BR112018075116B1

BR112018075116B1 - Métodos para caracterizar propriedades de rochas, para calibrar derivações de propriedades mecânicas de rocha de uma ferramenta de perfuração e para obter tensão e deformação, e, aparelhos

Info

Publication number: BR112018075116B1
Application number: BR112018075116-2A
Authority: BR
Inventors: James D. Lakings; Jeffrey A. Godwin; Jesse B. Havens; Joshua D. Ulla
Original assignee: Fracture ID, Inc.
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2022-12-27
Also published as: BR112018075116A2; CA3026641C; CA3026641A1; WO2017214316A1

Abstract

Um aparelho e métodos implementados por computador inovadores para obter valores para um conjunto de escalares correspondentes a cada força e deslocamento, que podem ser obtidos a partir de sinais acústicos captados por sensores de uma broca de perfuração durante a perfuração, em um material de propriedades mecânicas conhecidas, tal como cimento do revestimento do poço, de modo que a aplicação e o uso das escalares em relação às medições da mecânica durante a perfuração, tais como a aceleração da broca e o movimento da broca capturados por sensores, tal como acelerômetros, permitem valores absolutos de propriedades mecânicas de rochas a serem obtidos em formações rochosas, sendo perfurados de modo atravessante, com propriedades mecânicas de outro modo desconhecidas antes da perfuração.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[001] Este pedido de patente do Tratado de Cooperação de Patentes (PCT) reivindica prioridade sobre o Pedido de Patente pendente US n° 62/346.894 intitulado “APPARATUS AND METHOD OF USING MEASUREMENTS TAKEN WHILE DRILLING CEMENT TO OBTAIN ABSOLUTE VALUES OF MECHANICAL ROCK PROPERTIES ALONG A BOREHOLE”, depositado em 7 de junho de 2016, cujo conteúdo integral é totalmente incorporado por referência neste documento para todos os fins.

[002] Este pedido também está relacionado e é uma continuação em parte do Pedido de Patente copendente US n° 14/850.710 intitulado “APPARATUS AND METHOD USING MEASUREMENTS TAKEN WHILE DRILLING TO MAP MECHANICAL BOUNDARIES AND MECHANICAL ROCK PROPERTIES ALONG A BOREHOLE,” depositado em 10 de setembro de 2015, que reivindica prioridade sob o título 35 do Código dos Estados Unidos da América § 119 do Pedido Provisório US n° 62/048.669 intitulado “APPARATUS AND METHOD USING MEASUREMENTS TAKEN WHILE DRILLING TO MAP MECHANICAL BOUNDARIES AND MECHANICAL ROCK PROPERTIES ALONG A BOREHOLE”, depositado em 10 de setembro de 2014, ambos incorporados por referência em sua totalidade.

Campo técnico

[003] A presente descrição envolve técnicas de medição durante a perfuração (MWD) que fornecem propriedades mecânicas da rocha e a partir das quais as fraturas e outras fronteiras mecânicas podem ser identificadas e usadas para melhorar as práticas de perfuração e completação, entre outras coisas.

Fundamentos e Introdução

[004] Um método para obter valores absolutos de propriedades mecânicas de rochas a partir de dados de MWD usando as forças sobre a broca e os movimentos da broca enquanto interage com uma formação rochosa com valores conhecidos de propriedades mecânicas de rochas envolve (i) informar os termos e condições de carga de uma relação de tensão-deformação em relação à simetria material da formação rochosa em relação à orientação do poço de perfuração, envolve (ii) a obtenção de valores para um conjunto de escalares em relação ao movimento da broca e a aceleração ou forças sobre a broca em relação aos valores absolutos conhecidos das propriedades mecânicas da rocha, e (iii) em um exemplo particular, obtendo valores para o conjunto de escalares quando a formação rochosa é cimento.

[005] Quando especificados em valores absolutos, os coeficientes elásticos podem ser usados, em geral, para descrever a deformação de uma formação rochosa em resposta às forças que atuam na formação rochosa e, em particular, para prever a deformação de uma formação de carga de hidrocarbonetos em resposta às forças que atuam na formação quando as forças são pressões fluidas geradas durante a colocação de fraturas hidráulicas em conexão com um tratamento de estimulação de fratura hidráulica ao longo de um poço horizontal. Os modelos de reservatório que são usados para descrever a deformação de um reservatório como resultado da colocação de uma fratura hidráulica exigem valores absolutos das propriedades mecânicas da rocha da formação rochosa que contém hidrocarbonetos. Valores absolutos de propriedades mecânicas da rocha são importantes para fornecer resultados significativos para planejar um tratamento de estimulação de furo de poço.

Sumário

[006] Os aspectos da presente invenção envolvem um método de caracterização das propriedades da rocha durante a perfuração compreendendo: receber sinais acústicos obtidos de um ou mais sensores posicionados em um componente de uma coluna de perfuração. Os sensores (por exemplo, acelerômetros ou medidores de deformação) podem estar em comunicação operacional com pelo menos uma memória de dados para armazenar os sinais acústicos, podem realizar algum processamento em tempo real. A memória de dados pode estar sobre ou na coluna de perfuração, ou os dados acústicos podem ser transmitidos para uma estrutura de memória na superfície, em dois exemplos possíveis. Os sinais acústicos, que também podem ser considerados vibrações, são gerados a partir de uma broca de perfuração que interage com um material, tal como cimento, tendo uma propriedade mecânica da rocha conhecida primeiro e depois separadamente com uma formação rochosa, tendo que ser determinadas as propriedades da rocha durante a perfuração do furo de poço. O método envolve a obtenção de escalares processando os sinais acústicos e aplicando dados de força ou aceleração, e deslocamento para uma relação de tensão-deformação para o material com propriedades de rochas conhecidas, e então o método ainda envolve o processamento dos sinais acústicos, a partir da broca de perfuração que interage com a formação rochosa, para obter pelo menos um conjunto de valores de dados representativos de uma propriedade mecânica da rocha da formação rochosa ao longo do furo de poço criado pela broca de perfuração que interage com a formação rochosa por um período de tempo. O processamento pode ser em tempo real ou a partir de dados armazenados. As escalares são usadas para obter valores absolutos ou valores normalizados das propriedades mecânicas da rocha.

[007] Mais especificamente, a presente descrição descreve uma técnica inovadora para obter valores para um conjunto de escalares correspondentes a cada força e deslocamento em um material de propriedades mecânicas conhecidas, de modo que a aplicação e o uso das escalares em relação às medições da mecânica durante a perfuração de um furo de poço, tal como aceleração da broca e o movimento da broca, é possível obter valores absolutos em formações rochosas com propriedades mecânicas desconhecidas.

[008] Em um exemplo possível, a descrição descreve um modo de caracterizar as propriedades da rocha durante a perfuração compreendendo receber sinais acústicos obtidos a partir de um ou mais sensores posicionados em um componente de uma coluna de perfuração, os sinais acústicos gerados a partir de uma broca de perfuração que interage com uma formação rochosa durante a perfuração de um furo de poço. O método envolve ainda o processamento dos sinais acústicos para obter forças que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e para obter deslocamentos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço, e escalonando as forças e os deslocamentos para obter informações representativas das tensões e deformações da broca de perfuração que interage com a formação rochosa. O método envolve então o processamento das forças escalonadas e os deslocamentos para obter pelo menos um conjunto de valores de dados representativos de um valor absoluto de uma propriedade mecânica da rocha da formação rochosa ao longo do furo de poço criado pela broca de perfuração que interage com a formação rochosa por um período de tempo.

[009] Em um exemplo, a operação de escalonamento envolve a aplicação de escalares às forças e deslocamentos processados, as escalares derivadas de sinais acústicos gerados a partir da broca de perfuração que atua sobre uma amostra, tal como cimento, com propriedades conhecidas de rochas mecânicas. As escalares podem ser obtidas por recepção de sinais acústicos obtidos de um ou mais sensores posicionados em um componente de uma coluna de perfuração, os sinais acústicos gerados a partir de uma broca de perfuração que interage com a amostra. As escalares podem ainda ser obtidas processando os sinais acústicos para obter forças que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra para obter deslocamentos da broca de amostra e processando as forças e os menos um conjunto de escalares em de tensão-deformação da amostra com propriedades mecânicas de rochas conhecidas.

[0010] Em um exemplo, a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são forças ou acelerações que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra; os valores d são deslocamentos da broca de perfuração que interage com a amostra; e em que C11 e C12 são preenchidos com propriedades de rochas conhecidas da amostra; e A-F são os pelo menos um conjunto de escalares sendo obtidas.

[0011] Em outro exemplo, a relação de deformação é:

em que: os valores a são forças ou acelerações que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra em relação a um eixo geométrico de simetria material da amostra; os valores d são deslocamentos da broca de perfuração que interage com a amostra em relação ao eixo geométrico de simetria material do material da amostra; em que os Cijs são preenchidos com propriedades da rocha conhecidas da amostra; e A-F são os pelo menos um conjunto de escalares sendo obtidas.

[0012] Em outro aspecto da presente descrição, um método para calibrar derivações de propriedades mecânicas de rocha de uma ferramenta de perfuração envolve a obtenção de dados de força e deslocamento de sinais obtidos de um ou mais sensores posicionados em um componente de uma ferramenta de perfuração próxima a uma broca de perfuração, os dados de força e os dados de deslocamento sendo de uma broca de perfuração que interage com um material com propriedades mecânicas de rochas conhecidas, e processando os dados de força e os dados de deslocamento para obter um conjunto de escalares em conformidade com uma relação de tensão do material com uma propriedade mecânica da rocha conhecida. Neste exemplo, a relação de tensão-deformação pode ser:

em que: os valores a são os dados de geométrico de simetria material do material; os valores d são os dados de deslocamento em relação ao eixo geométrico de simetria material do material; e que C11 e C12 são preenchidos com a propriedade de rocha conhecida do material; e A-F são o conjunto de escalares.

[0013] Em uma alternativa, a relação de tensão-deformação pode ser:

em que: os valores a são os dados de força em relação a um eixo geométrico de simetria material do material; os valores d são os dados de deslocamento em relação ao eixo geométrico de simetria material do material; em que os Cijs são preenchidos com a propriedade mecânica da rocha conhecida do material; e A-F são o conjunto de escalares.

[0014] Estes e outros aspectos da presente descrição são apresentados abaixo.

Breve Descrição das Figuras

[0015] As Figuras 1A-1B ilustram a conectividade reservatório-a- poço, onde as rochas frágeis são geralmente associadas à maior criação de fraturas e melhor suporte de propante que é mais permeável do que a rocha dúctil, produzindo fraturas menores e menos produtivas, que são propensas à rápida compactação e fechamento e são menos permeáveis.

[0016] As Figuras 2A-2B é um diagrama de um conjunto de broca de perfuração incluindo sensores para medir acelerações de broca e forças sobre a broca, e que inclui pelo menos uma unidade de processamento e meio de armazenamento tangível nos quais podem armazenar dados de aceleração e/ou força, e que também pode armazenar dados de aceleração e/ou força processados da interação de brocas de perfuração com uma formação durante a perfuração.

[0017] As Figuras 3A-3C ilustram a ação de corte de uma broca de perfuração, fratura por deslizar-fincar uma formação rochosa, torque sobre a broca e pesagem nas forças de broca, e curvas relacionadas de torque e deslocamento.

[0018] A Figura 4 ilustra comutações de média quadrática para aceleração axial da broca, conforme usado no cálculo das propriedades da rocha.

[0019] A Figura 5A é um espectro de deslocamento rotativo obtido a partir dos dados de medição durante a perfuração.

[0020] A Figura 5B é um diagrama que ilustra a aceleração lateral e rotativa da broca, durante o corte, e útil no cálculo das propriedades mecânicas da rocha, entre outras vantagens.

[0021] A Figura 6 é um diagrama que ilustra o comportamento da broca de perfuração ao encontrar uma descontinuidade mecânica ou fronteira geológica, a face de corte da broca de perfuração pode alterar sua orientação, como detectável a partir de dados de aceleração, em resposta à orientação e tensões que atuam na heterogeneidade.

[0022] A Figura 7 é um gráfico das curvas de resistência da rocha computadas a partir de informações de torque e penetração por revolução com base nos dados de medição durante a perfuração.

[0023] A Figura 8A ilustra relações de tensão-deformação baseadas na orientação de um poço em relação a um eixo geométrico isotrópico transversal de simetria material e mecanismos pelos quais as técnicas de medição durante a perfuração podem ser usadas para computar coeficientes elásticos, dos quais variações temporais e/ou espaciais em um ou uma combinação de mais das medidas obtidas das técnicas de processamento de sinais geofísicos é usada para identificar a natureza e a ocorrência de fraturas, pluralidade de fraturas e outras descontinuidades mecânicas (fronteiras) como planos e/ou falhas de estratificação que compensam ou separam as formações rochosas com diferentes propriedades mecânicas da rocha.

[0024] A Figura 8B é uma curva de tensão-deformação que reflete as relações da Fig. 8A.

[0025] A Figura 9A ilustra uma relação de tensão-deformação constitutiva para um eixo geométrico de simetria material paralelo a um eixo geométrico do poço e computações usando torque sobre a broca, peso sobre a broca e deslocamento axial para obter coeficientes elásticos de medição de vibração da broca e/ou forças que atuam sobre a broca.

[0026] A Figura 9B ilustra uma relação de tensão-deformação constitutiva para um eixo geométrico de simetria material perpendicular a um eixo geométrico do poço, e computações usando torque sobre a broca, peso sobre a broca e deslocamento rotativo para obter coeficientes elásticos de medição de vibração de broca e/ou forças que atuam sobre a broca.

[0027] As Figuras 10A-10C são relações de tensão-deformação constitutivas para um eixo geométrico de material paralelo e perpendicular a um eixo geométrico do poço, usando dados de aceleração.

[0028] A Figura 11 ilustra relações de tensão-deformação constitutivas para um eixo geométrico de simetria material paralelo a um eixo geométrico de poço e eixo geométrico de simetria perpendicular a um eixo geométrico do poço, com a coeficiente de Poisson e Módulo de Elasticidade de Young computado a partir dos dados de medição durante a perfuração do torque sobre a broca, peso sobre a broca e dados de aceleração para obter deslocamento lateral e axial.

[0029] A Figura 12 ilustra curvas de tensão de tensão obtidas pelos métodos discutidos aqui.

[0030] A Figura 13 ilustra duas curvas relativas de coeficiente de Poisson para um poço vertical, com pontos de cruzamento identificando prováveis fraturas preexistentes na perfilagem de detecção de fratura.

[0031] A Figura 14A ilustra duas curvas relativas do Módulo de Elasticidade de Young para um poço horizontal.

[0032] A Figura 14B ilustra duas curvas relativas de coeficiente de Poisson para o mesmo poço horizontal, com pontos de cruzamento identificando propriedades mecânicas de rochas indicativas de fraturas preexistentes.

[0033] Figura 15 Se as forças que atuam na formação em conexão com a broca de perfuração e o sistema de fluido de perfuração ao conduzir operações de perfuração forem suficientes para superar os critérios de falha de uma falha preexistente, a falha irá deslizar ou enfraquecer. A reativação de uma falha ou fratura preexistente pode ser evidenciada extraindo um sinal das vibrações de perfuração que está relacionado a um evento microssísmico com chegadas primárias, compressionais (P) e secundárias, ou de cisalhamento (S) acompanhantes. No caso em que a falha é perpendicular à trajetória do furo de poço, a chegada da onda P está relacionada ao movimento da partícula paralelo ao eixo geométrico da coluna de perfuração e a onda S ou transversal é o movimento da partícula paralelo ao movimento lateral e de torção da coluna de perfuração. Desvios do movimento das partículas das ondas P e S em relação à orientação do poço podem ser usados para determinar a orientação da falha.

[0034] A Figura 16 é um diagrama de fluxo de um método de obtenção de propriedades de rocha mecânica de uma formação próxima a um furo de poço de medidas de comportamento de broca tomadas durante a perfuração.

[0035] A Figura 17 é um diagrama de fluxo representando um método de obtenção de escalares de acordo com uma forma de realização da presente descrição.

[0036] A Figura 18 é um diagrama que ilustra as relações de tensão- deformação desenvolvidas a partir de sinais acústicos capturados por um acelerômetro de três eixos geométricos, posicionado em um conjunto de medição durante a perfuração de uma perfuração.

[0037] A Figura 19 é um computador para fins especiais programado com instruções para executar métodos discutidos aqui.

Descrição detalhada

[0038] A presente descrição envolve uma forma inventiva de utilizar vibrações de perfuração geradas pela deformação de uma formação rochosa em resposta a forças que atuam sobre a formação rochosa, onde as forças estão relacionadas a um sistema de broca de perfuração e fluido de perfuração, para obter propriedades mecânicas da rocha de uma formação, identificar a natureza e a ocorrência de fraturas, pluralidade de fraturas e outras descontinuidades (fronteiras) mecânicas, tais como planos de estratificação e/ou falhas que compensam ou separam as formações rochosas com diferentes propriedades mecânicas da rocha.

