exemplo de um ou mais eletrodos constituintes do eletrodo de medição capacitiva da FIG. 7;

[00015] A FIG. 9 descreve resultados de resultados de simulação para uma antena de sensor indutivo;

[00016] A FIG. 10 representa resultados de testes da antena de sensor indutivo da FIG. 8 em conjunto com um eletrodo de proteção de acordo com modalidades aqui descritas;

[00017] A FIG. 11 representa resultados de testes da antena de sensor indutivo da FIG. 8 em conjunto com um eletrodo de medição capacitiva de acordo com modalidades aqui descritas;

[00018] A FIG. 12 representa efeitos de variações de componentes de poço e de fundo de poço que podem efetuar medições de resistividade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00019] Aparelhos e métodos são fornecidos para realizar medições de resistividade de uma formação de terra são aqui descritos. Uma modalidade de um aparelho ou sistema de medição de resistividade inclui uma ferramenta de fundo de poço (por exemplo, uma ferramenta de cabo de aço ou LWD) que fornece medições de resistividade utilizando medições tanto indutivas quanto capacitivas. As medições indutivas são realizadas por um ou mais sensores, cada um dos quais combina detecção tanto indutiva quanto capacitiva que pode ser realizada no mesmo local em um poço. Numa modalidade, o sensor inclui um conjunto de medição indutiva tendo uma antena (por exemplo, um sensor de circuito simples) e um conjunto de medição capacitiva tendo pelo menos um eletrodo capacitivo que está colocalizado em relação à antena. Numa modalidade, a antena de medição indutiva e o eletrodo de detecção capacitiva estão localizados de modo que eles tenham pelo menos substancialmente a mesma localização axial e angular. Uma modalidade de um sensor eletromagnético inclui um sensor indutivo incluindo uma antena e um sensor galvânico capacitivo tendo um eletrodo colocalizado que está localizado no caminho de um campo magnético gerado pelo sensor indutivo e está dividido em múltiplas partes constituintes. As partes constituintes (também referidas como eletrodos constituintes) não estão fisicamente conectadas dentro do caminho do campo magnético (pelo menos para evitar indução de correntes de fuga em torno dos eletrodos constituintes), a fim de reduzir as correntes no eletrodo capacitivo e reduzir ou minimizar efeitos do eletrodo capacitivo no campo magnético e medições de resistividade indutiva associadas.

[00020] Em referência à FIG. 1, uma modalidade exemplar de um sistema de perfuração, perfilagem elou produção de poço 10 inclui uma coluna de poço 12 que é mostrada disposta num furo de poço ou poço 14 que penetra pelo menos uma formação de terra 16 durante uma operação de perfuração ou outra operação de fundo de poço. Como aqui descrito, "poço" ou "furo de poço" se refere a um único furo que constitui a totalidade ou parte de um poço perfurado. É observado que embora as modalidades aqui descritas sejam descritas em conjunto com poços verticais, elas não são tão limitadas, uma vez que elas poderiam ser usadas com poços desviados, horizontais e quaisquer outros poços tendo qualquer caminho selecionado através de uma formação. Como aqui descrito, "formações" se referem às várias características e materiais que podem ser encontrados num ambiente de subsuperfície e circundam o poço.

[00021] Uma estrutura de superfície ou equipamento de superfície 18 inclui vários componentes, tal como uma cabeça de poço, torre elou mesa rotativa para suportar a coluna de poço, girar a coluna de poço e abaixar seções de coluna ou outros componentes de fundo de poço. Numa modalidade, a coluna de poço 12 é uma coluna de perfuração incluindo uma ou mais seções de tubo de perfuração que se estendem para baixo no poço 14 e está conectada a um conjunto de perfuração 20 que inclui uma broca de perfuração. O equipamento de superfície 18 também inclui bombas, fontes de fluido e outros componentes para circular fluido de perfuração através do conjunto de perfuração 20 e do poço 14. Embora a coluna de perfuração e a broca de perfuração sejam mostradas na FIG. 1 como sendo giradas por um dispositivo rotativo de superfície, a broca de perfuração pode ser girada por um motor de fundo de poço, tal como um motor de lama.

[00022] Em uma modalidade, o sistema 10 pode incluir qualquer número de ferramentas de fundo de poço 24 para vários processos incluindo perfuração de formação, geo-orientação e avaliação de formação (FE) para medição versus profundidade elou tempo de uma ou mais quantidades físicas no ou em torno de um poço. A ferramenta 24 pode ser incluída ou incorporada como uma composição de fundo (BHA) 22, componente de coluna de perfuração ou outro transportador adequado. O termo "transportador" como descrito neste documento significa qualquer dispositivo, componente do dispositivo, combinação de dispositivos, meios elou membro que possa ser utilizado para transmitir, alojar, suportar ou, de outra forma, facilitar a utilização de outro dispositivo, componente do dispositivo e combinação de dispositivos, meios elou membro. Transportadores não limitantes exemplares incluem colunas de perfuração do tipo de tubulação espiralada, do tipo de tubo articulado e qualquer combinação ou porção dos mesmos. Outros exemplos de transportadores incluem tubos de revestimento, cabos de aço, sondas de cabo de aço, sondas de cabo liso, drop shots, subs de fundo de poço, composições de fundo e colunas de perfuração.