[0039] Como será apreciado a partir dos dispositivos, sistemas e métodos fornecidos e descritos aqui, aspectos da presente descrição também podem envolver a determinação de valores absolutos de propriedades mecânicas de rochas, o que se torna possível a partir da aplicação e do uso de (i) as forças ou acelerações da broca de perfuração e (ii) os deslocamentos ou movimentos da broca de perfuração, como os obtidos a partir do registro das vibrações de perfuração mecânica próximas da broca em relação à broca de perfuração que interage com a formação rochosa. Em um exemplo específico, as vibrações de perfuração experimentadas pela broca de perfuração a partir da sua quebra de rocha durante a perfuração, propagam-se como sinais acústicos que são traduzidos em dados por acelerômetros ou outros sensores posicionados na proximidade da broca de perfuração. Os sinais acústicos são traduzidos em propriedades mecânicas da rocha de acordo com as técnicas aqui discutidas. Além disso, primeiro perfurando através de alguns meios conhecidos, tal como cimento no poço, o sistema pode capturar dados e gerar escalares que podem ser usados para transformar propriedades mecânicas de rochas derivadas, da captura de dados da mesma maneira, para um meio desconhecida, tal como como uma formação sendo perfurada através, em valores absolutos de propriedades mecânicas da rocha para essa formação.

[0040] As técnicas e medições desta descrição podem ser feitas, no todo ou em parte, usando ferramentas de furo abaixo que são simples e robustas, permitindo uma magnitude na redução de ordem no custo de perfilagem para caracterizar as propriedades mecânicas das rochas próximas ao furo de poço, que podem incluir ainda a identificação e a caracterização de locais de fratura existentes intersectados. O baixo custo para perfilar um poço, que pode ser tipicamente menor que 0,5% do custo total do poço, permite o uso generalizado da técnica. O conhecimento detalhado da variabilidade da propriedade das rochas ao longo de um furo de poço permite o agrupamento de tipos de rochas homogêneas em estágios de comprimento variável, evitando a perda de reservas devido à falta de início da fratura em relação aos estágios de resistência da rocha mista. O escalonamento de computações de propriedades mecânicas de rochas para obter ainda valores absolutos de tais computações de propriedades mecânicas de rochas pode intensificar ainda mais os métodos e sistemas.

[0041] A elaboração adicional do método descreve como as propriedades mecânicas da rocha, e em particular os coeficientes elásticos de uma formação rochosa, podem ser determinadas através da aplicação e uso de novas relações de tensão-deformação inovadoras que relacionam sistematicamente as medições das forças que atuam na formação rochosa em conexão com a broca de perfuração e sistema de fluidos de perfuração (tensão) para as variações nas vibrações de perfuração geradas pela deformação da formação rochosa em resposta à ação de corte da broca (deformação).

[0042] Os coeficientes elásticos podem ser usados, em geral, para descrever a deformação de uma formação rochosa em resposta às forças que atuam na formação rochosa e, em particular, para prever a deformação de uma formação que contém hidrocarbonetos em resposta às forças atuantes na formação onde as forças são pressões de fluido geradas durante a colocação de fraturas hidráulicas em conexão com um tratamento de estimulação de fratura hidráulica ao longo de um poço horizontal.

[0043] O processamento de vibrações de perfuração quando registrado usando sensores implantados em um furo de sondagem em conexão com uma coluna de perfuração (BHA) de acordo com o método descrito aqui, pode fornecer medições de propriedades mecânicas de rochas incluindo a natureza e ocorrência de descontinuidades mecânicas, tal como fraturas preexistentes, que podem ser usadas para atingir seções do poço onde as propriedades da rocha são propícias à estimulação hidráulica econômica e para evitar seções que são vistas como subcomerciais, em que as propriedades da rocha não são propícias à estimulação hidráulica econômica.

[0044] Em outra forma de realização do método, os coeficientes elásticos e variações nos coeficientes elásticos que são obtidos durante a condução de operações de perfuração podem ser usados para auxiliar, em tempo real, a direção da coluna de perfuração, a fim de manter o rastreamento da broca de perfuração através de formações geológicas como são visadas de acordo com as propriedades mecânicas da rocha desejadas, especialmente onde as propriedades mecânicas da rocha são relevantes para a produção de hidrocarbonetos comercialmente significativos usando técnicas de estimulação de fratura hidráulico.

[0045] A presente descrição geralmente se refere à produção de hidrocarbonetos comercialmente significativos a partir de operações de perfuração de campo petrolífero e operações de completação. O desenvolvimento recente de recursos não convencionais identificou a necessidade de determinação econômica de propriedades de rochas e locais de pluralidade de fraturas naturais ao longo de um poço horizontal, a fim de otimizar a localização e a intensidade dos tratamentos de estimulação hidráulica.

[0046] As técnicas descritas nesta descrição fornecerão novas informações para selecionar zonas que contêm hidrocarbonetos diferenciando entre rochas frágeis geralmente associadas à maior criação de fraturas e melhor suporte de propantes que é mais permeável do que rochas dúcteis que produzem fraturas menores e menos produtivas que são mais propensas a rápida compactação e fechamento e são menos permeáveis. A identificação natural de fraturas também refina o processo de otimização da estimulação hidráulica ao fornecer medição direta de zonas que oferecem maior permeabilidade e maior produtividade de hidrocarbonetos.

Base Física do Método

[0047] Os aspectos da presente descrição envolvem metodologias que usam medições de banda larga (por exemplo, contínua, alta resolução) de vibrações de perfuração e dados de dinâmica de perfuração tomados na proximidade da broca enquanto conduzem a broca de operações de perfuração para perfilar as propriedades mecânicas de uma formação rochosa.

[0048] As vibrações de perfuração geradas pelas deformação e falha de uma formação rochosa estão geralmente relacionadas com as propriedades mecânicas da rocha a ser perfurada. É geralmente entendido que a profundidade de corte ou a penetração do dente na rocha é inversamente relacionada com a resistência da rocha. Vibrações de perfuração de maior amplitude ocorrem em rochas que sofrem maior profundidade de corte e penetração de dentes mais profunda em resposta às forças atuantes na formação em conexão com o sistema de broca de perfuração e fluido de perfuração, enquanto vibrações de perfuração de baixa amplitude ocorrem em rochas que sofrem profundidade de corte e menor penetração dentária. O aumento da profundidade de corte indica que a broca está se movendo para uma área de menor resistência relativa à rocha mecânica, e que as vibrações de perfuração relativas menores indicam que a broca está se movendo para uma área de maior resistência relativa da rocha e outras coisas sendo iguais.

[0049] Em termos gerais, as formações rochosas que demoram relativamente para perfurar ou onde a taxa de penetração é lenta são geralmente referidas como formações fortes ou duras e têm uma menor profundidade de corte em relação às formações rochosas que são relativamente mais fracas e menos rígido. Estes princípios básicos permitiram a aplicação e o uso de técnicas que medem a dureza de uma formação rochosa, forçando uma ferramenta em uma rocha para fazer uma indentação onde a profundidade da indentação em relação à força aplicada é usada para obter uma característica de dureza que é essencialmente uma propriedade mecânica de uma formação rochosa.

[0050] A presença de descontinuidades mecânicas, tais como, fraturas preexistentes e fronteiras geológicas, tal como falhas, em uma formação rochosa geralmente agem para enfraquecer a formação rochosa. Formações rochosas fraturadas são geralmente mais fracas e menos rígidas do que formações rochosas intactas, não fraturadas ou rígidas ou, de outra forma, competentes. Como a broca de perfuração encontra fraturas em uma formação rochosa, a penetração ou profundidade de dentes de corte e, subsequentemente, as vibrações de perfuração irão aumentar, porque a formação rochosa é menos rígida, pois foi enfraquecida pela presença de fraturas. Dito de forma diferente, à medida que a perfuração se move para dentro e através de fraturas existentes, a resistência da rocha mecânica medida diminuirá em relação à mesma formação rochosa sem fratura ou com fraturas menores, por exemplo.

Descrição Geral da Identificação da Fratura em relação ao Método

[0051] Técnicas de processamento de sinal são usadas para processar os dados de perfuração para identificar locais onde as mudanças na vibração de perfuração indicam que a broca de perfuração encontrou uma descontinuidade mecânica ou fronteira geológica. Se as mudanças nas vibrações de perfuração, expressadas através dos resultados das técnicas de processamento de sinais geofísicos, são rápidas e discretas no espaço e no tempo, e retornam a uma tendência de longo prazo ou aos níveis que foram registrados antes da mudança no vibrações de perfuração, então isso indicaria que a broca de perfuração encontrou e atravessou uma descontinuidade mecânica discreta porque as propriedades mecânicas da rocha que são discretas no espaço e no tempo são unicamente separadas das propriedades mecânicas de uma formação rochosa como seria no caso de uma broca de perfuração penetrando uma face de fratura. Se as mudanças na vibração da perfuração forem rápidas e discretas e continuarem por um curto intervalo, isso indicaria múltiplas fraturas ou uma pluralidade de fraturas.

[0052] Se as técnicas de processamento de sinal indicam que as mudanças na vibração de perfuração são rápidas, mas não voltam ao nível anterior à mudança e, em vez disso, continuam em um novo nível significativamente diferente, então isso indica uma fronteira mecânica, em que a fronteira mecânica que separa ou desloca duas formações rochosas diferentes, tal como um plano de estratificação e/ou falha foi encontrada e atravessada. Se a fronteira está ou não relacionada a uma falha ou a um plano de estratificação depende da inclinação da broca em relação à orientação da estratigrafia da formação rochosa que está sendo perfurada. Outras informações também podem ser usadas para determinar se a fronteira mecânica era ou não uma falha no plano de estratificação ou um plano de estratificação que agia como uma zona de fraqueza que havia experimentado deslocamento mensurável no passado.

[0053] A descrição fornece um método para evidenciar a presença de fraturas, pluralidade de fratura e outras descontinuidades mecânicas, tais como falhas e planos de estratificação que deslocam ou separam as formações rochosas com diferentes propriedades da rocha. A abordagem usa técnicas de processamento de sinais geofísicos que são sensíveis a mudanças nas vibrações de perfuração onde as mudanças são relativas a alguma linha de base, como um conjunto precedente normalizado de dados de vibração de perfuração, e se as mudanças são discretas e retornam de volta para o nível antes da mudança ou são mantidas em um novo nível que é diferente do nível observado antes da mudança.

[0054] O seguinte método descrito abaixo detalha os princípios delineados para fornecer um método geral e independente para especificar as propriedades mecânicas de uma formação rochosa processando as vibrações de perfuração em relação às forças que atuam na formação em conexão com uma broca de perfuração e, em alguns casos, um sistema de fluido de perfuração, que inclui o motor de lama e o fluido de perfuração, incluindo lama, que gira o motor. Este método especifica as propriedades mecânicas de uma formação rochosa através da aplicação e do uso de novas relações de tensão-deformação inovadoras, entre outros avanços.

[0055] Como a profundidade de corte ou a penetração dos dentes da broca na formação é uma medida de deslocamento, as vibrações de perfuração descrevem a deformação experimentada por uma formação rochosa em resposta à ação de corte da broca, em que maiores profundidades de corte e maior a penetração do dente em relação ao mesmo volume de rocha resulta em uma deformação maior. A deformação é entendida para descrever uma mudança no volume de uma rocha sob alguma força. Em alguns aspectos, a deformação é refletida pelo deslocamento axial da broca por volta da broca. Em um exemplo, o deslocamento axial é computado como uma integral dupla dos dados do acelerômetro (axial) para uma revolução da broca para produzir uma medição de distância para uma revolução (ou algum outro número conhecido de voltas). Se esta deformação for calculada em relação ao tempo, as vibrações de perfuração podem ser usadas para descrever a taxa de deformação. O inverso em relação à deformação e à taxa de deformação também é considerado evidente.

[0056] Através das técnicas descritas aqui, as características de vibração de perfuração, que podem ser complementadas com dados de dinâmica de perfuração incluindo forças sobre a broca, tal como torque sobre a broca e peso sobre a broca, são traduzidos em propriedades mecânicas de uma formação rochosa. A profundidade de corte, conforme obtida com base na avaliação de vibração, pode ser normalizada contra o peso direto sobre a broca e/ou torque sobre as medições de broca, ou o peso sobre a broca ou torque sobre as medições de broca extrapoladas da informação de vibração. Relações gerais de tensão-deformação

[0057] As relações de tensão-deformação são estabelecidas relacionando-se sistematicamente as forças que atuam na formação em conexão com a broca de perfuração e o sistema de fluido de perfuração ao processamento de sinais geofísicos de vibrações de perfuração geradas pela deformação da rocha em resposta à ação de corte da broca. Esta abordagem permite que os coeficientes elásticos (K) sejam derivados de acordo com a seguinte equação, onde (e) é a deformação geral (deformação) de uma formação rochosa em resposta às forças que atuam sobre uma formação rochosa (S) (tensão). S = K e

[0058] De acordo com alguns métodos aqui estabelecidos, a deformação (o movimento ou o deslocamento da broca é obtido pelo processamento de sinais das vibrações de perfuração como são transmitidas ao longo do conjunto de perfuração por sensores implantados em um furo de sondagem em conexão com um BHA. A tensão, de acordo com alguns métodos aqui estabelecidos, é obtida a partir de (i) furo abaixo ou (ii) medições de superfície de torque e/ou peso sobe a broca, ou (iii) em outro exemplo, as acelerações da broca estão relacionadas com as forças sobre a broca onde entendeu que a aceleração é uma representação da força por unidade de massa. Deve ser apreciado que as forças podem ser convertidas em tensões com conhecimento da área de contato eficaz da broca e da formação, e o volume de rocha eficaz, em que a broca está atuando. Inversamente, as forças podem ser substituídas por tensões com o entendimento de que uma correção geométrica em relação à área de contato eficaz é necessária para obter valores absolutos para as propriedades mecânicas da rocha. Um exemplo de tal área de contato é a área da broca.

[0059] As equações de elasticidade linear são úteis para descrever a relação entre as mudanças na forma e posição de um material em relação às forças que atuam sobre o material. Tais relações de tensão-deformação são conhecidas em geral como lei de Hooke, onde o acoplamento do comportamento da relação de tensão-deformação é descrito através de uma matriz de coeficientes cujos valores dependem das condições usadas para carregar o material em relação à simetria estrutural do material a ser carregado. Esses coeficientes são coloquialmente conhecidos como cijs e podem ser arranjados em formas bem conhecidas e convenientes para representar o Módulo de Elasticidade de Young (YME) e o Coeficiente de Poisson (PR). Em um exemplo da técnica apresentada aqui, os valores YME e PR são sistematicamente determinados pelas condições de carga da broca em relação ao eixo geométrico de simetria material do material usado para descrever a formação rochosa.

[0060] Em uma implementação específica, as equações constitutivas da elasticidade linear são expressadas unicamente através da aplicação e do uso de dados de MWD para (i) preencher as variáveis das equações constitutivas de elasticidade linear e (ii) realizar uma análise das equações constitutivas obter medidas de propriedades mecânicas de rochas próximas ao furo de poço de (a) módulo de elasticidade de Young e (b) coeficiente de Poisson. Além disso, variações nas propriedades mecânicas da rocha (por exemplo, YME e PR) são usadas para identificar a natureza e a ocorrência de fronteiras mecânicas ou descontinuidades na subsuperfície, tais como fraturas.

[0061] Mais especificamente, uma técnica para determinar propriedades mecânicas de rochas próximas do furo de poço, YME e PR, a partir de dados de MWD pode envolver medidas de processamento do peso sobre a broca (WOB), torque sobre a broca (TOB), pressão de fluido anular (Ap), velocidade da broca angular (RPM) e componentes do movimento que descrevem a aceleração da broca, incluindo acelerações axiais e rotativas ou tangenciais para (i) obter conjuntos de dados de MWD correspondentes a posições temporais e espaciais conhecidas ao longo do furo de sondagem, (ii) calcular as forças que atuam na formação rochosa em conexão com o aparelho de perfuração e fluidos de perfuração, (iii) calcular os deslocamentos da broca conforme ela é acomodada pela deformação da formação rochosa, (iv) informar os termos e condições de carga (variáveis) de uma relação de tensão- deformação linear e elástica que descreve o comportamento constitutivo da formação rochosa em relação à orientação do poço e (v) usar as equações elásticas lineares constitutivas determinadas através da aplicação e do uso dos dados de MWD para calcular as propriedades mecânicas de rochas mencionadas anteriormente, (YME e PR) e (vi) analisar o YME e PR em relação ao eixo geométrico de simetria material em relação à orientação do poço para identificar a natureza e a ocorrência de fronteiras mecânicas e descontinuidades, tais como, fraturas e planos de estratificação entre outras coisas.

[0062] A presente descrição envolve um inovador sistema, aparelho e método novos para especificar, em geral, as propriedades mecânicas de uma formação rochosa a partir de uma análise de vibrações de perfuração geradas pela ação de corte da broca e a deformação da formação em resposta às forças que atuam sobre a formação rochosa em conexão com a broca de perfuração e o sistema de fluido de perfuração durante a condução de operações de perfuração. A deformação pode incluir deformação elástica, deformação plástica e falha da rocha, o que pode ser considerado uma fratura. Em outras palavras, aspectos da presente descrição envolvem a obtenção de informações associadas à perfuração de um furo, durante a perfuração, para identificar as propriedades mecânicas da rocha da formação a ser perfurada. Tais propriedades mecânicas de rochas podem ser usadas, em alguns exemplos, para identificar a presença de fraturas naturais ou propriedades de rochas mais ou menos suscetíveis a técnicas de estimulação. Por exemplo, conhecer as propriedades mecânicas da rocha ao longo de um furo de sondagem ou a presença de fraturas naturais ao longo de um furo de sondagem pode ser usado para otimizar as operações de fratura hidráulicas focando essa fratura em áreas onde será mais eficaz, entre outras vantagens. As propriedades mecânicas da rocha podem incluir coeficientes elásticos (por exemplo, cijs), medidas de resistência como limite de elasticidade inicial, resistência à compressão de pico, resistência à tração YME, PR, módulo de cisalhamento, módulo volumétrico, expoentes de endurecimento por deformação, coeficientes de Thompsen e outras propriedades mecânicas da rocha.

A natureza de coeficientes elásticos no que se refere a fraturas

[0063] A mecânica de perfuração de um furo de poço fornecer um meio natural, in situ, para medir a deformação de uma formação rochosa e coletar dados adequados para determinar as propriedades mecânicas da rocha, porque a penetração da broca de perfuração é em si acomodada por fratura repetida da formação rochosa usando a broca para gerar forças na formação rochosa que são suficientes para superar a resistência de falha da rocha, medidas deste em relação aos métodos descritos aqui podem ser usadas de maneira previsível para determinar a presença de fraturas (in situ), pluralidade de fraturas (agrupamento de fraturas), planos de estratificação, fronteiras de falhas e outras informações. Em alguns casos, variações nas propriedades mecânicas da rocha são usadas para identificar fraturas, planos de estratificação e similares.

[0064] Os coeficientes elásticos que descrevem uma deformação relativamente grande em resposta às forças que atuam sobre uma formação rochosa indicam que a formação rochosa é mais fraca e menos rígida. Portanto, o mapeamento das variações espaciais dos coeficientes elásticos fornece informações onde há zonas de fraqueza na formação rochosa. Se a natureza e a ocorrência das zonas de fraqueza na formação rochosa, evidenciadas por mudanças nos coeficientes elásticos, estão localizadas no espaço ou discretas em relação aos coeficientes elásticos circundantes que indicariam a presença de uma fratura ou outra descontinuidade mecânica. Mudanças sistemáticas na distribuição espacial dos coeficientes elásticos como são derivadas pelo método são usadas para identificar descontinuidades mecânicas e fronteiras geológicas de formações rochosas, tais como, planos de estratificação ou falhas que atuam para separar ou deslocar a formação rochosa com diferentes propriedades rochosas, onde as diferenças nas propriedades das rochas são evidenciadas pelas natureza e distribuição dos coeficientes elásticos.

[0065] Como será entendido a partir da presente descrição, a resistência mecânica e a deformação da rocha do reservatório influencia a criação, propagação e capacidade de fratura para manter a permeabilidade da fratura. A Figura 1 é um diagrama simplificado ilustrando a diferença entre as fraturas induzidas em uma formação rochosa relativamente frágil, e que podem incluir fraturas que ocorrem naturalmente, versus fraturas induzidas em uma formação rochosa relativamente dúctil, que podem incluir menos ou nenhumas fraturas naturais. Como ilustrado na Fig. 1A, uma seção horizontal 10 de um furo de sondagem foi perfurada através de rocha relativamente frágil 12 e fraturada hidraulicamente. Em contraste, a Fig. 1B ilustra uma seção horizontal 14 de um furo de sondagem perfurado através da rocha relativamente dúctil 16 e fraturado hidraulicamente. As fraturas 18 criadas na rocha relativamente frágil tendem a penetrar mais profundamente no reservatório do que a fratura 20 na rocha dúctil. Além disso, a tendência da rocha do reservatório para a extremidade frágil da faixa normal tende a ter taxas de produção iniciais mais altas e taxas de declínio mais baixas. As técnicas descritas nesta descrição fornecerão novas informações para a seleção de zonas portadoras de hidrocarbonetos diferenciando entre rochas frágeis geralmente associadas à maior criação de fraturas e melhor suporte de propantes que é mais permeável que rochas dúcteis que produzem fraturas menores e menos produtivas que são propensas à compactação rápida e fechamento e são menos permeáveis. Da mesma forma, as técnicas discutidas aqui também podem identificar áreas nas quais fraturas naturais podem existir, proporcionando vantagens semelhantes às da rocha frágil. De um modo geral, como será entendido a partir da descrição, várias propriedades mecânicas de rochas aqui discutidas fornecerão mecanismos através dos quais as formações rochosas podem ser distinguidas ao longo do furo de poço, quanto à relativa fragilidade ou ductilidade, ou a relativa susceptibilidade a técnicas de estimulação ao longo da formação, que pode incluir a identificação de fraturas existentes ou pelo menos propriedades de rochas indicadoras de fraturas existentes.

Técnicas de aquisição de dados

[0066] A Figura 2 é um diagrama de uma porção de coluna de perfuração 20 de uma coluna de perfuração onde a coluna de perfuração inclui uma broca de perfuração 22, um motor de lama 24, um sub da broca 26 incluindo vários componentes de medição posicionados entre a broca de perfuração e o motor de lama, e seções do tubo 28 dentro de uma seção horizontal 30 de um furo de sondagem, também referido aqui como um furo de poço. Os dados de vibração usados nas metodologias descritas podem ser registrados o mais próximo possível da fonte (broca de perfuração), de forma prática, para evitar a atenuação através da coluna de perfuração. Em um exemplo, as vibrações são traduzidas em dados de sinais acústicos que interagem com acelerômetros. Podem ser coletados dados de vibrações semelhantes quando se perfura concreto ou algum outro meio conhecido, na seção de furo de sondagem vertical, como discutido em mais detalhes abaixo. Um local possível para gravação está diretamente atrás da broca de perfuração e à frente do motor de lama usando o sub da broca, embora múltiplos subs da broca possam ser usados ao longo da coluna de perfuração para processamento geofísico do sinal desejado. A perfuração de um furo de poço envolve o uso de uma porção do peso da coluna de perfuração, conhecida como peso sobre a broca (WOB), para empurrar a broca de perfuração para a formação 30. A força de rotação sobre a broca de perfuração, conhecida como torque sobre a broca (TOB), pode vir da superfície ou de um motor de lama perto da broca de perfuração. Ao usar um motor de lama, a lama de perfuração é bombeada até a coluna de perfuração até encontrar a seção de acionamento de energia do motor de lama onde uma porção da pressão e do fluxo da lama é convertida em uma força rotacional, que é mecanicamente acoplada à broca para pelo qual o torque rotacional sobre a broca 22 para girar a broca. A força de rotação na broca também pode ser aumentada ou proveniente exclusivamente de mecanismos na superfície da sonda de perfuração.

[0067] O objetivo do processo de perfuração é quebrar a rocha em fragmentos que são pequenos o suficiente para que possam ser levantados e evacuados do furo de poço com fluidos de perfuração, a fim de continuar a acomodar o movimento para frente da broca. Deve ser notado que a ação da broca de perfuração sobre uma formação rochosa provoca a fratura da formação rochosa, fratura esta que ocorre como vibrações da perfuração, ao longo do furo de sondagem para perfurar o furo, e na formação imediatamente adjacente ao furo de sondagem. Além disso, a broca pode encontrar fraturas existentes 34 durante a perfuração. A fratura hidráulica, em contraste, é um processo que ocorre durante a fase de completação pela injeção de fluido no furo de sondagem, tipicamente com aglomerados de perfuração 22 no revestimento, para iniciar fraturas 18/20 na formação em torno do furo de sondagem, como ilustrado na Fig. 1.

[0068] No diagrama ilustrado, o sub da broca 26 é mostrado entre a broca e o motor de lama. O sub da broca é um componente cilíndrico que é operacionalmente acoplado entre o motor de lama 24 e a broca de perfuração 22 de uma maneira que permite que o motor de lama gire a broca. O sub da broca inclui um alojamento, tipicamente em forma cilíndrica, ou outro mecanismo para suportar vários componentes de medição possíveis 36, incluindo medidores de deformação, um ou mais acelerômetros, sensores de pressão, que podem medir a pressão do fluxo de lama, sensores de temperatura que podem medir a temperatura de circulação da lama ou outras temperaturas e que podem ser usados para fornecer correção ou deslocamento de medições ou cálculos que variam com a temperatura, giroscópios que podem ser usados para medir a inclinação e/ou mudanças direcionais da broca e da coluna, e/ou outros componentes para medir ou derivar as informações aqui discutidas.

[0069] Em um exemplo, como mostrado nas Fig. 2 e 2A, os medidores de deformação são montados no sub da broca para determinar o torque sobre a broca e o peso sobre a broca (a força girando a broca e a força empurrando a broca para dentro da formação rochosa). Várias maneiras possíveis de montar os medidores de deformação, ou combinações de medidores de tensão, são possíveis. Adicionalmente, como mostrado na Fig. 2A, que é uma vista frontal representativa da broca 22, os acelerômetros são posicionados para medir a aceleração axial, rotativa e/ou lateral da broca. Observe que o eixo geométrico da broca está no centro do círculo, enquanto a aceleração axial pode ser medida um pouco deslocada do eixo geométrico, dependendo da colocação do acelerômetro. A medição de aceleração pode ser realizada usando um ou mais acelerômetros multieixos geométricos. O sub da broca, ou outro componente, pode também incluir um processador e memória para armazenar instruções executáveis por computador para implementar várias metodologias possíveis, e possivelmente pré-processar dados, bem como uma fonte de energia que pode ser uma ou mais baterias. O armazenamento de dados, como a memória ou outro armazenamento de dados, também é fornecido para armazenar os dados coletados. Os componentes de medição, sozinhos ou em várias combinações possíveis, podem ser fornecidos em outros locais da coluna de perfuração na proximidade geral da broca de perfuração.

Geomecânica em relação à ação de corte da broca

[0070] As Figs. 3A-3C são uma sequência de diagramas que ilustram uma vista de aproximação de uma porção do cortador 32 de uma broca de perfuração em um furo de sondagem, deslizando, aderindo em uma porção de rocha e, em seguida, soltando-se quando as forças sobre a broca são suficientes para superar rocha fazendo com que a rocha frature e a broca gire - coletivamente referido como comportamento de aderência e deslizamento. O modo de deformação da rocha para uma broca PDC está cisalhando ao contrário de uma broca de cone de rolo que está perfurando. Modelos que descrevem o comportamento de perfuração são em grande parte informados sobre a mecânica de perfuração com uma broca de cone de rolo e enquanto esses modelos foram estendidos para a aplicação e o uso de brocas PDC, eles sofrem exclusivamente de sua incapacidade inerente de reconciliar a natureza fundamentalmente diferente de deformação da rocha. Como será apreciado a partir desta descrição, as inovadoras e novas técnicas descritas aqui buscam avançar na aplicação e no uso de brocas PDC, bem como outras brocas, para caracterizar propriedades mecânicas de rochas e, em particular, para a identificação da natureza e das ocorrências de fraturas. As figuras descrevem a profundidade de corte em relação à área e o deslocamento das fraturas criadas em resposta às forças que atuam sobre a broca. A ação de corte de um determinado tipo de broca, mas não deve ser interpretada como limitativa do método no uso de outros tipos de brocas de perfuração que geram emissões acústicas da falha de rocha em resposta às forças que atuam na geometria e na configuração da broca.

[0071] Mais especificamente, à medida que a broca gira, a interação da broca com a formação rochosa em qualquer instante no tempo, produz uma distribuição complexa de forças que atuam na formação em conexão com o sistema de broca e de fluido de perfuração (por exemplo, o motor de lama) onde a orientação e as magnitudes das forças que atuam na formação da rocha estão relacionadas à configuração e à geometria dos cortadores na broca. De um modo geral, a perfuração não é um processo suave e consistente. Em vez disso, dependendo de muitas coisas, incluindo a força axial na broca, torque rotacional na broca, propriedades da rocha e presença ou ausência ou fraturas existentes, a broca corta, goiva, gira, talha e, de outra forma, perfura o furo de sondagem de uma forma muito complicada e moda variada. Em alguns casos, a complexa distribuição de forças que agem sobre a formação é insuficiente para inicialmente superar a resistência da formação rochosa em relação à ação de corte da broca e a broca irá parar de girar ou fincar.

[0072] Conforme ilustrado nas Figs. 3A e 3B, quando o cortador começa a fincar, o torque aplicado à broca aumenta a partir de um valor relativamente estável. À medida que as forças, tal como o torque ilustrado na broca, aplicadas às brocas, muda seja através de interação manual ou automatizada com o aparelho de perfuração de superfície ou através da realimentação não linear da energia elástica armazenada dentro da coluna de perfuração ou alguma combinação de ambos, um novo peso sobre a broca (WOB) e torque são dispensados à broca. Estas forças em um ou mais cortadores particulares continuarão a carregar a rocha elasticamente até que ponto (i) a rocha comece a deformar-se plasticamente e a deformação seja concentrada ao longo de planos de fratura e (ii) quando essas forças forneçam uma distribuição suficiente de forças para superar a força de falha da formação rochosa, a broca vai girar e oscilar, muitas vezes soltando, e a perfuração continuará. Como mostrado na Fig. 3C, quando as forças superarem a rocha, o torque cairá drasticamente para o valor relativamente estável, até que a broca finque novamente. Tal ação de deslizar e fincar pode ocorrer em frequências e deslocamentos variados e acontecer uma ou mais vezes por revolução da broca por cortador sobre a broca, resultando assim em muitos desses comportamentos de corte cada revolução da broca.

[0073] Independentemente se e a extensão do comportamento de deslizamento da haste é experimentada, a deformação e a falha da rocha fazem com que a broca vibre. Durante a deformação da rocha e, em particular, quando a broca supera a resistência da rocha na falha, a energia de deformação elástica armazenada é liberada na forma de emissões acústicas. Em alguns casos, a broca está fraturando a rocha e pode intersectar fraturas e descontinuidades mecânicas existentes. Em alguns casos, a broca pode reativar as fraturas existentes, que podem gerar um sinal acústico distinto na forma de uma vibração da broca induzida.

No processamento de vibrações de perfuração

[0074] Como introduzido acima, as brocas de perfuração 22 incluem tipicamente muitos cortadores 32 arranjados com uma geometria e uma configuração concebidas para gerar forças suficientes para superar a resistência à falha da formação rochosa 30 com base na natureza da formação rochosa que se espera encontrar quando perfurar um poço. Durante uma única rotação da broca, pelo menos um, mas tipicamente muitos dos cortadores irão superar a resistência à falha da formação rochosa e produzir uma grande quantidade de emissões acústicas relacionadas à(ao) raspagem, corte, fratura e outras interações entre a broca e a formação rochosa. A ferramenta pode incluir vários mecanismos possíveis, incluindo um interruptor de lâminas ou giroscópios, que medem revoluções por minuto e fornecem informações de cada rotação da broca. Existem até 30 cabeças cortadoras, de modo que cada rotação posa causar centenas de pulsos acústicos.

[0075] Por causa da natureza estocástica das emissões acústicas ou em relação à iniciação quase simultânea e propagação de múltiplas fraturas na face de corte, a implementação do método discutido aqui pode usar métodos estatísticos e ferramentas de análise de sinal. Em uma metodologia possível, a técnica de medição de RMS determina a energia do sinal apesar do formato de sua forma de onda. Isso é importante porque muitos eventos simultâneos criam formas de onda complexas com interferências construtivas e destrutivas.

[0076] Dada a natureza estocástica das emissões acústicas geradas pela ação de corte da broca, espera-se que quanto mais vezes a broca gira por unidade de tempo, maior a taxa de emissões acústicas. Os níveis de RMS obtidos para uma janela de tempo que sofreu duas revoluções da broca deverão ter níveis de RMS mais altos do que aqueles obtidos durante uma revolução da broca na mesma janela de tempo, sendo todas as outras coisas iguais.