[00023] A ferramenta 24, a BHA 22 ou outras porções da coluna de poço 12 incluem dispositivos de sensor configurados para medir vários parâmetros da formação elou do poço. Em uma modalidade, a ferramenta 24 é configurada como uma ferramenta de medição de resistividade de fundo de poço, tal como uma ferramenta de resistividade de perfilagem durante a perfuração (LWD).

[00024] Embora o sistema 10 seja descrito nesta modalidade como incluindo um conjunto de perfuração, ele não é tão limitado. Por exemplo, o sistema 10 pode ser configurado como um sistema de medição que inclui a ferramenta 24 incorporada em um sistema de cabo de aço ou um sistema de tubulação espiralada.

[00025] Numa modalidade, a ferramenta 24, a BHA 22 elou dispositivos de sensor incluem elou são configurados para comunicar com um processador para receber, medir elou estimar características direcionais e outras características dos componentes de fundo de poço, poço elou formação. Por exemplo, a ferramenta 24 está equipada com equipamento de transmissão para comunicar com um processador, tal como um processador de fundo de poço 26 ou uma unidade de processamento de superfície 28. Tal equipamento de transmissão pode assumir qualquer forma desejada e diferentes meios de transmissão e conexões podem ser usados. Exemplos de conexões incluem conexões com fios, fibra ótica, acústicas, sem fios e telemetria de pulso de lama.

[00026] O processador pode ser configurado para receber dados da ferramenta 24 elou processar os dados para gerar informações de parâmetros de formação. Em uma modalidade, a unidade de processamento de superfície 28 é configurada como uma unidade de controle de perfuração de superfície que controla vários parâmetros de perfuração, tal como velocidade de rotação, peso na broca, parâmetros de fluxo de fluido de perfuração e outros. O processador pode também ser configurado para gerar comandos através de circuitos apropriados para a ferramenta de medição de resistividade e fazer com que correntes elou campos magnéticos sejam injetados ou induzidos na formação 16 circundando a ferramenta. O processador também pode detectar e/ou receber dados correspondentes a sinais de corrente elou voltagem medidos através da ferramenta de medição de resistividade.

[00027] A FIG. 2 ilustra uma modalidade da ferramenta 24 que é configurada para tomar medições de resistividade durante a rotação de um componente de fundo de poço, tal como um conjunto de perfuração, coluna de perfuração elou BHA. Embora a ferramenta 24 possa ser incorporada em qualquer componente de fundo de poço rotativo, nesta modalidade a ferramenta 24 é uma ferramenta de imageamento de resistividade LWD.

[00028] A ferramenta 24 inclui ou está montada num componente rotativo 30, tal como um comprimento de tubo de perfuração ou um componente de BHA. O componente rotativo se estende em uma direção axial, isto é, ao longo de um longo eixo do componente rotativo. A direção axial é mostrada na FIG. 2 como uma direção “z”. A ferramenta 24 inclui um ou mais conjuntos ou módulos de medição de resistividade 32 embutidos ou montados no componente rotativo. Os módulos podem ser dispostos diretamente no componente rotativo ou dispostos numa estrutura de suporte, tal como uma luva rotativa ou não rotativa 34. Cada módulo 32 inclui uma estrutura de isolamento 36 e um ou mais sensores de resistividade 38 que incluem um eletrodo capacitivo configurado para injetar uma corrente elétrica na formação 16 elou detectar voltagem ou corrente para estimar uma resistividade da formação. Cada sensor 38 também inclui uma antena indutiva colocalizada configurada para gerar um campo magnético oscilante na formação elou medir a magnitude de correntes induzidas na formação pelo campo magnético. O eletrodo capacitivo e a antena indutiva estão colocalizados, isto é, localizados aproximadamente na mesma localização axial e azimutal ou lateral. Eletrodos adicionais 40 também podem ser incluídos para transmitir corrente elétrica ou para agir como eletrodos de proteção ou de focalização.

[00029] A modalidade da FIG. 2 mostra uma pluralidade de sensores 38 dispostos como uma fila numa direção lateral perpendicular à direção axial (mostrada como a direção “x”) ou organizada em localizações sucessivas angulares ou azimutais “θ”, no entanto, qualquer número e configuração de sensores 38 pode ser usada.