[0077] Medições durante a perfuração mostram que a velocidade da broca pode variar descontroladamente e erraticamente durante as operações de perfuração. Em alguns casos, a broca pode fincar completamente e, em seguida, deslizar novamente, à medida que for aplicada gradualmente mais força. Se o comportamento de deslizar-fincar da broca de perfuração não for considerado no processamento do sinal geofísico, então as variações nas medições da fratura podem ser confundidas com variações na velocidade da broca e não variações no comportamento de fratura da rocha. Quando a janela de tempo usada para medir o nível de RMS dos sinais que foram extraídos das vibrações de perfuração é normalizada em relação à velocidade da broca, onde a velocidade da broca está registrando usando um giroscópio para amostrar as mudanças na posição da broca em relação ao tempo, ou a um ímã que é usado para informar a posição da broca em relação ao tempo, essa medida normalizada é entendida como fornecendo um nível da atividade de emissão acústica gerada pela fratura de uma formação rochosa em relação à ação de corte da broca. A janela de tempo em que os dados são reunidos pode ser amarrada diretamente à rotação de brocas, tendo um conjunto de janela de tempo baseado nas contagens da revolução de bits. Em outros casos, a janela de tempo pode ser ajustada, e a energia (de vibrações) pode ser normalizada para levar em conta algumas voltas estabelecidas da broca, como uma volta da broca.

[0078] A implementação da técnica como descrita usa técnicas de processamento de sinal, tais como, transformadas de Fourier, filtragem de passa banda ou outra filtragem, ou combinações das mesmas, para calcular o movimento da broca e as forças sobre a broca a partir das amplitudes e frequências dos sinais acústicos registrados pelo aparelho de MWD (por exemplo, sub da broca 22) que são gerados em resposta à ação de corte da broca (por exemplo, as vibrações de perfuração se propagam pela coluna de perfuração como ondas acústicas, às vezes chamadas de ondas de colar ou modo de ferramenta, onde eles são registrados como sinais acústicos pelo aparelho de MWD). Assim, os acelerômetros que capturam dados de aceleração podem ser usados para obter informações das forças sobre a broca. Forças sobre a broca também podem ser medidas usando medidores de deformação, em uma implementação possível. O movimento da broca, que pode ser reconhecido como deslocamentos, e as forças sobre a broca são usadas para preencher uma relação tensão/deformação que permite a computação das propriedades mecânicas da rocha. As propriedades mecânicas das rochas podem ser analisadas em relação a uma linha de base (como uma média sobre a distância do furo de poço) para identificar as localizações onde as propriedades mecânicas de uma formação rochosa mudam à medida que a broca encontra uma descontinuidade mecânica ou outra descontinuidade geológica. Em alguns casos, as propriedades da rocha podem ser usadas para identificar tais localizações através de computações baseadas em suposições da formação rochosa e comparações das mesmas, ou de outra forma.

[0079] Com referência à Fig. 4, para explicar os efeitos das eficiências de perfuração e a possibilidade de comportamento de fincar- deslizar durante a condução de operações de perfuração, em uma implementação específica, o método pode usar medições das eficiências de perfuração, tais como revoluções por minuto (RPM) para normalizar o processamento do sinal geofísico das vibrações de perfuração, a fim de comparar os resultados do processamento do sinal ao longo do comprimento do furo de sondagem de acordo com os métodos fornecidos. Entende-se através da normalização que as variações nos níveis de sinal, tais como os níveis de RMS, são agora corrigidas em função das mudanças nas eficiências de perfuração ao longo da trajetória do furo de sondagem.

[0080] Como tal, os níveis de RMS, obtidos como mostrado acima, por exemplo, estão relacionados a mudanças nas propriedades mecânicas da rocha, enquanto a broca intersecta áreas de propriedades diferentes. Em outras palavras, pode ser útil compensar ou normalizar as mudanças na velocidade de rotação da broca (RPM) usando uma janela de tempo compatível com a rotação da broca. Essa normalização também pode ser útil para corrigir o processamento do sinal geofísico de acordo com as operações de perfuração onde a coluna de perfuração é girada da superfície em conjunto com o motor de lama girando a broca, ao contrário das situações em que o motor de lama está operando, mas a coluna está deslizando não sendo girado da superfície.

[0081] Em uma elaboração adicional do método, as técnicas de processamento de sinais relacionam sistematicamente as medições das forças que atuam sobre uma formação rochosa em conexão com o sistema de broca de perfuração e fluido de perfuração (tensão) às variações na fratura de uma formação rochosa em resposta à ação de corte da broca (deformação) para obter novas relações inovadoras de tensão-deformação, onde a aplicação e o uso das relações de tensão-deformação permitem a derivação de coeficientes elásticos para as relações de tensão-deformação. As variações relativas em um ou em uma combinação dos coeficientes elásticos podem ser usadas para identificar a natureza e a ocorrência de fraturas, pluralidade de fraturas e outras descontinuidades mecânicas e fronteiras geológicas, tais como, planos e/ou falhas de estratificação que deslocam ou, de outra forma, separam formações rochosas com diferentes propriedades mecânicas da rocha.

[0082] A contabilização das eficiências de perfuração também é uma consideração na implementação da abordagem, porque o desgaste na broca de perfuração, à medida que a formação rochosa é perfurada, alterará a configuração e a geometria dos cortadores na broca de perfuração. O desgaste mecânico da broca de perfuração afetará a distribuição das forças que atuam na formação em conexão com a broca de perfuração e à medida que o poço progride, a aplicação manual ou automatizada de forças no aparelho de perfuração muda para compensar o desgaste e o rompimento da broca.

[0083] A aplicação e o uso da técnica de tensão-deformação de acordo com o método aqui empregado é entendido normalizar os efeitos de eficiências de perfuração reduzidas causadas pelo desgaste da broca na derivação das propriedades mecânicas da rocha porque as forças usadas na relação de tensão-deformação são obtidos a partir das forças que atuam sobre a broca, onde as forças necessárias para superar a resistência da rocha são aumentadas em relação à penetração ou profundidade de corte do dente de broca desgastado na formação.

[0084] As emissões acústicas associadas com a deformação e a falha da formação rochosa durante a perfuração são geralmente muito diminutas e/ou muito atenuadas pela rocha interveniente para serem detectáveis na superfície (que pode estar a centenas ou milhares de pés acima do furo de sondagem). Devido ao fato de que a quantidade de energia liberada geralmente é pequena e de frequência relativamente alta, as ondas irradiadas são melhor visualizadas quando transmitidas da face de corte através da coluna de perfuração e de broca, onde se propagam ao longo da coluna de perfuração através de aço acusticamente condutor como uma chegada direta da ferramenta e contribui para a vibração da coluna de perfuração. As vibrações de perfuração podem ser registradas em instrumentação sensível à sua natureza e presença. Em outras palavras, um aspecto da presente descrição envolve um conjunto de ferramentas de perfuração incluindo sensores e componentes eletrônicos de processamento (por exemplo, os acelerômetros e/ou medidores de deformação no sub da broca 26 próximo à broca 22) que são posicionados para detectar e registrar as ondas irradiadas a partir da fratura induzida pela perfuração, que pode envolver ainda a identificação e/ou caracterização de descontinuidades mecânicas existentes, tais como, fraturas ou fronteiras geológicas, tais como, falhas ou planos de estratificação.

Uma técnica de perfilagem de dados específicos

[0085] Em uma implementação específica, uma forma de sistema ou ferramenta de medição durante a perfuração (MWD) é empregada. O sistema de MWD usa sensores projetados para medir a vibração. O sistema de MWD também pode medir forças sobre a broca e outros parâmetros, tal como velocidade da broca, que pode ser expressada como revoluções por minuto, as pressões de fluido, e temperatura da lama de perfuração ou ambiente próximo ao sub da broca. O sistema também pode incluir giroscópios para obter a orientação da face de corte da broca de perfuração, em algumas implementações. Em uma forma de realização específica, a ferramenta de MWD inclui pelo menos um receptor, o que pode incluir acelerômetros montados ou próximos da coluna de perfuração para registar as vibrações de perfuração e as emissões acústicas associadas. Em algumas implementações, a MWD pode ainda incluir mecanismos elétricos, mecânicos e/ou outros mecanismos de filtragem para processar os dados para remover ruído indesejado ou para registrar os dados sem ruído indesejado. Em certos casos, os estágios de filtragem podem ser aplicados antes da gravação e após a gravação, mas antes do processamento, para remover dados indesejados, ou o quanto for necessário ou possível. Em uma capacitação alternativa, os sinais podem ser transmitidos para a superfície para armazenamento e processamento. Em algumas aplicações, pode ser desejável processar os sinais acústicos, tal como através do processador, a bordo da ferramenta de registro para a transmissão do sinal processado significativamente reduzido de dados para a superfície em tempo real.

[0086] Uma vez que os dados da dinâmica de perfuração são coletados e processados, os resultados são correlacionados de volta para a profundidade medida do poço usando medições precisas do comprimento dos componentes da coluna de perfuração conforme eles são baixados no poço. As medições de LWD por raios gama e colar de revestimento podem ainda ser usadas para correlacionar a localização absoluta dos dados processados a partir do(s) ponto ou pontos de coleta de BHA para determinar uma localização mais confiável da broca em relação à subsuperfície.

Técnicas de atenuação de ruído

[0087] Devido à quantidade de energia libertada é geralmente esperada como sendo pequena e de frequência relativamente alta, as ondas irradiadas são melhor visualizadas quando transmitidas da face de corte (com cortadores 32) para o conjunto de broca e fundo de furo, onde podem propagar-se ainda mais e são conhecidos como a chegada direta da ferramenta ou onda de colar e contribuem para a vibração da coluna de perfuração. As emissões acústicas podem ser medidas por acelerômetros, transdutores ou outros dispositivos sensíveis ao movimento de partículas.

[0088] As vibrações induzidas por perfuração que são geradas pela interação da broca com a formação rochosa terão frequências harmônicas que estão relacionadas à velocidade de rotação da broca. Espera-se que a maioria das vibrações harmônicas seja de baixa frequência. As amplitudes das emissões acústicas nas faixas de frequência das frequências harmônicas são geralmente muito menores do que a amplitude das vibrações de perfuração harmônicas. Em uma implementação, as vibrações de perfuração harmônica são removidas por um filtro, como um filtro passa alta ou passa banda, que pode ser implementado no processador de sub da broca, ou pode ser aplicado aos dados armazenados para processamento posterior após o descarregamento dos dados da memória do sub da broca, que passa frequências de sinal que são mais altas que as frequências relacionadas às vibrações de perfuração harmônicas, e que também podem eliminar frequências acima daquelas possivelmente relacionadas a características de fratura. Outros tipos de filtros e características de frequência serão possíveis dependendo de vários fatores, incluindo, mas não se limitando à, velocidade de rotação da broca, tipo de broca, características da rocha, posicionamento dos sensores, características do motor de lama e outros atributos.

[0089] Outra consideração em relação às variações na amplitude e na frequência das emissões acústicas é a interferência da chegada direta da ferramenta pela geração e pela transmissão de outros modos de onda que também são excitados pelas operações de perfuração incluindo os modos de onda excitados pela liberação de energia da fratura da formação rochosa.

[0090] Além das emissões acústicas criadas pela fratura de uma formação rochosa em resposta à ação de corte da broca, as vibrações de perfuração que estão sendo registradas também irão gerar modos de onda que se propagam através da formação em torno do furo de poço e dos fluidos dentro do furo de poço que pode interferir nas emissões acústicas relacionadas à fratura de uma formação rochosa na face de corte e influenciar as medidas das propriedades mecânicas da rocha. Para algumas frequências, os outros modos de onda terão amplitudes mais altas do que as amplitudes das emissões acústicas naquela frequência específica. Esses outros modos de onda resultarão da propagação de várias ondas guiadas no fluido de perfuração entre a coluna de perfuração e o furo de poço, como as ondas Stonely, ondas tubulares e ondas fluidas diretas, como as ondas compressivas fluidas. Outros modos de onda que podem interferir com a chegada direta da ferramenta são as ondas de superfície que propagam e refratam a energia ao longo da interface entre o furo de poço e o fluido, tais como, ondas compressionais da cabeça, ondas compressionais da superfície e ondas do corpo de cisalhamento. Todas essas ondas têm o potencial de interferir na propagação de energia a partir da chegada direta da ferramenta e, se sua presença for incluída no processamento do sinal, poderiam influenciar os cálculos relacionados às amplitudes e frequências usadas para descrever a natureza e a ocorrência da fratura.

[0091] Para diminuir a possibilidade de interferência com os outros modos de onda, em uma forma de realização, o sensor é montado internamente usando um tampão que efetivamente isolará o sensor dos modos de onda que se propagam através da formação e através dos fluidos. Por exemplo, no caso de acelerômetros, os acelerômetros são montados dentro do sub da broca (ou outro componente). As ondas externas que são transportadas pela formação e pelo fluido na coroa circular 36 serão, portanto, mecanicamente isoladas pela posição interna do sensor em relação às outras ondas. Um sensor montado internamente responderá principalmente às vibrações relacionadas à chegada direta da ferramenta (as vibrações causadas pela interação da broca com a formação).

[0092] Porque o aço usado na construção de um conjunto de fundo tem um fator de qualidade significativamente maior, Q de 10.000, que formações rochosas e fluidos onde Q varia tipicamente de 1 a 100, as ondas que se propagam ao longo do colar conhecido como a onda do color ou a chegada da ferramenta terão uma atenuação muito menor do que os sinais registrados pelo sensor que percorreu a formação ou o meio fluido. Devido à baixa atenuação das ondas que se propagam ao longo do colar de perfuração de aço em relação às ondas que se propagam através das formações e fluidos de perfuração, também é possível atenuar naturalmente os vários modos indesejáveis de propagação colocando o receptor a uma distância que está longe o suficiente para atenuar os outros modos indesejados de formação e onda de fluidos que interferirão na chegada direta da ferramenta, mas não tão longe a ponto de perder a valiosa informação de alta frequência transportada pela onda de colar ou onda de ferramenta que é necessária para ser registrada calcular o tamanho e o deslocamento da fratura. As distâncias necessárias para atenuar os modos indesejados podem ser determinadas por expressões que relacionam a perda de energia por ciclo durante a transmissão para um dado fator de qualidade. Nesta forma de realização, a localização da coluna de perfuração em relação à localização da broca é colocada a uma distância atrás da broca para conseguir esta atenuação. Alternativamente ou adicionalmente, para evitar a interferência de fluidos e chegadas de formação com a chegada do colar, o receptor pode ser acoplado à coluna de perfuração na superfície do poço, onde a coluna de perfuração ainda precisa entrar na subsuperfície e furo de sondagem que contém os fluidos de perfuração.

[0093] Em outra forma de realização, uma pluralidade de receptores são arranjados ao longo da coluna atrás da broca de perfuração para registrar os sinais acústicos gerados pela liberação de energia elástica na face de corte. Em um exemplo, os receptores são espaçados em centímetros ou milímetros e podem ser colocados em uma matriz montada em uma porção do sub da broca. O espaçamento dos receptores pode formar uma matriz, com o espaçamento determinado pela faixa de frequência dos sinais acústicos e a velocidade de propagação no aço ou outro material. Como a velocidade de propagação no aço é tipicamente muito mais rápida do que a maioria das velocidades de formação e fluido que controlam a natureza da propagação dos modos interferentes e é conhecida com um alto grau de certeza, filtros espaciais como filtros FK que transmitem sinais que se propagam em velocidades que são consistentes com a transmissão de ondas através do aço e atenuam eventos com velocidades mais lentas. Esses filtros podem ser usados para separar as ondas de chegada direta da ferramenta das outras formas de onda interferentes. Ao usar uma matriz de receptores, a relação de sinal-para- ruído pode ser ainda aumentada usando técnicas de processamento de sinais geofísicos para filtrar os dados empilhando os sinais sobre a matriz. A natureza do empilhamento depende da configuração da matriz de receptores e se os receptores são implantados em uma matriz linear, bipolar ou radial.

[0094] Em alguns casos, o empilhamento pode ser usado para isolar vários modos que são propagados pela chegada da ferramenta, como a onda de compressão, onda transversal ou onda de quadrupolo. Esses outros modos de ferramenta também podem ser processados usando técnicas de processamento de sinais geofísicos para determinar a fratura de uma formação rochosa em relação à ação de corte da broca.

[0095] O quadrupolo é um modo de ferramenta direto que não propaga chegadas diretas da ferramenta acima de uma frequência de corte, onde a frequência de corte está relacionada com o diâmetro e a espessura do aço. As amplitudes e frequências desses outros modos fornecem informações úteis, embora de bandas limitadas, que podem ser usadas em relação às técnicas de processamento de sinais geofísicos, a fim de especificar como o tamanho e o deslocamento das fraturas seriam responsáveis por gerar esses outros modos de onda.

[0096] A análise dos sinais extraídos das vibrações de perfuração não deve ser limitada ao caso das amplitudes e frequências da chegada direta da ferramenta. Em outra forma de realização, a matriz receptora pode ser usada para rejeitar a chegada direta da ferramenta ou onda de colar e passar outras chegadas relacionadas a outros modos de transmissão, onde os modos de transmissão podem ser através do sistema de formação rochosa ou fluido de perfuração com base em sua velocidade de conteúdo de propagação e frequência através do meio. Estes outros modos de propagação podem ser usados preferencialmente à chegada direta da ferramenta quando os outros modos de propagação de onda contêm sinais relacionados à fratura da formação em relação à ação de corte da broca que são de interesse para as variações dos níveis de RMS dos sinais, conforme descrito pelo método.