[00030] A FIG. 3 mostra uma outra modalidade da ferramenta 24 configurada como parte de uma coluna de perfuração ou outro componente rotativo. Nesta modalidade, um ou mais módulos 32 são dispostos num componente estabilizador 41 de uma coluna de perfuração. Conforme mostrado na FIG. 3, a ferramenta 24 pode não requerer uma matriz de módulos de medição, mas pode em vez disso ter um único módulo de medição em uma dada localização axial.

[00031] A FIG. 4 mostra uma modalidade da ferramenta 24 configurada como uma ferramenta de cabo de aço ou outra ferramenta não rotativa. Nesta modalidade, o módulo 32 incluindo os sensores 38 está disposto numa almofada 42 feita de um material eletricamente isolante, tal como um material cerâmico ou polimérico. Nesta modalidade, os sensores 38 são configurados como eletrodos/antenas de botão. Cada almofada 42 pode ser conectada a um corpo 44 da ferramenta 24 por braços extensíveis 46 ou outros mecanismos para estender o módulo 32 radialmente e impelir o módulo 32 contra a parede de poço elou torta de lama formada na parede de poço. A almofada 42 pode incluir componentes adicionais, tal como eletrodos 48 e uma blindagem não condutiva 50 localizada entre os sensores 38 e os eletrodos 48.

[00032] Numa modalidade, a ferramenta 24 é configurada para realizar medições dentro de um poço através do qual um fluido é circulado que é não condutivo ou substancialmente não condutivo. Por exemplo, o fluido é um fluido de perfuração à base de óleo feito de uma emulsão de óleo ou uma emulsão de água em óleo, tal como uma lama à base de óleo (OBM). Outros tipos de fluidos que podem ser circulados incluem fluidos de injeção e fluidos de estimulação, tal como fluidos de fraturamento.

[00033] As FIGS. 5 e 6 mostram uma modalidade do sensor 38 que inclui um conjunto de eletrodos capacitivos 60 e uma antena indutiva 62. A antena indutiva 62 nesta modalidade é um sensor de circuito simples tendo um número de enrolamentos selecionado. Por exemplo, a antena indutiva 62 tem dois enrolamentos, embora qualquer número (por exemplo, um número inteiro) de enrolamentos possa ser formado pelo circuito.

[00034] O conjunto de eletrodo capacitivo 60 (ou pelo menos um eletrodo capacitivo central 64 descrito abaixo) é colocalizado acima (radialmente para fora) da antena indutiva 62 para permitir medição de resistividade usando princípios tanto indutivos quanto capacitivos da mesma localização axial e angular. Isto representa uma vantagem significativa em que ambos os tipos de medições podem ser realizados sem ter que localizar os respectivos tipos de sensores em diferentes localizações. Ter sensores em localizações diferentes exigiria que toda posição dos sensores fosse determinada em função do tempo, o que pode ser difícil ou impossível, particularmente para configurações rotativas em que a rugosidade do poço elou vibrações significam que a determinação precisa da posição angular e do afastamento pode ser difícil de determinar.

[00035] Além de fornecer capacidades de medição duplas, o conjunto de eletrodo capacitivo 60 desempenha outra função importante agindo como uma blindagem capacitiva (por exemplo, pelo eletrodo de proteção 66; o eletrodo central 64 pode contribuir para a função de blindagem) para a antena indutiva 62 de modo que o acoplamento capacitivo da antena 62 e da formação pode ser evitado. Por exemplo, o conjunto de eletrodos 60 inclui um eletrodo de proteção ou blindagem 66 que age como um eletrodo de proteção para impedir acoplamento capacitivo entre a antena 62 e a formação.

[00036] O conjunto de eletrodos capacitivos 60 é configurado para assegurar que não haja interferência entre os sensores indutivos e capacitivos por ter uma construção em peças na qual o eletrodo capacitivo central 64 é formado por uma pluralidade de eletrodos constituintes individuais 68 que são desconectados eletricamente na região acima da antena 62, isto é, dentro do caminho do campo magnético entre a antena e a formação. Esta configuração em peças reduz ou elimina correntes de fuga de superfície que poderiam de outra forma se formar no eletrodo capacitivo e comprometer as medições indutivas.