A aplicação e o uso de técnicas de processamento de sinal microssísmico em relação ao Método

[0097] Em uma elaboração adicional do método, as vibrações de perfuração geradas pela ação de corte da broca podem ser processadas usando técnicas de processamento de sinal geofísico que são convencionalmente reconhecidas como apropriadas para a análise de mecanismos de fonte de microtremores de terra. Em um exemplo, a profundidade de corte ou penetração por revolução da broca é obtida por meio de técnicas de processamento de sinais para medir os tamanhos e deslocamentos das fraturas que resultam da deformação e da falha da formação rochosa em relação à ação de corte da broca, para estimar o nível de frequência zero (ZFL) dos espectros de deslocamento. O ZFL do deslocamento é o nível de deslocamento estático aqui entendido para representar a penetração da broca. Sob esta consideração e em relação à técnica, ele fornece movimento de alta resolução da broca que é considerado a profundidade de corte ou penetração da broca para cada revolução da broca.

[0098] A figura 5 ilustra um espectro de deslocamento para uma revolução de uma broca. O gráfico dos espectros de deslocamento tem um eixo geométrico y de amplitude de deslocamento rotativo em uma faixa de frequências (eixo geométrico x) sobre as quais medições de amplitude são obtidas (com base na frequência de amostragem). O espectro de deslocamento é obtido pela integração da transformada de Fourier da medição do domínio do tempo dos dados de aceleração (dados de vibração da broca) duas vezes no domínio da frequência, ou a série de tempo de velocidade angular uma vez onde se entende que as acelerações podem ser axiais, laterais, rotativas ou uma combinação desses canais. O deslocamento rotativo pode ser na forma de radianos. O ZFL (nível de frequência zero) determinado pelo método é onde o espectro de deslocamento, teoricamente, intersecta o eixo geométrico de frequência zero. O ZFL é diretamente proporcional aos deslocamentos médios das fraturas iniciadas pela broca, e ao deslocamento da broca por revolução.

[0099] De um modo geral, porque os dados de deslocamento de alta resolução são realizáveis, o sistema pode detectar mudanças relativas de deslocamento por revolução da broca ou deslocamento por tempo ou taxa de penetração (ROP) e, assim, determinar quando uma fratura é encontrada como o deslocamento ser maior em relação às áreas onde as fraturas não são encontradas. Com relação ao método, o aumento no deslocamento indicaria uma mudança na dureza da formação, onde a dureza aumenta com o deslocamento, todas as outras coisas sendo iguais.

[00100] As observações de movimento de terra forte gerado por tremores de terra sugerem que os registros em séries temporais dos sinais de onda P e S podem ser tratadas de forma razoável e eficaz como ruído branco limitado por banda, onde as amplitudes e frequências dos sinais são controladas pela interação de muitas falhas menores e remendos de fratura se rompendo simultaneamente e as limitações de banda na ausência de atenuação estão relacionadas às dimensões de deslocamento e ruptura da fonte de tremores de terra. Portanto, observações envolvendo a ocorrência simultânea de múltiplas emissões acústicas geradas por fratura na face da broca e então transmitidas através do aço onde se espera que os sinais sofram pouca atenuação indicam que a aplicação e o uso de modelos que são geralmente usados para descrever os mecanismos de fonte de um tremor de terra podem ser usados para descrever os tamanhos e deslocamentos agregados de muitas fraturas sendo geradas simultaneamente a partir dos giros repetidos dos muitos cortadores na broca ao superar a resistência da rocha para acomodar o movimento da broca.

[00101] A estimativa do tamanho e do deslocamento da fratura gerada pela ação de corte ou movimento da broca segue diretamente da exibição dos dados que estão presentes na Figura 5. Aqui, o modelo para representar o mecanismo de fonte de microtremores de terra que estima o tamanho e o deslocamento da fratura tipicamente envolvem a aplicação e o uso de um modelo espectral de dois parâmetros, onde aqui os dois parâmetros usados para descrever o modelo são o nível de frequência zero dos espectros de deslocamento e a frequência de corte. Deve ser apreciado que outros modelos de parâmetros de fonte tais como a queda de tensão de RMS que também usam a amplitude e as frequências dos sinais para estimar o tamanho e o deslocamento da fratura e também podem ser considerados e o uso de um modelo espectral de dois parâmetros não deve limitar o escopo deste método.

[00102] No modelo de dois parâmetros do mecanismo de fonte de microtremores de terra, o deslocamento da broca, conforme determinado pelos deslocamentos nas fraturas, está relacionado ao nível de frequência zero do espectro de deslocamento. O nível de frequência zero do espectro de deslocamento é o mesmo que o deslocamento estático. O conteúdo de baixa frequência pode ser modificado pelos receptores e componentes eletrônicos usados para registrar os sinais no conjunto de MWD e o possível uso dos filtros de passa banda em relação ao processamento de sinal para eliminar os harmônicos de perfuração de baixa frequência. A técnica tem vantagens porque (i) fornece uma estimativa do ZFL usando dados de banda limitada que nem sempre são confiáveis na extremidade inferior dos espectros de amplitude, (ii) fornecer uma técnica confiável para selecionar objetivamente o ZFL sem influências manuais ou visuais, (iii) poder ser automatizados de uma maneira implementada por computador para lidar com os grandes volumes de dados tipicamente coletados por um aparelho de MWD como usado para coletar dados em relação ao método.

[00103] Técnicas de processamento de sinais geofísicos que usam relações entre a densidade espectral de potência do espectro de deslocamento e a velocidade são usadas para calcular este valor (ZFL) com base na representação matemática funcional dos espectros de fonte de tremores de terra conforme descrito pelo modelo espectral de dois parâmetros da fonte do tremor de terra fornece uma técnica objetiva para superar as proporções de sinal fraco para aos ruídos esperadas da informação acústica de baixa frequência.

[00104] Assim, o ZFL é entendido para representar o deslocamento ou a penetração da broca. Em um exemplo específico, o ZFL é uma medida do deslocamento (por exemplo, em milímetros ou polegadas ou deslocamentos angulares, como os radianos) da broca por volta da broca. Se o deslocamento é o deslocamento axial por revolução da broca, esse deslocamento pode ser usado para informar uma profundidade de corte em termos de deslocamento por revolução. Se o tempo necessário para fazer o giro da broca for usado para descrever o deslocamento axial ou a penetração da broca, então é levado em consideração que isso pode ser usado para determinar a taxa de penetração. Profundidades de corte típicas estimadas pelo método variam de 0,01 polegadas (0,254 mm) por revolução a 0,1 polegadas (2,54 mm) por revolução.

[00105] O tamanho ou o raio das fraturas também pode ser determinado pelo conteúdo de frequência do sinal acústico. Sinais com maior frequência de conteúdo geralmente correspondem a áreas menores de fratura. Essa característica dos espectros de frequência usados para determinar o tamanho do evento é geralmente chamada de frequência de corte (Figura 5). Existe uma relação linear entre a frequência de corte dos espectros de deslocamento e o tamanho do evento. Devido à atenuação do sinal durante a transmissão, as estimativas da frequência de corte podem ficar comprometidas se o sensor for colocado afastado demais da broca. Assim, ter os sensores tão próximos da broca quanto possível, ou pelo menos não tão longe que a atenuação seja significativa, pode ser uma consideração para algumas implementações aqui discutidas. Limitações no sensor e nos componentes eletrônicos de gravação e nos filtros empregados para extrair os sinais também podem limitar a largura de banda utilizável.

[00106] Técnicas de processamento de sinais geofísicos que usam relações entre a densidade espectral de potência do deslocamento e densidade espectral de potência da velocidade com base na representação matemática funcional dos espectros de fonte de tremores de terra como é descrito pelo modelo de dois parâmetros da fonte de tremores de terra que pode ser usado para calcular a frequência de corte. Uma frequência de corte relativamente alta pode representar uma rocha não fraturada, enquanto uma frequência de corte relativamente menor pode indicar a presença de uma fratura.

[00107] Quando a largura de banda é limitada, o tamanho mínimo de fratura detectado será estabelecido para um limiar baseado em uma frequência de corte. Qualquer fratura de uma formação rochosa abaixo deste limiar não contribuirá para a determinação da fratura da formação rochosa e da deformação da formação rochosa. Assim, na aplicação do método, algumas formações rochosas podem sofrer fraturas em resposta à ação de corte da broca onde a fratura não é detectada pelo método empregado aqui, seja porque as frequências de que a energia de fratura ocorre são muito altas ou a proporção sinal para ruído é muito baixa. A ocorrência destes cenários sugeriria que a broca não está efetivamente penetrando na formação e que as propriedades da rocha derivadas neste caso representariam as propriedades da rocha limitantes e limitariam a especificação da deformação da rocha em resposta às forças geradas pela colocação de fraturas hidráulicas onde qualquer tal deformação em relação à ação de corte da broca seria considerada insuficiente para isso.

[00108] A fim de fazer comparações significativas dos tamanhos de fratura e deslocamentos ao longo do furo de poço, a janela de tempo que é usada para processar os sinais extraídos das vibrações de perfuração é baseada na velocidade da broca, em uma implementação específica. Uma maneira de normalizar a janela de tempo em relação à velocidade da broca é especificar a janela de tempo de acordo com o tempo necessário para fazer uma revolução da broca. Se a velocidade da broca fosse de 120 RPM, então a janela de tempo seria de 500 ms, enquanto se a velocidade da broca fosse de 60 RPM, então a janela de tempo precisaria ser de 1000 ms para obter uma medição equivalente da fratura gerada em resposta à ação de corte da broca. Outra maneira de normalizar a janela de tempo para considerar variações na velocidade da broca ao longo do furo de poço seria normalizar a frequência temporal da densidade espectral, convertendo-se de ciclos por segundo para ciclos por revolução. A uma velocidade da broca de 120 RPM, a broca faria duas revoluções em um segundo e, portanto, em ciclo por segundo seria normalizado para dois ciclos por revolução, enquanto uma velocidade da broca de 60 RPM faria uma revolução em um segundo, portanto, um ciclo por segundo seria normalizado para um ciclo por revolução. Em uma forma de realização, o BHA é instrumentado para medir a velocidade da broca em resolução suficiente para especificar uma janela de tempo equivalente a uma revolução da broca ou normalizar a densidade espectral, convertendo a frequência temporal em ciclos por revolução.

[00109] Como tal, as variações espaciais nas medições como obtidas através de uma combinação de uma ou mais das medições, tais como a aceleração de RMS ou os tamanhos e deslocamentos das fraturas são entendidos para corresponder à natureza e à ocorrência de deformação e falha em relação à ação de corte da broca e como tal são consideradas as variações espaciais das propriedades mecânicas da rocha. Assim, um valor crescente de ZFL, relativo a uma linha de base, representa a interseção da broca com a zona de rocha mecanicamente mais fraca que pode ser determinada como uma fratura, pluralidade de fraturas (por exemplo, fratura 34) de acordo com, por exemplo, um relação de tensão-deformação. Portanto, as técnicas de processamento de sinais geofísicos empregadas pelo método podem envolver descrições estatísticas como a medição do nível de RMS das emissões acústicas ou a aplicação e o uso de técnicas de processamento de sinais geofísicos que são geralmente reconhecidos como apropriados para a análise de mecanismos de fonte de microtremores de terra para descrever a deformação e a falha de uma formação rochosa em relação à ação de corte da broca, onde as variações espaciais nas medições (por exemplo, mudanças na ZFL ou frequências de corte) em relação a algum nível médio ou de linha de base são usadas para identificar descontinuidades mecânicas ou formações geológicas como eles são encontradas ou atravessadas pela broca.

[00110] Em outra forma de realização, referindo-se agora à Fig. 6, os métodos de processamento de sinais geofísicos podem obter medições relacionadas com a mudança instantânea na inclinação da broca em relação à direção média da broca para descrever uma descontinuidade mecânica ou fronteira geológica. A mudança instantânea na inclinação da broca de perfuração em relação a uma inclinação média de longo prazo pode ser obtida usando um sensor ou uma matriz de sensores configurados para registrar e extrair sinais acústicos em relação aos eixos geométricos espaciais independentes das vibrações de perfuração. A magnitude da deflexão da inclinação da broca de perfuração em relação a uma tendência de longo prazo na direção da broca depende da orientação da descontinuidade mecânica ou da fronteira geológica em relação à face de corte da broca de perfuração e, portanto, a deflexão é entendida como indicando uma mudança nas propriedades mecânicas da rocha. Assim, por exemplo, com um acelerômetro de multieixos geométricos que mede a aceleração axial e a aceleração lateral ou rotativa da broca, a proporção entre os deslocamentos axiais e laterais ou rotativos pode ser tratada como uma inclinação, conforme ilustrado nas respectivas perfilagens de inclinação 60 (antes da fratura, enquanto a broca 22 intersecta a fratura existente 34). A aceleração lateral ou rotativa aumentará relativamente quando a broca for desviada do movimento axial, tal como quando a broca encontra uma descontinuidade angular transversal ao furo de sondagem.

O conceito de energia específica em relação ao método

[00111] Além de informação acústica que informa o deslocamento da broca, aspectos da presente descrição podem ainda envolver informações de força. Ao realizar operações de perfuração, a energia definida como a energia necessária para remover um volume de rocha é útil para descrever a eficiência da operação de perfuração. A energia específica é um termo que descreve a quantidade mínima de trabalho necessária para remover um determinado volume de rocha. Descrições da energia específica são úteis para entender as variações na taxa de penetração ou a profundidade de corte em relação às forças que atuam sobre a broca. Ao contrário dos métodos convencionais, a energia específica aqui pode ser calculada a partir das técnicas de processamento acústico acima mencionadas em si ou em conjunto com medições de torque sobre a broca e/ou força sobre a broca.

[00112] O tamanho e o deslocamento das fraturas que se formam em resposta à ação de corte da broca controlam a profundidade de corte em uma formação rochosa e subsequentemente a taxa de penetração da broca de perfuração através de uma formação rochosa. Em um método descrito aqui, o trabalho realizado pelo volume de rocha removido é determinado pelo deslocamento das fraturas quando multiplicado pela área da broca. O trabalho é computado a partir das forças que atuam sobre a broca multiplicado pelo deslocamento da broca. Como discutido acima, os deslocamentos da broca são obtidos através da análise da vibração de perfuração usando técnicas de processamento de sinal geofísico que são apropriadas para a análise de mecanismos de fonte de microtremores de terra como é fornecido pelo método discutido acima.

[00113] Existem dois componentes da energia específica: um que é normal para a broca e outro que é tangencial para a broca ou energia rotativa. Como a energia específica rotativa é proporcionalmente relacionada ao torque por unidade de deslocamento, ela fornece uma medida da resistência da rocha ou da energia mínima necessária para perfurar, e a aplicação e o uso da energia específica rotativa nesse sentido assumem a forma de uma relação de tensão-deformação (Figura 8 e outros).

[00114] No método aqui fornecido, o deslocamento da broca no que se refere à fratura da formação é evidenciado através do nível de RMS das medições ou o deslocamento da broca é evidenciado pelo deslocamento nas fraturas conforme previsto através das medições dos parâmetros da fonte de microtremores de terra e o volume de rocha removido são proporcionais às áreas de fratura e o deslocamento da fratura é obtido em todas as fraturas previstas no período de tempo processado para o período de tempo que é analisado, por exemplo, em uma única volta da broca. Em uma forma de realização do método, o volume de rocha escavada é especificado pelo produto da área agregada das fraturas e o deslocamento médio das fraturas removidas por uma volta da broca.

[00115] Para uma broca que está girando a uma taxa de 120 RPM, isso envolveria o uso de uma janela de tempo de 500 ms para a área média e a média do deslocamento para uma revolução da broca de perfuração. Deve ser apreciado que nos casos em que as propriedades da rocha estão a variar lentamente ou as medições da MWD são atualizadas a taxas inferiores ao período de tempo de uma revolução da broca, o método não está limitado a períodos que são especificados pela taxa de giro da broca.

[00116] A energia específica de revolução é o torque sobre o deslocamento de fratura médio por revolução, como obtido pela análise dos dados de vibração descritos por esta técnica, fornece uma nova relação de tensão-deformação inovadora (Figura 8 e outros). Para um determinado tipo de rocha, espera-se que esta seja uma relação linear onde a inclinação da linha está relacionada a um coeficiente elástico descrevendo a resistência da rocha (por exemplo, resistência da rocha especificada 1 (70), resistência da rocha especificada 2 (72) e resistência da rocha especificada 3 (74)). Como as medições são obtidas durante a perfuração, a resistência da rocha é determinada e está intrinsecamente relacionada à fratura em resposta à ação de corte da broca. Ao usar uma broca compacta de diamante policristalino (PDC), por exemplo, a resistência da rocha determinada a partir dessa relação de tensão-deformação estaria diretamente relacionada à resistência ao cisalhamento da rocha. Medidas de tensão-deformação obtidas usando o método descrito podem ser usadas para caracterizar os coeficientes elásticos da formação rochosa.