[00037] A FIG. 5 mostra um exemplo de uma configuração do eletrodo capacitivo 60. O eletrodo inclui o eletrodo de medição central 64 que é formado pelos eletrodos constituintes 68 que são eletricamente isolados um em relação ao outro, de modo que não haja conexão elétrica direta entre cada qual e a corrente não possa circular diretamente entre os eletrodos constituintes 68. Os eletrodos constituintes não têm conexão direta ou física uns com os outros dentro do campo magnético principal da antena 62 (por exemplo, pelo menos uma região localizada radialmente acima da área definida por um circuito de antena). Os eletrodos constituintes 68 são assim desconectados de modo a impedir a indução de correntes de fuga através dos eletrodos constituintes 68, por exemplo, em torno de um contorno englobando a pluralidade de eletrodos. O contorno pode ser um caminho contínuo (por exemplo, circular ou retangular) formado pelas bordas externas dos eletrodos constituintes 68 ou outros eletrodos constituintes num plano paralelo à superfície do eletrodo 60 (por exemplo, no plano x-y da FIG. 6). Exemplos de um contorno 67 são mostrados nas FIGS. 5 e 7. Embora os eletrodos constituintes estejam fisicamente desconectados, eles podem estar eletricamente conectados a um circuito de medição. Por exemplo, uma conexão elétrica (por exemplo, no ou perto do ponto central do eletrodo 60) pode ser formada para conectar os eletrodos constituintes 68 a um circuito de medição.

[00038] Neste exemplo, o eletrodo central 64 é circular e é dividido em quatro partes em forma de torta desconectadas (isto é, os eletrodos constituintes 68). Em uma modalidade, o eletrodo central 64 é circundado pelo eletrodo de proteção 66 que também pode ser dividido em múltiplas partes, mostradas neste exemplo como eletrodos de proteção constituintes 70. E observado que o número e a configuração de eletrodos constituintes não são limitados às modalidades aqui descritas, uma vez que outras formas e números de eletrodos constituintes podem ser utilizados conforme desejado.

[00039] A FIG. 6 demonstra como correntes de fuga que de outro modo seriam induzidas são evitadas ou reduzidas pela configuração da FIG. 5. A FIG. 6 mostra correntes de fuga de superfície simuladas 72 (representadas por setas na superfície do eletrodo central e de proteção) produzidas por meio do campo magnético gerado pela antena 62. Como é evidente, nenhum circuito fechado de correntes de fuga pode ocorrer através de todo o eletrodo central ou eletrodo de proteção.

[00040] As FIGS. 7 e 8 ilustram outra modalidade do eletrodo central. Nesta modalidade, o eletrodo central 64 é geralmente retangular e é dividido em quatro eletrodos constituintes em forma de triângulo.

[00041] A fim de interromper e enfraquecer ainda mais as correntes de fuga no conjunto de eletrodos capacitivos 60, os eletrodos constituintes 68 podem ser ainda divididos ou partidos para reduzir ainda mais a capacidade de correntes de fuga se formarem. A FIG. 8 mostra um exemplo no qual os eletrodos constituintes 68 da FIG. 7 são ainda divididos em fatias ou outros componentes. Estes componentes podem ser de qualquer forma ou formato adequado para reduzir ainda mais a extensão das correntes de fuga no eletrodo capacitivo. Neste exemplo, cada constituinte é formado como uma série de fatias ou é formado para seguir um caminho sinuoso como mostrado na FIG. 7.

[00042] Os sensores combinados de resistividade indutivos e capacitivos aqui descritos podem ser usados num método de medir características elétricas de uma formação. Uma modalidade de um método inclui uma série de estágios discutidos mais abaixo. O método é aqui descrito em conjunto com a ferramenta 24, embora o método possa ser realizado em conjunto com qualquer número e configuração de processadores, sensores e ferramentas. Em uma modalidade, o método inclui a execução de todos os estágios seguintes na ordem descrita. No entanto, determinados estágios podem ser omitidos, estágios podem ser adicionados ou a ordem dos estágios mudada.

[00043] Num primeiro estágio, a ferramenta 24 é baixada num poço numa formação de terra. A ferramenta 24 pode ser baixada, por exemplo, durante uma operação de perfuração, operação LWD ou através de um cabo de aço. Em um segundo estágio, um circuito de controle é usado para aplicar uma voltagem ou corrente oscilante à antena indutiva 62 de acordo com uma frequência selecionada. A antena indutiva 62, por sua vez, gera um campo magnético oscilante na formação da terra. O circuito de controle ou um circuito de medição diferente detecta uma resposta da antena 62 às correntes induzidas na formação. Num terceiro estágio, o circuito de controle (ou um circuito de controle diferente) injeta uma corrente de medição oscilante na formação através do conjunto de eletrodos capacitivos 60 e detecta um sinal resultante pelo eletrodo de medição capacitiva. Por exemplo, corrente pode ser injetada pelo conjunto de eletrodo capacitivo 60 e, então, o sinal resultante pode ser medido medindo a voltagem do eletrodo central 64 (por exemplo, complexo), ou uma voltagem pode ser aplicada e o sinal resultante pode ser medido medindo a corrente do eletrodo central 64. A magnitude de sinal de medição pode ser constante e não precisa mudar.

[00044] Os segundos estágios e terceiros estágios podem ser realizados sequencialmente ou alternativamente (ou de qualquer maneira desejada), ou podem ser realizados simultaneamente, por exemplo, usando uma frequência diferente para a antena indutiva 62 e o conjunto de eletrodos 60. Em um quarto estágio, uma resistividade da formação é estimada com base na detecção do sinal elou na detecção da mudança na corrente de medição.

[00045] As modalidades aqui descritas fornecem uma ferramenta de medição de resistividade eficaz que incorpora sensores tanto indutivos (por exemplo, circuito único) quanto capacitivos (por exemplo, botão protegido) para aplicações de imageamento tanto de cabo de aço quanto LWD. Esses sensores combinados superam várias deficiências inerentes aos respectivos princípios físicos de cada tipo de detecção.

[00046] As FIGS. 9 a 11 ilustram gráficos que mostram resultados de simulações que demonstram a eficácia dos sensores capacitivos e indutivos colocalizados aqui descritos. Como discutido mais abaixo, estes testes demonstram que o sensor capacitivo configurado de acordo com as modalidades aqui descritas pode ser configurado em conjunto com o sensor indutivo como descrito aqui sem afetar negativamente a funcionalidade do sensor indutivo e também pode ser usado efetivamente como uma blindagem capacitiva.

[00047] Nestes testes, um afastamento de 3 mm foi usado e o fluido de perfuração (por exemplo, lama à base de óleo) foi representado por ar. A resistividade de formação foi variada de 0,2 a 2000 fim e a permissividade relativa de formação de 1 a 81. Uma amplitude de sinal de um sensor indutivo (por exemplo, antena de circuito único), aplicada através de um circuito oscilador, foi controlada aplicando uma voltagem de controle Vctrl à antena indutiva 62 e mantendo a voltagem de controle constante em relação à resistividade circundante em mudança. Um valor de voltagem foi determinado por Vctr1-Vref, onde Vref é a voltagem de controle da antena em ar livre. A voltagem medida é representada por curvas mostrando a dependência da resistividade medida em relação às resistividades de formação simuladas. Nestes exemplos, as curvas 80, 82, 84, 86, 88 e 90 representam curvas associadas a formações tendo permissividades relativas de 1, 4, 10, 25, 50 e 81, respectivamente.

[00048] A FIG. 9 mostra os resultados do teste usando um sensor indutivo de circuito único operado sem o eletrodo central ou de proteção do sensor capacitivo/galvânico. A FIG. 10 mostra os resultados do teste usando o sensor de circuito único operado apenas com o eletrodo de proteção do conjunto de eletrodo capacitivo/galvânico. A FIG. 11 mostra os resultados do teste usando o sensor de circuito único operado com ambos o eletrodo central e de proteção do conjunto de eletrodos capacitivos/galvânicos.

[00049] Como demonstrado por estes resultados, resistividades mais baixas (abaixo de cerca de 5 fim) são bem resolvíveis usando apenas o circuito indutivo sem um eletrodo de proteção. No entanto, para resistividades acima de 5 fim, a influência da permissividade de formação fica visível. Este efeito pode ser minimizado pelo eletrodo de proteção 66, como mostrado na FIG. 10, o que demonstra que o eletrodo de proteção segmentado representa uma blindagem capacitiva efetiva para o circuito. Além disso, a FIG. 11 demonstra que o uso do eletrodo central 60 não tem uma influência significativa na funcionalidade do sensor de circuito único, desse modo mostrando que o eletrodo central elou o conjunto 60 podem ser efetivamente utilizados como um sensor capacitivo sem afetar negativamente a funcionalidade do sensor de circuito.

[00050] A FIG. 12 demonstra outra vantagem significativa dos sensores indutivos e capacitivos combinados aqui descritos. Uma configuração potencial para realizar ambas as medições de resistividade indutivas e capacitivas usando uma única ferramenta é uma ferramenta na qual o sensor indutivo e o sensor capacitivo são montados em diferentes localizações. A fim de determinar a localização precisa para cada medição, as respostas poderiam ser medidas e, posteriormente, sobrepostas em relação a uma posição desejada que foi passada pelos sensores em diferentes pontos no tempo. Esta abordagem exigiria que toda posição de um sensor fosse recalculada como coordenadas verticais e azimutais, bem como afastamento de uma parede de poço.