Relações de tensão-deformação inovadoras como são fornecidas pelo método

[00117] As relações de tensão-deformação empregadas pelo método são preenchidas a partir de medições feitas durante a perfuração. Em um exemplo, a deformação é entendida como relacionada à profundidade de corte ou a penetração por revolução da broca, que é determinada pela diferenciação da localização espacial em dois casos no tempo versus o número de rotações tomadas para a broca percorrer essa distância. De acordo com os métodos estabelecidos aqui, onde (i) as vibrações de perfuração são entendidas como representando a deformação e a falha de uma formação rochosa em resposta à ação de corte da broca a fim de acomodar o movimento para frente da broca através de uma formação rochosa, e (ii) as vibrações de perfuração como processadas através das técnicas de processamento de sinal para evidenciar o movimento da broca por volta da broca são entendidas como representando deformação e (iii) a aceleração de RMS como obtida através das técnicas de processamento de sinais geofísicos para evidenciar as forças que atuam sobre a broca por volta da broca são usadas para preencher a variável em relação a uma equação constitutiva de tensão-deformação. Em uma elaboração adicional, essas medidas de deformação podem ser relacionadas às forças como o peso sobre a broca e o torque sobre a broca que atuam na formação em conexão com o sistema de broca e fluido de perfuração para fornecer um diagrama de uma relação de tensão-deformação geral. Relacionando a orientação e a magnitude da tensão em relação à orientação e magnitudes da deformação, onde as orientações e magnitudes da tensão e da deformação estão relacionadas às coordenadas geográficas do poço, podem ser estabelecidas múltiplas relações de tensão-deformação para determinar os coeficientes elásticos de uma formação rochosa. Onde o poço é perfurado perpendicularmente à tensão compressiva horizontal máxima, entende-se que essas relações de tensão-deformação são expressadas nos eixos geométricos principais.

[00118] Em geral, a deformação de uma formação rochosa isotrópica homogênea pode ser especificada por dois coeficientes elásticos. Como a complexidade da formação rochosa aumenta através da presença de descontinuidades mecânicas e fronteiras geológicas, o número de coeficientes elásticos necessários para descrever completamente a deformação de uma formação rochosa em resposta às forças que atuam na formação, em geral, aumenta.

[00119] O coeficiente elástico mais simples seria relacionar o WOB com a deformação gerada pela ação de corte da broca onde a deformação é o deslocamento em relação a um comprimento feito por uma volta da broca onde as janelas de tempo usadas para as técnicas de processamento de sinal geofísico estão relacionadas com a velocidade da broca. Em uma forma de realização preferida do método, o WOB seria obtido a partir da aceleração de RMS, em que o componente de aceleração é orientado paralelamente ao furo e conforme ilustrado.

[00120] Para um meio isotrópico transversal (TI), a equação constitutiva da relação de tensão-deformação é ilustrada na Fig. 8A (usando dados de MWD) com interceptação de PR acompanhante e informação de inclinação de YME ilustrada nas curvas da Fig. 8B.

[00121] Em que: E é o Módulo de Elasticidade de Young (YME), u é o coeficiente de Poisson (PR) oí = TOB o3 = WOB ε3 = Espectro de deslocamento axial ZFL

[00122] Esta relação de tensão-deformação seria em geral proporcional ao módulo de elasticidade de Young, onde o YME é determinado em paralelo com a direção da perfuração. O método permite a determinação de coeficientes elásticos para meios elásticos isotrópicos transversais, onde a suposição de elasticidade isotrópica transversal é entendida como uma aproximação razoável para descrever a deformação da rocha pela obtenção da relação de tensão-deformação com as fronteiras geológicas de orientação em relação à inclinação da broca do poço a ser perfurado. Isto pode ser conseguido usando a Fig. 8 ou a Fig. í0C, em que os coeficientes elásticos, como descritos, são proporcionais ao Módulo de Young e ao coeficiente de Poisson de uma formação rochosa.

[00123] Em outra implementação, mais particularmente mostrado nas Figs. 9A e 9B, a resistência da rocha é especificada pelas relações de tensão- deformação com base na orientação do poço em relação aos planos de estratificação da formação que contém hidrocarbonetos e na orientação do poço em relação aos eixos geométricos principais de tensão tectônica ou estado de tensão atuando sobre a formação rochosa. Este método permite a determinação de coeficientes elásticos para um meio elástico isotrópico transversal (TI), onde a suposição de elasticidade transversal é tomada como uma aproximação razoável para descrever a deformação da rocha pela obtenção da relação de tensão-deformação com as fronteiras geológicas de orientação em relação à inclinação da broca do poço sendo perfurado. Isto pode ser conseguido usando a descrição acima, onde os coeficientes elásticos, como descrito, são proporcionais ao Módulo de Young e ao coeficiente de Poisson de uma formação rochosa.

[00124] As condições de carga em uma formação rochosa são dadas pelas forças que atuam sobre a formação rochosa em conexão com o aparelho de perfuração (por exemplo, peso sobre a broca e/ou torque sobre a broca) e sistema de fluido de perfuração (por exemplo, pressão anular) e a deformação da formação rochosa são descritas pelos deslocamentos da broca (por exemplo, deslocamentos axiais e laterais ou rotativos, medidos por acelerômetros no sub da broca). As equações constitutivas são descritas em relação aos meios isotrópicos transversais. Como mostrado nas Fig. 9A - 9B, o meio isotrópico transversal envolve uma formação de camada de meio (às vezes referida de “torta de camada”). O meio isotrópico transversal envolve uma formação de camada de meio que é normal a um plano de isotropia - o que significa que o meio é relativamente uniforme em torno do eixo geométrico de simetria. A Fig. 9A ilustra um caso em que o eixo geométrico 90 da simetria do material é paralelo ao furo 94 (e paralelo ao eixo geométrico da broca 96 que perfura o furo de sondagem). A Fig. 9B ilustra um caso em que o eixo geométrico de simetria material 98 é perpendicular ao furo de sondagem. Em uma implementação possível, assume-se que o meio é isotrópico verticalmente transversal (VTI) ou é isotrópico horizontalmente transversal (HTI). VTI é um caso em que o eixo geométrico de simetria é orientado verticalmente (as camadas são horizontais em relação à superfície livre). HTI é um caso em que o eixo geométrico de simetria é orientado horizontalmente (onde a anisotropia é entendida como envolvendo a formação de camadas que é vertical em relação à superfície livre e onde se entende que as fraturas representam um caso de formação de camada vertical em relação à superfície livre). Assim, no caso de um poço vertical, a Fig. 9A ilustra a isotropia transversal vertical (o furo de sondagem vertical é paralelo a um eixo geométrico vertical de simetria da camada isotrópica) e também ilustra, no caso de um poço horizontal, a isotropia transversal horizontal (o furo de sondagem é paralelo a um eixo geométrico horizontal de simetria da camada isotrópica). Em contraste, no caso de um poço horizontal, a Fig. 9B ilustra a isotropia transversal vertical (o furo de sondagem horizontal é perpendicular a um eixo geométrico vertical de simetria da camada isotrópica) e também ilustra, no caso de um poço vertical, a isotropia transversal horizontal (o furo de sondagem vertical é paralelo a um eixo geométrico horizontal de simetria da camada isotrópica).

[00125] As Figs. 9A e 9B também ilustram as variáveis para a equação de tensão-deformação constitutiva (Fig. 8 e Fig. 10C) de um meio isotrópico transversal. As variáveis de tensão-deformação são preenchidas com base em (i) medições de força (por exemplo, de medidores de deformação) e/ou (ii) medições de aceleração (por exemplo, de acelerômetros) ou preenchidas apenas de dados de aceleração. Mais especificamente, no primeiro caso, as variáveis de tensão-deformação são preenchidas com dados relacionados com deslocamentos de WOB, TOB ou axiais ou laterais ou rotativos. No segundo caso, as variáveis de tensão-deformação, as forças são preenchidas com dados de aceleração axial e lateral ou rotativa, e a deformação dos deslocamentos axiais ou laterais ou rotativos (que podem estar disponíveis integrando o espectro de aceleração axial ou lateral ou rotativo duas vezes o domínio da frequência). De um modo geral, o coeficiente de Poisson (e/ou módulo de Young) é computado a partir de equações constitutivas de tensão-deformação preenchidas a partir de medições realizadas durante a perfuração ao longo de um furo de sondagem, assumindo que o eixo geométrico transversal da simetria do material é paralelo ao furo (Fig. 9A) sob a suposição de que o eixo geométrico transversal da simetria do material é perpendicular ao furo de sondagem (Fig. 9B).

[00126] Quando a formação rochosa (meio) é isotrópica, as duas equações irão gerar valores de PR ou YME que geralmente se rastreiam, significando que sob qualquer caso de suposição, a broca de perfuração irá reagir de forma semelhante ao perfurar rochas relativamente uniformes e portanto, as duas computações de PR e YME, embora diferentes, seguirão um ao outro. Se, no entanto, o furo de sondagem intersecta descontinuidades e/ou mais o meio é anisotrópico, as computações de PR e/ou YME deixam de se rastrearem um ao outro. As relações de tensão-deformação podem ser reformuladas em outras formas equivalentes, e o arranjo particular mostrado nas Fig. 8, 9 e 10 é tomado por conveniência e não deve ser considerado limitativo. De uma maneira particularmente útil como mostrado na Fig. 11, as equações constitutivas poderiam ser rearranjadas de modo que o termo do módulo de Young fosse determinado usando a inclinação de uma relação linear se as equações fossem expressadas em termos da proporção das forças que atuam paralelamente ao eixo geométrico de simetria às forças que atuam perpendicularmente ao eixo geométrico de simetria material.

[00127] Em certos casos, tais como, a perfuração sob alta pressão anular de confinamento, a pressão de confinamento pode ser descrita com maior precisão usando a pressão anular em vez de WOB. Nesse caso, o AP seria usado no lugar do WOB para os casos ilustrados nas Figs. 9A e 9B, e possivelmente outros.

[00128] Algumas das relações de tensão-deformação são estabelecidas em termos de contabilidade de carregamento biaxial para peso sobre a broca e torque sobre a broca. No entanto, deve ser entendido que uma implementação responsável pelo carregamento triaxial pode, no entanto, usar e contabilizar WOB e TOB ou a aceleração RMS.

[00129] Assim, na aplicação das relações de tensão-deformação para um meio em camadas, onde os planos de estratificação são horizontais, um poço vertical e um poço horizontal são perfurados através da mesma formação rochosa, onde:

[00130] 1. Separar as relações de tensão-deformação que descrevem os coeficientes elásticos quando a broca está cortando perpendicularmente as fronteiras geológicas, como os planos de estratificação e quando a broca está cortando paralelamente às fronteiras geológicas, permitiria determinar pelo menos quatro coeficientes elásticos que podem ser usados para descrever, em geral, as relações de tensão-deformação de formações rochosas isotrópicas transversais.

[00131] 2. Relações de tensão-deformação separadas que descrevem os coeficientes elásticos quando a broca está cortando paralelamente à direção da tensão compressiva horizontal máxima e paralelos à tensão compressiva vertical máxima permitiriam que pelo menos quatro coeficientes elásticos fossem determinados.

[00132] Com referência à Fig. 10C, sob as duas suposições (eixo geométrico TI paralelo ao furo de sondagem e eixo geométrico TI perpendicular ao furo (Figs. 9A, 10A e 9B, 10B)), existem dois valores para PR e dois valores para YME, com PR e YME sendo coeficientes elásticos.

[00133] Na aplicação prática, a formação rochosa pode não ser realmente horizontal ou vertical, mas pode ser inclinada. Ao perfurar através de meio titulado, particularmente meio com pequenos ângulos desviados de menos que 30 graus, dada a expressão das variáveis trigonométricas em relação a uma rotação do eixo geométrico principal, as equações ainda produzem resultados úteis para PR e YME e podem ser usadas para informar a variação nas propriedades mecânicas da rocha e, em particular, informar a localização das fraturas, onde se prevê que a variação das propriedades das rochas mecânicas o faça conforme descrito abaixo.

[00134] Sobre o cálculo dos coeficientes elásticos YME e PR através de uma Análise de Propriedades mecânicas de rochas (MRPA) do Método

[00135] A Fig. 12 é um diagrama que ilustra as relações de tensão- deformação lineares com curvas ajustadas a pares de dados correspondentes a diferentes localizações ao longo de um furo de sondagem. As inclinações das linhas de ajuste nestes exemplos referem-se ao YME em locais diferentes ao longo de um furo de sondagem. Para obter dados para preencher a equação constitutiva (ou equações), várias técnicas de processamento de dados geofísicos estão envolvidas, onde:

[00136] 1. Amostragem das medições de MWD a uma frequência suficientemente alta para resolver um pequeno grau de variabilidade mecânica (que pode corresponder à natureza e ocorrência de uma fratura discreta de um par de milímetros de largura), as medições das forças que atuam sobre uma formação rochosa em conexão com uma broca de perfuração (TOB e WOB) e pressão do sistema de fluido ou pressão anular (Ap), a velocidade angular da broca expressada em revoluções por unidade de tempo (RPM) e os 3 componentes de movimento que representam a aceleração da broca e onde cada uma das medições tomadas no tempo corresponde a uma posição discreta da broca ao longo do comprimento do poço (os dados de MWD)

[00137] 2. As acelerações de processamento podem ser processadas usando técnicas de processamento de sinais geofísicos para obter (i) o deslocamento médio lateral ou rotativo e vertical da broca que corresponde a uma única revolução ou giro da broca e (ii) amplitude d média quadrática (RMS) da aceleração

[00138] 3. Calcular as médias do RMS das janelas TOB e WOB ao longo do tempo que correspondem a um único giro da broca. As taxas de penetração típicas são tipicamente 0,02 in (0,51 mm)/rev, enquanto que a perfuração a 240 rpm resultaria em uma única volta da broca a cada 250 ms que, se amostrada a 1kHz, forneceria dados suficientes para poder identificar quando a broca encontra um único fratura discreta

[00139] 4. Obter pares de dados, que definem coletivamente a relação tensão-deformação linear, a partir de dados de MWD usando relações entre a aceleração de rms e o deslocamento da broca que são apropriados para as condições de carga e o movimento da broca em relação ao eixo geométrico de simetria para as equações constitutivas usadas para descrever a formação rochosa onde se entende que as condições de carga são determinadas em relação à orientação do poço de perfuração.

[00140] 5. Usar técnicas de ajuste de curvas para estimar os dois parâmetros necessários para descrever uma linha, a Inclinação e a Intercepção e descrições estatísticas das variações dos dois parâmetros elásticos YME e PR com relação a cada um dos agrupamentos lineares como foram identificados em relação aos dados de MWD limitados por banda que foram usados para gerar os pares de dados

[00141] 6. Identificar onde as distribuições dos pares de dados de MWD formam aglomerados espacialmente ou temporalmente consistentes ou de outro modo um local de pontos adjacentes que (i) pode ser descrito através da aplicação e do uso de técnicas de ajuste de curvas em termos de relações que são lineares e (ii) de modo que cada uma das relações lineares possa ser usada para determinar os parâmetros de linha, tais como, a inclinação e a intercepção em relação às propriedades mecânicas de rochas YME e PR.

[00142] Em um exemplo possível, um conjunto de pares de dados é gerado para a equação da Fig. 9A (10A) e/ou a Fig. 9B (10B). Os pares de dados são gerados ao longo do comprimento de um furo de poço. Em um exemplo, um par de dados compreende (y, x) e o conjunto de pares de dados pode ser usado para gerar as relações de tensão-deformação lineares ilustradas na forma gráfica na Fig. 12 para cada um dos casos mostrados nas Figs. 9A e 9B.

[00143] Em uma forma de realização, as variáveis das equações são preenchidas usando (i) os dados de aceleração RMS, que é usado para descrever as forças que atuam na formação em conexão com a broca, e (ii) o ZFL do espectro de deslocamento é usado para descrever o movimento na broca onde o movimento é entendido como a deformação experimentada pela formação rochosa e onde as orientações de deformação são descritas pelos deslocamentos da broca de acordo com a direção de corte da broca e a orientação do furo de sondagem em relação à orientação do eixo geométrico de simetria material, como é mostrado na figura. Assim, as medições de aceleração acústica podem usar para especificar as forças que atuam na formação. A abordagem está essencialmente de acordo com a segunda lei de Newton e o equilíbrio de forças.