[00051] No entanto, mesmo supondo que pontos no tempo poderiam ser identificados para cada sensor que correlaciona as medições à mesma localização, é provável que o afastamento não seja o mesmo devido a fatores tais como a rugosidade do poço e o movimento da ferramenta. Por exemplo, como mostrado na FIG. 12, vibrações de uma ferramenta durante a rotação podem resultar em mudanças no afastamento, fazendo com que o resultado de que o afastamento quando o primeiro sensor (Sensor 1) está em uma localização (por exemplo, posição 1 ou posição 2) pode não ser o mesmo que o afastamento quando o segundo sensor (Sensor 2) atinge a mesma localização devido ao retardo de tempo devido às diferentes localizações de cada sensor na ferramenta. Da mesma forma, a variação do afastamento devido à vibração, forma irregular do poço e taxa de penetração provavelmente resultaria em um afastamento diferente para cada sensor em uma dada localização devido ao retardo no tempo entre cada sensor atingindo a localização.

[00052] Assim, as modalidades descritas aqui proporcionam uma série de vantagens significativas devido à capacidade de configurar ambos os tipos de sensores na mesma localização. Uma tal vantagem é que os sensores colocalizados asseguram que o mesmo afastamento e outras características de poço serão experimentados quando cada sensor realizar suas respectivas medições. Além disso, as modalidades são vantajosas em que elas reduzem a quantidade de espaço necessário e reduzem a complexidade da configuração física e podem reduzir a quantidade de processamento (por exemplo, calcular retardos de tempo e coordenadas) necessária para adquirir medições de uma formação.

[00053] Geralmente, alguns dos ensinamentos neste documento são reduzidos a um algoritmo que é armazenado em mídia de leitura óptica. O algoritmo é implementado por um computador e fornece aos operadores a saída desejada.

[00054] Os sistemas aqui descritos podem ser incorporados em um computador acoplado à ferramenta 24. Componentes exemplares incluem, sem limitação, pelo menos um processador, armazenamento, memória, dispositivos de entrada, dispositivos de saída e similares. Como estes componentes são conhecidos pelos versados na técnica, estes não são representados em quaisquer detalhes aqui. O computador pode ser disposto em pelo menos um de uma unidade de processamento de superfície e um componente de fundo de poço.

[00055] Em apoio aos ensinamentos aqui apresentados, podem ser utilizadas várias análises elou componentes analíticos, incluindo sistemas digitais elou analógicos. O sistema pode ter componentes tais como um processador, meio de armazenamento, memória, entrada, saída, enlace de comunicação .com fio, sem fio, pulso de lama, óptico ou outro), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinais (digitais ou analógicos) e outros componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para fornecer operação e análise do aparelho e dos métodos aqui revelados de qualquer uma das várias maneiras bem apreciadas na técnica. Considera-se que esses ensinamentos podem ser, mas não necessariamente, implementados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em um meio legível por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), óptica (CD-ROMs) ou magnética (discos, discos rígidos) ou qualquer outro tipo que, quando executadas, fazem com que um computador implemente o método da presente invenção. Estas instruções podem fornecer operação de equipamento, controle, coleção de dados e análise e outras funções consideradas relevantes por um planejador de sistema, proprietário, usuário ou tal outro pessoal, além das funções descritas nesta divulgação.

[00056] Abaixo são estabelecias algumas modalidades da divulgação anterior:

[00057] Modalidade l. Um sistema para medir características elétricas de uma formação de terra , compreendendo: um transportador configurado para ser disposto em uma formação de terra; um conjunto de medição indutiva incluindo uma antena configurada para gerar um campo magnético oscilante na formação de terra e medir uma resistividade da formação detectando um sinal em resposta a correntes induzidas na formação pelo campo magnético; e um conjunto de medição capacitiva incluindo um eletrodo de medição capacitiva configurado para detectar um sinal em resposta a uma corrente de medição injetada na formação, o eletrodo de medição capacitiva disposto pelo menos aproximadamente na mesma localização axial e angular do transportador que a antena e disposto entre a antena e a formação e em um caminho do campo magnético, o eletrodo de medição capacitiva formado a partir de uma pluralidade de eletrodos constituintes que são eletricamente isolados entre si, de modo a evitar indução de correntes de fuga através da pluralidade de eletrodos.

[00058] Modalidade 2. O sistema da modalidade 1, em que a pluralidade de eletrodos constituintes não tem conexão elétrica direta entre os mesmos.

[00059] Modalidade 3. O sistema de qualquer modalidade anterior, em que a pluralidade de eletrodos constituintes é fisicamente desconectada de modo a impedir indução de correntes de fuga em torno de um contorno englobando a pluralidade de eletrodos constituintes.

[00060] Modalidade 4. O sistema de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de medição indutiva inclui pelo menos uma antena, a pluralidade de eletrodos de medição disposta numa região acima da pelo menos uma antena na qual o campo magnético é formado.

[00061] Modalidade 5. O sistema de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de medição capacitiva inclui um eletrodo de proteção circundando o eletrodo de medição capacitiva.

[00062] Modalidade 6. O sistema de qualquer modalidade anterior, em que o eletrodo de medição capacitiva é dividido numa pluralidade de eletrodos constituintes que são cada qual conectados a um circuito de medição.