Casos especiais a serem considerados

[00144] Como mostrado, os parâmetros de MWD podem ser expressados como uma função do conteúdo de frequência. Em particular, onde o conteúdo de frequência é limitado através da aplicação e o uso de um filtro passa banda para gerar pares de dados de MWD limitados por banda para preencher os termos e as condições das equações constitutivas de elasticidade linear, usando dados de MWD limitados em banda para formar pares de dados dependentes de frequência, correspondentes a dados que geralmente descrevem as tensões atuantes no material e a deformação do material para preencher os termos e as condições das equações constitutivas de elasticidade linear. Utilizar técnicas de processamento de sinais geofísicos para obter níveis de frequência zero (ZFL) dos espectros de deslocamento onde o ZFL corresponde à profundidade de corte por revolução da broca ou a profundidade de corte por unidade de tempo ou a taxa de penetração (ROP) em relação à largura do filtro de passagem de bandas usada para visualizar os dados de MWD (os dados de MWD limitados em banda). Essa é o ZFL é determinado a partir de uma faixa especificada de frequências ou é calculada a partir de dados de banda limitada.

[00145] Usando os dois parâmetros YME e PR e as descrições estatísticas das variações dos dois parâmetros como pode ser obtido através da técnica de ajuste de curvas para cada grupo de revestimento interno para diagnosticar as condições de perfuração para cada uma das profundidades como uma função da frequência usada para formar os pares de dados.

Identificação de fraturas a partir dos coeficientes elásticos

[00146] Geralmente não se sabe a priori quais são as relações angulares apropriadas entre o eixo geométrico de simetria das equações elásticas constitutivas usadas para descrever a formação rochosa e o eixo geométrico de simetria do furo de poço. Na prática, a maioria dos poços horizontais são perfurados paralelamente à estratificação, e a maioria dos poços verticais são perfurados perpendicularmente à estratificação. Além disso, nas bacias, a maioria das fraturas naturais é vertical, e assim a maioria dos poços horizontais são perfurados perpendicularmente às fraturas e a maioria dos poços verticais perfura paralelamente às fraturas.

[00147] Referindo-se novamente às Figs. 9A e 9B, a técnica de MRPA é usada para preencher os termos e as condições dos dois casos de suposição onde o eixo geométrico de simetria dos meios constitutivos usados para descrever a formação rochosa é examinado para os casos em que (i) o eixo geométrico de simetria material é perpendicular ao eixo geométrico de perfuração e (Fig. 9A) (ii) o eixo geométrico de simetria material é paralelo ao eixo geométrico de perfuração (Fig. 9B). Em um meio isotrópico, a determinação de YME e PR da análise de MRPA para as duas relações de tensão-deformação constitutiva resultará em valores de YME e PR iguais ou próximos que tendem a rastrear um ao outro no espaço e no tempo. Em meios anisotrópicos, as duas computações de YME e PR, conforme fornecidos pelo MRPA, desviarão de formas previsíveis que podem ser usadas para identificar a natureza e as fraturas de ocorrência em relação a (i) as diferenças nos coeficientes elásticos, conforme especificado pelo tipo de anisotropia, ou HTI ou TVI, que é encontrado em relação à orientação do poço de perfuração e (ii) a redução na resistência da rocha como é fornecida pelas variações no YME HTI e no YME TVI.

[00148] No caso de um poço horizontal quando as equações constitutivas descrevem uma variação nas situações de membros finais (i) a rocha pode ser entendida como fraturada quando PR TVI é menor que PR HTI e a magnitude da fratura está relacionada à diminuição no cálculo de YME. Tipicamente, na prática, as zonas fraturadas podem ser discernidas em poços horizontais quando o meio é PR TVI é menor que PR HTI. A diferença nos valores dos coeficientes elásticos YME e PR entre HTI e VTI representa dois casos de uma curva cruzada ou uma curva cruzada anisotrópica.

[00149] No caso de um poço vertical, a rocha é entendida como fraturada quando PR HTI é menor que PR TVI (por exemplo, Fig. 13, discutido em mais detalhes abaixo). Uma maneira objetiva de determinar essas relações cruzadas (PR ou YME para os dois casos de suposição) é calcular uma série no tempo ou uma série em profundidade (as perfilagens) do YME ou do PR para as soluções de TVI e HTI. O tempo ou a profundidade podem estar correlacionados com o comprimento ao longo do furo de poço a partir do qual as medições foram feitas.

[00150] As perfilagens de propriedades mecânicas de rochas (as “Perfilagens”), como calculadas usando as equações estabelecidas pelo método, podem ser suavizadas pela média dos valores de PR e YME (i) usando as estatísticas em relação à qualidade de ajuste à curva, onde uma dessas estatísticas é conhecida como a estatística R como fornecida por ajustadores de curva linear de mínimos quadrados padrão, como o LINEST no Excel, para filtrar dados com baixa evidência estatística para um relacionamento linear entre os pares de dados ou (ii) para ponderar os valores da curva em um determinado local. Usando uma técnica de suavização de curva que faria a média dos dados em uma janela de tempo, em que a duração da janela de tempo correspondia à variação dos dados e, em seguida, reamostraria a janela de tempo em tempo ou profundidade de acordo com sua posição na subsuperfície. As perfilagens de processamento usando técnicas de suavização pode melhorar a capacidade de identificar as variações relativas nos coeficientes elásticos.

[00151] Processamento adicional das perfilagens, subtraindo o valor médio das Perfilagens de YME HTI e TVI, em que o valor médio é uma média de execução dos dados ao longo da Perfilagem, em que o comprimento da média em execução está relacionado a: (1) a medida do menor comprimento de variação de interesse de anisotropia mecânica que em termos da prática e da aplicação do método pode envolver distâncias espaciais tão pequenas quanto 1 polegada (2,54 cm) para a taxa de amostragem e conteúdo de frequência que é proporcionado pela aplicação de uso de MWD do estado da técnica em relação ao método E (2) de resolução suficiente para documentar a natureza e a ocorrência de mudanças nas propriedades das rochas necessárias para identificar fraturas na resolução necessária para a exploração comercial de hidrocarbonetos comerciais de reservatórios não convencionais.

[00152] A subtração do valor médio de Perfilagens de PR HTI e TVI fornece uma linha de base a partir da qual comparar as variações entre as curvas de maneiras que podem ser usadas para identificar as localizações de fraturas. Na prática, os valores médios das Perfilagens podem ser calculados como a média dos valores de dados nos perfilagens ao longo de um determinado tempo ou uma determinada distância especificado(a) pela posição espacial na subsuperfície ao longo do comprimento do furo de poço do qual as medições foram feitas. Quando esse valor médio é subtraído das Perfilagens, ele fornece as Perfilagens subtraídas da média a partir das quais é conveniente obter comparações relativas (por exemplo, PR HTI para PR VTI e/ou YME VTI para YME HTI).

[00153] Tomando as diferenças da Perfilagem de YME HTI subtraído da média e da Perfilagem de YME TVI subtraído da média e tomando as diferenças da Perfilagem de PR HTI subtraído da média e da Perfilagem de PR TVI subtraído da média fornece uma identificação do tipo de anisotropia de rocha com base na orientação do poço em relação ao eixo geométrico de simetria material. As diferenças nessas perfilagens, evidenciadas pelo comportamento dos coeficientes elásticos em relação à orientação da simetria do meio em relação à orientação do furo de poço, podem ser entendidas de formas previsíveis para descrever a localização de uma zona de fraqueza em relação a ao método entendido como uma fratura. Para os casos aqui apresentados, essas relações fornecem uma maneira previsível de identificar formações rochosas fraturadas, entre outras vantagens.

Caso específico 1: Poço Vertical, Meio de TI Horizontal

[00154] Em meios TVI típicos, o PR vertical (Fig. 9A - eixo geométrico TI paralelo ao furo de sondagem) tipicamente tem valores mais baixos do que o PR horizontal (eixo geométrico TI da Fig. 9B perpendicular ao furo de sondagem). Ou seja, o material é mais compatível com uma carga aplicada perpendicularmente ao eixo geométrico de simetria material do material do que com uma carga aplicada paralelamente ao eixo geométrico de simetria material do material. O carregamento da formação rochosa na mesma direção do eixo geométrico de simetria material do material resultará em menos deformação horizontal, diminuição da conformidade horizontal e/ou taxas mais altas de rigidez horizontal para vertical. Por outro lado, o carregamento da formação rochosa perpendicular ao eixo geométrico de simetria material, quando a simetria do material é governada por fraturas, terá maior conformidade, maior PR e menor YME.

[00155] Apresentado de forma diferente, em um poço vertical quando o meio é torta de camadas (o eixo geométrico de simetria de meio é paralelo ao furo de sondagem), o peso sobre a broca e deslocamentos axiais são tipicamente paralelos ao eixo geométrico de simetria material. Neste caso, o PR VTI é tipicamente menor que o PR HTI. Portanto, a detecção de zonas onde o PR VTI é maior que o PR HTI implica que o comportamento do material sob as condições de carga da broca é mais rígido ou menos compatível na direção horizontal do que na direção vertical. Referindo-se à Fig. 13, quando um poço vertical encontra meios de HTI (em uma formação que se espera ser VTI), a perfilagem de PR HTI subtraído da média torna-se menor do que a perfilagem de PR TVI subtraído da média e pode ser gerado um sinalizador de ID de Fratura. Este sinalizador significa que a relação entre o deslocamento paralelo ao eixo geométrico de simetria material do material aumenta em relação ao deslocamento perpendicular ao eixo geométrico de simetria material do material. Isto é evidenciado através da aplicação e do uso de dados de MWD para descrever o comportamento constitutivo de uma formação rochosa e demonstrar um aumento em PR TVI em relação a PR HTI. Este aumento na RP evidencia a presença de fraturas verticais ou uma formação rochosa verticalmente fraturada ao perfurar um poço vertical. Essa lógica geralmente é verdadeira na maioria das circunstâncias, porque a maioria dos poços verticais são perfurados perpendicularmente aos planos de estratificação da formação rochosa onde o eixo geométrico do furo de poço é paralelo ao eixo geométrico de simetria material do material e, portanto, a presença de altos valores de PR VTI provavelmente não está relacionada a planos de estratificação verticais. Este comportamento de um poço de perfuração vertical encontrando um conjunto de fraturas verticais pode ser ainda corroborado por um exame similar das diferenças entre o YME VTI e o YME HTI. Como o torque sobre a broca está atuando como uma força de corpo paralela ao eixo geométrico de simetria material como seria esperado no caso de um poço de perfuração vertical encontrando um conjunto de fraturas verticais onde as fraturas controlam o eixo geométrico de simetria material, YME VTI diminui e YME HTI aumenta.

[00156] Quando a perfilagem de YME TVI cruza ou diminui em relação à perfilagem de YME/HTI para um poço horizontal, então é provável que uma zona de fraqueza seja mais complacente na direção de carregamento que é paralela ao WOB ou perpendicular ao eixo geométrico de simetria material foi detectada que seria novamente consistente com uma zona de fraturas verticais. Assim, em alguns casos, o cruzamento de PR geraria um sinalizador, o cruzamento de YME geraria um sinalizador e, em alguns casos, a presença de ambos os sinalizadores indicaria uma fratura. Além disso, na prática, um limiar pode ser aplicado que precisaria ser atendido antes de gerar um sinalizador. Em um exemplo, para dados de PR, uma curva de distribuição pode ser gerada para todos os cruzamentos positivos, e somente cruzamentos que excedam o 68° ou 90° ou 95° percentil podem ser sinalizados. Outros limiares ou técnicas de dados também podem ser usados para eliminar pontos de dados que podem ser atribuídos ao ruído.

[00157] Quando a relação entre as constantes elásticas de HTI e TVI retorna a uma relação de pré-cruzamento para um poço vertical em um meio de HTVI, o cruzamento de ID de Fratura é fixado de volta a zero. O sinalizador pode permanecer fixado, no entanto, enquanto a perfilagem indicar. Assim, como mostrado no exemplo da Fig. 13, há seis seções do furo de sondagem ilustrado de 100 pés, onde as fraturas são identificadas em vários pés para cada seção.

Caso específico 2: poço horizontal, meio TI Horizontal

[00158] A Fig. 14A ilustra as duas computações DE YME ao longo de cerca de 100 pés de poço horizontal. A Fig. 14B ilustra as computações da proporção de PR na mesma taxa de 100 de poço horizontal. As computações de YME e PR baseiam-se em dados obtidos durante a perfuração. Neste caso, somente o processamento geofísico dos dados acústicos obtidos dos acelerômetros é usado para preencher as equações, portanto, não são fornecidas medições diretas de WOB ou TOB neste exemplo, mas elas poderiam ser incluídas em outra aplicação e o uso das equações como fornecidas pelo método. No exemplo ilustrado nas Figs. 14A e 14B, uma ID de fratura pode ser gerada onde mostrado. Neste caso, é esperado o comportamento oposto do que foi descrito para uma perfuração do poço vertical paralela ao eixo geométrico de simetria ou HTVI ou torta de camadas, porque agora, no caso de um poço horizontal em meio TI, o eixo geométrico de perfuração é perpendicular ao eixo geométrico de simetria do meio. Neste caso, as condições de carga (torque sobre a broca) são paralelas ao eixo geométrico das condições de simetria do material e os deslocamentos rotacionais (revoluções da broca) também são paralelos ao eixo geométrico de simetria material do material e o cálculo de HTI resultará em um menor PR HTI.

[00159] No caso de um poço horizontal que encontra com uma fratura vertical, espera-se que a relação seja semelhante à perfuração de um furo vertical em um meio HTVI - o PR HTI diminuirá em relação ao PR VTI subtraído da média. Mais especificamente, no evento com o PR VTI subtraído da média para uma perfuração de poço horizontal em um meio de torta de camadas é menor do que o PR HTI subtraído da média, então é provável que o eixo geométrico de simetria material relativo à orientação do poço de perfuração e as condições de carga da broca foram girados em 90 graus. Isso pode ocorrer quando a simetria do material do eixo geométrico é definida por um conjunto de fraturas verticais sendo intersectadas por um poço horizontal. Assim, como mostrado, por exemplo nas Figs. 14A e 14B, uma sinalização de fratura pode ser identificada nas áreas identificadas, bem como possivelmente em outras áreas.

[00160] De forma similar, YME TVI subtraído da média aumentará em relação ao YME HTI subtraído da média quando a simetria do material for definida por um conjunto de fraturas verticais, pois o torque sobre a broca será carregado perpendicularmente ao eixo geométrico de simetria material do material. Neste exemplo, os cruzamentos não são sempre sinônimos como pode ser esperado para rochas reais, onde uma continuidade de propriedades mecânicas de rochas ocorrerá com base na heterogeneidade natural de um sistema complexo e natural, no qual se entende que a detecção de fraturas entre várias relações entre esses cruzamentos são apenas uma implementação entre outras.

[00161] Entre as vantagens do método é para usar os valores das diferenças nos coeficientes elásticos entre os vários tipos de cruzamento que podem ser esperados a partir do método onde em casos simples as sinalizações de fratura identificadas pelo cruzamento simultâneo das curvas YME e PR como é proporcionado pelo método, para outros casos de heterogeneidade de rochas mecânicas que é causada pela ocorrência de apenas uma curva cruzando a outra ou vice-versa. Aqui, isso pode levar a esquemas adicionais de classificação de fraturas que envolveriam o cruzamento de um conjunto de coeficientes um em relação ao outro.

[00162] Coeficientes elásticos e a variação nos coeficientes elásticos em que a variação dos coeficientes elásticos é determinada em uma aplicação particular através das diferenças obtidas por uma subtração e dos coeficientes elásticos para os casos de HTI e VTI conforme especificado pela orientação do poço em relação ao eixo geométrico de simetria material. Quando as variações determinadas a partir das relações de tensão-deformação com base na orientação geográfica do poço em relação aos planos de estratificação fornecem uma indicação de fraturas de acordo com a maneira descrita, forneceriam informações úteis para o projeto de colocação de tratamentos de fraturas hidráulicas e seleção de pontos de início de fratura hidráulica.

Outras melhorias como são previstas pelo Método

[00163] Em uma forma de realização, o furo de poço é perfurado lateralmente através de um reservatório de xisto não convencional. As variações naturais na resistência de um reservatório de xisto não convencional poderiam ser vistas traçando uma infinidade de relações de tensão- deformação que poderiam ser derivadas em associação com cada volta única da broca (Figura 8). Isso criaria um gráfico de dispersão que pode ser analisado usando métodos estatísticos para encontrar relações significativas nos dados que são usados para classificar a natureza da deformação da rocha com base nos agrupamentos dos dados de propriedades mecânicas de rochas no diagrama de tensão-deformação.

[00164] Estas medidas classificadas da resistência da rocha podem ser indexadas de acordo com a sua localização espacial ao longo da trajetória do poço. A classificação do tipo de deformação da rocha como forte ou fraca, frágil ou dúctil com base nas propriedades mecânicas da rocha e, em particular, nos coeficientes elásticos nos diagramas de tensão-deformação quando perfilados usando o sistema de MWD, poderia ser usada para identificar e selecionar zonas ao longo da seleção do furo de poço de pontos de início de fratura hidráulica para a colocação de fraturas hidráulicas.