[00063] Modalidade 7. O sistema de qualquer modalidade anterior, em que a pluralidade de eletrodos constituintes é formada como pelo menos um de: uma série de fatias e uma estrutura de eletrodo alongada seguindo um caminho sinuoso.

[00064] Modalidade 8. O sistema de qualquer modalidade anterior, em que o transportador é configurado para realizar aspectos de uma operação de perfilagem durante a perfuração (LWD).

[00065] Modalidade 9. O sistema de qualquer modalidade anterior, compreendendo ainda um processador configurado para controlar um parâmetro operacional da operação LWD com base em sinais recebidos de pelo menos do eletrodo de medição capacitiva.

[00066] Modalidade 10. O sistema de qualquer modalidade anterior, em que o transportador inclui uma almofada feita de um material eletricamente isolante, a almofada incluindo uma pluralidade de botões, cada um da pluralidade de botões incluindo o conjunto de medição indutiva e o conjunto de medição capacitiva.

[00067] Modalidade 11. Um método para medir características elétricas de uma formação de terra, o método compreendendo: dispor um transportador em um poço em uma formação de terra, o transportador incluindo uma ferramenta de medição tendo um conjunto de medição indutiva e um conjunto de medição capacitiva, o conjunto de medição indutiva incluindo uma antena, o conjunto de medição capacitiva incluindo um eletrodo de medição capacitiva disposto pelo menos aproximadamente na mesma localização axial e angular do transportador que a antena e disposto entre a antena e a formação e num caminho de um campo magnético gerado pela antena, o eletrodo de medição capacitiva formado a partir de uma pluralidade de eletrodos constituintes que são isolados eletricamente entre si de modo a impedir a indução de correntes de fuga através da pluralidade de eletrodos; gerar um campo magnético oscilante na formação de terra pela antena e detectar um sinal em resposta a correntes induzidas na formação pelo campo magnético; injetar uma corrente de medição na formação e detectar um sinal resultante pelo eletrodo de medição capacitiva; e estimar uma resistividade da formação com base na detecção do sinal e na detecção do sinal resultante.

[00068] Modalidade 12. O método de qualquer modalidade anterior, em que a pluralidade de eletrodos constituintes não tem conexão elétrica direta entre os mesmos.

[00069] Modalidade 13. O método de qualquer modalidade anterior, em que a pluralidade de eletrodos constituintes é fisicamente desconectada de modo a impedir indução de correntes de fuga em torno de um contorno englobando a pluralidade de eletrodos constituintes.

[00070] Modalidade 14. O método de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de medição indutiva inclui pelo menos uma antena, a pluralidade de eletrodos de medição disposta numa região acima da pelo menos uma antena na qual o campo magnético é formado.

[00071] Modalidade 15. O método de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de medição capacitiva inclui um eletrodo de proteção circundando o eletrodo de medição capacitiva.

[00072] Modalidade 16. O método de qualquer modalidade anterior, em que o eletrodo de medição capacitiva é dividido numa pluralidade de eletrodos constituintes que são cada qual conectados a um circuito de medição.

[00073] Modalidade 17. O método de qualquer modalidade anterior, em que a pluralidade de eletrodos constituintes é formada como pelo menos um de: uma série de fatias e uma estrutura de eletrodo alongada seguindo um caminho sinuoso.

[00074] Modalidade 18. O método de qualquer modalidade anterior, em que o transportador é configurado para realizar aspectos de uma operação de perfilagem durante a perfuração (LWD).

[00075] Modalidade 19. O método de qualquer modalidade anterior, controlando adicionalmente um parâmetro operacional da operação LWD com base na resistividade da formação.

[00076] Modalidade 20. O método de qualquer modalidade anterior, em que o transportador inclui uma almofada feita de um material eletricamente isolante, a almofada incluindo uma pluralidade de botões, cada um da pluralidade de botões incluindo o conjunto de medição indutiva e o conjunto de medição capacitiva.

[00077] O uso dos termos "um(a)" e "o(a)(s)" e referentes similares no contexto de descrever a invenção (especialmente no contexto das reivindicações abaixo) deve ser interpretado no sentido de abranger tanto o singular quanto o plural, salvo indicação em contrário neste documento ou em caso de contradição clara pelo contexto. Além disso, deve ainda notar-se que os termos "primeiro", "segundo" e similares neste documento não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas, em vez disso, são usados para distinguir um elemento de outro. O modificador "cerca de" usado em conexão com uma quantidade é inclusivo do valor declarado e tem o significado ditado pelo contexto, (por exemplo, inclui o grau de erro associado a medida da quantidade particular).

[00078] Os ensinamentos da presente divulgação podem ser usados em uma variedade de operações de poço. Essas operações podem envolver o uso de um ou mais agentes de tratamento para tratar uma formação, os fluidos residentes em uma formação, um poço de exploração elou equipamentos no poço, como o tubo de produção. Os agentes de tratamento podem estar na forma de líquidos, gases, sólidos, semissólidos e misturas dos mesmos. Os agentes de tratamento ilustrativos incluem, mas não estão limitados a, fluidos de fraturamento, ácidos, vapor, água, salmoura, agentes anticorrosivos, cimento, modificadores de permeabilidade, lamas de perfuração, emulsionantes, desemulsionantes, traçadores, melhoradores de fluxo, etc. Operações de poço ilustrativas incluem, mas não estão limitadas a, fraturamento hidráulico, estimulação, injeção de traçador, limpeza, acidificação, injeção de vapor, inundação de água, cimentação, etc.

[00079] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade ou modalidades exemplares, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser usados em lugar de elementos das mesmas sem afastamento do escopo da invenção. Em adição, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem afastamento do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada a modalidade particular divulgada como o melhor modo previsto para a realização desta invenção, mas que a invenção inclua todas as modalidades caindo dentro do escopo das reivindicações. Além disso, nos desenhos e na descrição, foram divulgadas modalidades exemplares da invenção e, embora termos específicos possam ter sido utilizados que são, a menos que indicado de outra forma, utilizados num sentido genérico e descritivo apenas e não para fins de limitação, o escopo da invenção, portanto, não é assim limitado.

Claims

1. Sistema (10) para medir características elétricas de uma formação de terra (16) compreendendo: um transportador que se estende em uma direção axial configurado para ser disposto em uma formação de terra (16); um conjunto de medição indutiva montado no transportador incluindo uma antena (62) configurada para gerar um campo magnético oscilante na formação de terra (16) e medir uma resistividade da formação (16) detectando um sinal em resposta a correntes induzidas na formação (16) pelo campo magnético; e um conjunto de medição capacitiva incluindo um eletrodo de medição capacitiva configurado para detectar um sinal em resposta a uma corrente de medição injetada na formação (16) pelo eletrodo de medição capacitivo, o eletrodo de medição capacitiva disposto pelo menos aproximadamente na mesma localização axial e angular do transportador que a antena (62) e disposto entre a antena (62) e a formação (16) e em um caminho do campo magnético, o eletrodo de medição capacitiva formado de uma pluralidade de eletrodos constituintes (68) que são eletricamente isolados um do outro de modo a impedir a indução de correntes de fuga (72) através da pluralidade de eletrodos, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos constituintes está desconectada eletricamente na região dentro do caminho do campo magnético entre a antena (62) e a formação (16).

2. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de medição indutiva inclui pelo menos uma antena (62), a pluralidade de eletrodos de medição disposta em uma região acima da pelo menos uma antena (62) na qual o campo magnético é formado.

3. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de medição capacitiva inclui um eletrodo de proteção (66) circundando o eletrodo de medição capacitiva.

4. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos constituintes (68) são cada qual conectados a um circuito de medição.

5. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos constituintes (68) é formada como pelo menos uma de: uma série de fatias e uma estrutura de eletrodo alongada seguindo um caminho sinuoso.

6. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transportador é configurado para realizar aspectos de uma operação de perfilagem durante a perfuração (LWD).

7. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um processador configurado para controlar um parâmetro operacional da operação LWD com base em sinais recebidos de pelo menos do eletrodo de medição capacitiva.

8. Método para medir características elétricas de uma formação de terra (16), o método compreendendo: dispor um transportador que se estende em uma direção axial num poço (14) numa formação de terra (16), o transportador incluindo uma ferramenta de medição tendo um conjunto de medição indutiva e um conjunto de medição capacitiva, o conjunto de medição indutiva incluindo uma antena (62), o conjunto de medição capacitiva incluindo um eletrodo de medição capacitiva disposto pelo menos aproximadamente na mesma localização axial e angular do transportador que a antena (62) e disposto entre a antena (62) e a formação (16) e em um caminho de um campo magnético gerado pela antena (62), o eletrodo de medição capacitiva formado de uma pluralidade de eletrodos constituintes (68) que são eletricamente isolados uns dos outros, de modo a impedir indução de correntes de fuga (72) através da pluralidade de eletrodos; gerar um campo magnético oscilante na formação da terra (16) pela antena (62) e detectar um sinal em resposta a correntes induzidas na formação (16) pelo campo magnético; injetar uma corrente de medição na formação (16) e detectar um sinal resultante, ambos pelo eletrodo de medição capacitiva; e estimar uma resistividade da formação (16) com base na detecção do sinal e na detecção do sinal resultante, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de eletrodos constituintes está desconectada eletricamente na região dentro do caminho do campo magnético entre a antena (62) e a formação (16).