[00165] Outras relações de tensão-deformação podem ser desenvolvidas da maneira descrita aqui, onde as forças que atuam a formação em conexão com a broca são a tensão efetiva obtida pela diferença da força e das pressões de fluido no sistema de perfuração ou o torque que atua sobre a broca. Em outra forma de realização, a orientação e a geometria dos cortadores em relação ao WOB e ao Torque podem ser usados para descrever trações que são normais e tangentes à face de corte e podem ser usadas para especificar coeficientes de elasticidade adicionais, como previsto pelo método. A tração normal pode ser modificada pelas pressões do fluido de perfuração para calcular a tensão normal efetiva que atua na face de corte da formação rochosa. Quando a tensão normal efetiva e a tensão de cisalhamento puderem ser projetadas em um local de falha onde o plano de falha sofre reativação, como evidenciado pelos métodos aqui, quando usados em conjunto com um critério de falha, podem fornecer informações críticas sobre o estado de tensão no reservatório. Medições de inclinação conforme fornecidas pelas medições ZFL

[00166] Referindo-se novamente à Fig. 6, entende-se que mudanças na inclinação da broca, detectável com dados de MWD em combinações das várias formas discutidas aqui, também podem identificar descontinuidades ao longo de um furo de sondagem. Mais especificamente, conforme ilustrado, se a broca de perfuração encontrar uma descontinuidade mecânica ou fronteira geológica, a face de corte da broca pode alterar sua orientação em resposta à orientação e tensões que atuam na heterogeneidade. Mudanças instantâneas na inclinação da broca de perfuração em relação a uma inclinação média de longo prazo podem ser obtidas usando um sensor ou uma matriz de sensores (por exemplo, acelerômetros axiais e laterais ou rotativos) configurados para registrar e extrair sinais em relação aos três eixos geométricos das vibrações de perfuração. A magnitude da deflexão da inclinação da broca de perfuração em relação a uma tendência de longo prazo na direção da broca de perfuração depende da orientação da descontinuidade mecânica ou da fronteira geológica em relação à face de corte da broca de perfuração e, portanto, a deflexão significa indicar uma mudança nas propriedades mecânicas da rocha. Se houver uma indicação de uma fratura com base nos níveis de RMS das outras medições, mas sem deflexão correspondente na broca, então entende-se que a orientação da descontinuidade mecânica é perpendicular à orientação da trajetória do furo de poço. A magnitude da deflexão da broca de perfuração pode ser determinada por meio de uma análise de componente principal dos sinais extraídos das vibrações de perfuração, onde a janela de tempo usada para obter os principais componentes do movimento de perfuração dos sinais pode ser normalizada pela velocidade da broca e componentes principais podem ser expressados como mudanças na taxa de penetração (ROP) ou na aceleração da broca de perfuração.

Método discreto de detecção de microtremores de terra para identificar uma falha

[00167] Referindo-se agora à Fig. 15, se as forças que atuam na formação em conexão com a broca de perfuração e sistema de fluido de perfuração ao conduzir operações de perfuração são suficientes para superar os critérios de falha de uma falha pré-existente, então a falha irá deslizar ou enfraquecer. A reativação de uma falha ou fratura preexistente pode ser evidenciada extraindo um sinal das vibrações de perfuração que está relacionado a um evento microssísmico com chegadas primárias, compressionais (P) e secundárias ou de cisalhamento (S) acompanhantes. No caso em que a falhas é perpendicular à trajetória do furo de poço, a chegada da onda P está relacionada ao movimento da partícula paralelo ao eixo geométrico da coluna de perfuração e a onda S ou transversal é o movimento da partícula paralelo ao movimento lateral e de torção da coluna de perfuração. Desvios do movimento de partículas das ondas P e S podem ser usados para determinar a orientação da folha em relação à trajetória do furo de poço.

[00168] A reativação de uma falha é esperada para criar sinais muito maiores são tipicamente esperados das emissões acústicas geradas pela fratura de uma formação rochosa em relação à ação de corte da broca. Ao olhar para os níveis de amplitude instantânea relativos a uma tendência a longo prazo, onde as janelas temporais usadas para selecionar as amplitudes instantâneas estão relacionadas à velocidade da broca e a janela a longo prazo está relacionada à distribuição espacial das falhas na formação rochosa, é possível identificar a localização onde a broca encontrou e cruzou uma falha.

[00169] No caso especial de uma reativação de falhas durante a realização de operações de perfuração, os sensores implantados na coluna de perfuração atuam como um sismógrafo para tremores de terra onde as técnicas de processamento de sinais geofísicos identificam as chegadas discretas de ondas P e S com movimentos de partículas ortogonais para detectar a presença e a reativação de uma falha pré-existente. Se a orientação da falha em relação à orientação e à magnitude das forças que atuam na formação em conexão com o sistema de broca e de fluido de perfuração puder ser determinada, isso permitirá que um método especifique em 3 dimensões um critério de enfraquecimento da falha.

Geoposicionamento ou aplicações em tempo real do Método

[00170] O comportamento de perfuração de deslizar e fincar faz com que a velocidade da broca, tipicamente expressada em revoluções, por minuto, aumente ou diminua de acordo com a distribuição das forças que atuam na formação em conexão com a broca. As variações da velocidade da broca em relação às forças usadas para fraturar uma formação rochosa para atingir taxas ideais de penetração são tipicamente usadas para descrever a eficiência da operação de perfuração, onde há uma eficiência ótima que maximiza a taxa de penetração em relação às forças que atuam sobre a broca.

[00171] Técnicas que podem determinar a deformação de uma formação rochosa, descrevendo a formação de fratura enquanto conduzem a perfuração, provêm que quando estas técnicas são habilitadas em implementações em tempo real usando sistemas e aparelhos de MWD, elas também podem ser usadas para “geoposicionamento” do poço horizontal na broca mantendo a trajetória do furo de poço na zona que contém de hidrocarbonetos que experencia fraturas geradas pela ação de corte da broca em relação às forças que atuam na formação em conexão com a broca e sistema de perfuração que tem relação com as propriedades mecânicas da rocha que intensificação a eficácia de posicionamentos de fratura hidráulica.

[00172] Exemplos de formas de realização descritas aqui em relação aos vários métodos de controle podem ser implementados, pelo menos em parte, em circuitos eletrônicos; em hardware de computador executando instruções de firmware e/ou software; e/ou em combinações dos mesmos. Exemplos de formas de realizações também podem ser implementados usando um produto de programa de computador (por exemplo, um programa de computador tangivelmente ou não transitoriamente incorporado em uma mídia legível por máquina e incluindo instruções para execução por, ou para controlar a operação de um aparelho de processamento de dados, tal como, por exemplo, um ou mais processadores ou computadores programáveis). Um programa de computador pode ser escrito em qualquer forma de linguagem de programação, incluindo linguagens compiladas ou interpretadas, e pode ser implementado em qualquer forma, incluindo como um programa independente ou como uma sub-rotina ou outra unidade adequada para uso em um ambiente de computação.

[00173] A Figura 16 é um fluxograma ilustrando um método em conformidade com aspectos da presente descrição. Deve ser reconhecido que os detalhes elaborados e as várias alternativas e formas de realização aqui apresentadas podem constituir outros métodos, isoladamente ou em combinação com o exposto na Fig. 16. Além disso, várias etapas do método da Fig. 16, bem como outros métodos, podem ser realizados dentro de um sistema de computador tal como apresentado na Fig. 17 ou podem ser executados, no todo ou em parte, em uma coluna de perfuração associado a ou próximo de uma broca, tal como mostrado na Fig. 2, pode formar ou ser usado em direção e, portanto, pode ser implantado no sistema de geoposicionamento ilustrado na Fig. 2 ou pode ser implantado em vários mecanismos associados com as conclusões. Referindo-se à Fig. 16, o método envolve receber sinais acústicos obtidos de um ou mais sensores posicionados em um componente de um conjunto de orifício de fundo (operação 1610). Os sensores (por exemplo, acelerômetros) estão em comunicação operacional com pelo menos uma memória de dados para armazenar os sinais acústicos (por exemplo, dados de vibração) onde os sinais acústicos são gerados a partir de uma broca de perfuração que interage com uma formação rochosa durante a perfuração de um furo de poço. O método envolve ainda o processamento dos sinais acústicos para obter pelo menos um conjunto de valores de dados representativos de uma propriedade mecânica da rocha da formação rochosa ao longo do furo de poço criado pela broca de perfuração que interage com a formação rochosa por um período de tempo (operação 1620). Depois disso, o método pode envolver a identificação de uma mudança em, pelo menos, um conjunto de valores de dados, em que a mudança é representativa da broca de perfuração atravessando uma descontinuidade da propriedade da rocha mecânica durante a perfuração do furo de poço (operação 1630). Em alguns casos, o método pode ainda envolver o uso dos dados para completar o poço (operação 1640).

[00174] Como será apreciado a partir dos dispositivos, sistemas e métodos fornecidos e descritos aqui, aspectos da presente descrição também podem envolver a determinação de valores absolutos de propriedades mecânicas da rocha. Os sistemas e as técnicas envolvem a aplicação e o uso de (i) as forças ou acelerações da broca e (ii) os deslocamentos ou movimentos da broca. Tais dados de força ou aceleração e deslocamento podem ser obtidos a partir do registro das vibrações de perfuração mecânica próximo da broca em relação à broca de perfuração que interage com um material que possui propriedades conhecidas e com uma formação rochosa. Em um exemplo específico, as vibrações de perfuração experimentadas pela broca de perfuração da sua quebra de rocha durante a perfuração, propagam- se como sinais acústicos que são traduzidos em dados por acelerômetros ou outros sensores posicionados na proximidade da broca de perfuração. Os sinais acústicos são traduzidos em propriedades mecânicas da rocha de acordo com as técnicas aqui discutidas. Além disso, primeiro perfurando através de alguns meios conhecidos com propriedades mecânicas de rochas conhecidas, tais como, um cimento 38 (ver Fig. 2B) no poço, o sistema pode capturar os dados de vibração e gerar escalares. Por sua vez, as escalares podem ser usadas para transformar propriedades mecânicas de rochas derivadas, a partir de dados capturados da mesma maneira, mas para um meio desconhecido, tal como uma formação sendo perfurada, em propriedades mecânicas de rochas para essa formação. Em um exemplo, as propriedades mecânicas da rocha para a formação são consideradas valores absolutos em que as propriedades mecânicas da rocha foram normalizadas obtendo primeira escalares para a computação da propriedade mecânica da rocha, que pode ser baseada no uso da mesma broca de perfuração e componentes relacionados para perfurar através de um meio com propriedades conhecidas.

[00175] Em outras palavras, a presente descrição descreve uma técnica inovadora, e sistemas e aparelhos associados, para obter pelo menos um conjunto de valores de calibração, que em um caso específico são escalares, em relação à perfuração de uma formação rochosa ou material com propriedades mecânicas conhecidas. Escalares obtidas da maneira apresentada aqui fornecem uma maneira de transformar os dados de MWD em tensão e deformação experimentados por uma formação rochosa ou material ao interagir com uma broca de perfuração.

[00176] Um dispositivo de MWD, como descrito, mede e obtém dados relativos a forças de perfuração, tais como o peso que atua sobre a broca ou o torque que atua sobre a broca (ou seja, WOB e TOB) e/ou acelerações que descrevem o ângulo e movimentos lineares da broca. As propriedades mecânicas das rochas podem ser descritas usando coeficientes de rigidez, coloquialmente conhecidos como os Cijs, que são expressados em termos de tensão representada geralmente como força por área e mais especificamente como libras por polegada quadrada.

[00177] Os coeficientes de rigidez das formações rochosas são expressados em termos de força por unidade de área e estão na ordem 1e10 Pascal ou vários Mpsi. Medições do furo abaixo de forças, tais como peso, sobre a broca são da ordem de 10 quilolibras (4,54 kg) e torque na broca da ordem de algumas quilolibras por pé (30,48 cm). Valores típicos de acelerações próximas da broca usados para representar as forças que atuam na formação podem ser da ordem de vários Gs. E, valores típicos do deslocamento da broca, conforme determinado pelo processamento das acelerações próximo da broca, são da ordem de vários micrômetros.

[00178] Como os dados de MWD representam forças ou acelerações, e deslocamentos em oposição a tensão (o) e deformação (ε), respectivamente, correções que levam em conta a física da radiação elástica das vibrações geradas pela broca de perfuração, a transmissão de vibrações como ondas acústicas para o registrador de dados de MWD 36, e os comprimentos e as áreas sobre os quais a radiação e transmissão ocorrem precisam ser obtidos para transformar os dados de MWD em unidades que podem ser usadas para obter os coeficientes de rigidez ou o material ou formação rochosa sendo perfurada. Da mesma forma, as forças obtidas de dados de MWD, tais como, peso sobre a broca e torque sobre a broca, podem ser transformadas em tensões com o entendimento de que um fator de correção geométrico em relação à área de contato eficaz também está envolvido. Um exemplo de tal área de contato é a área da broca.

[00179] Em termos práticos, pode ser difícil ou impossível saber, no local, a área de contato real e precisa para qualquer volta da broca. A área da broca em contato com a formação rochosa depende das várias configurações dos cortadores na broca em relação ao peso sobre a broca e ao desgaste dos cortadores na broca. Mais peso sobre a broca pressiona os cortadores ainda mais na formação e resulta em um aumento na área de contato como uma função do peso sobre a broca e de uma forma complexa. Além disso, a perda e o desgaste dos cortadores durante as operações normais de perfuração também terão imprevisíveis e difíceis de determinar mudanças na área de contato da broca.

[00180] O movimento da broca também precisa ser transformado ou de outra forma escalonado para uma deformação, a fim de processar os dados usando uma relação de tensão-deformação e obter valores absolutos para as propriedades mecânicas da rocha. O deslocamento da broca que ocorre em relação a um determinado segmento ou comprimento de referência da formação rochosa pode ser usado para obter a deformação experimentada pela formação rochosa ao interagir com uma broca de perfuração. Um exemplo do comprimento de referência da rocha poderia ser a circunferência do furo de sondagem. Usar a circunferência da broca usada para obter o comprimento de referência teria que levar em conta as mudanças com relação ao raio da broca ou possivelmente de maneira arbitrária, dependendo da geometria e das configurações dos cortadores na broca.

[00181] O uso de construções geométricas e expressões analíticas de geração e propagação de ondas para transformar os dados de MWD para obter tensão e deformação de uma formação rochosa que interage com uma broca é insatisfatório porque, (i) os comprimentos de referência da rocha em relação ao deslocamento da broca são geralmente desconhecidos, (ii) a área da broca é rugosa e variável, e (iii) a radiação e dispersão de energia da interface de broca-rocha e a transmissão da energia para o registrador de MWD é difícil se não for impossível prever com precisão in situ e sob condições de perfuração em mudança.

[00182] Com referência à Fig. 17, foi descrito um método inovador, cujas operações são realizadas por sistema de computação, incluindo um processador, para obter um conjunto de escalares de perfuração de uma formação rochosa ou material com propriedades mecânicas conhecidas que transforma as acelerações ou forças, e deslocamentos obtidos a partir dos dados de MWD às tensões e deformações correspondentes. O método envolve (i) perfurar um material com propriedades mecânicas conhecidas e obter sinais, tal como sinais acústicos da broca de perfuração que interage com o material (operação 1710), (ii) processar os dados de MWD para obter as forças sobre a broca e os movimentos da broca de perfuração que interage com o material (operação 1720), (iii) preencher uma relação de tensão- deformação geral usando (a) as forças sobre a broca, (b) os movimentos da broca, (c) os valores das propriedades mecânicas de rochas conhecidas e (d) as escalares (desconhecidos) que devem ser determinados de acordo com cada força e deslocamento (operação 1730), e (iv) obter valores das escalares que satisfazem as condições da relação de tensão-deformação em relação ao conhecimento das propriedades mecânicas da rocha (operação 1740). Os sinais acústicos podem ser armazenados na memória do sub da broca. Esses escalares são considerados responsáveis por considerações geométricas como as áreas efetivas e comprimentos de referência em relação à configuração da broca e levam em consideração outros fatores complexos e difíceis de prever, tais como, a radiação e a transmissão das vibrações induzidas pela perfuração dos cortadores para os sensores de MWD.

[00183] As técnicas discutidas aqui envolvem o processamento de um material tendo propriedades conhecidas de rochas mecânicas. O conhecimento das propriedades das rochas mecânicas, que podem ser consideradas valores absolutos, útil para processar vibrações de perfuração em relação ao método descrito, pode ser obtido independentemente de métodos comuns bem conhecidos, como de (i) medições sônicas ou acústicas de velocidades de rochas que podem ser sistematicamente relacionadas às propriedades mecânicas da rocha ou (ii) a aplicação e o uso de técnicas que medem sistematicamente a deformação de uma amostra de rocha ou um testemunho de uma amostra de rocha em resposta a uma carga ou tensão determinada para obter propriedades mecânicas da rocha. Outros conhecimentos sobre valores absolutos de propriedades mecânicas de rochas que podem ser usados para escalonar vibrações de perfuração podem também ser obtidos a partir de modelos gerados por computador de coeficientes de rigidez mineral de rocha. Em alguns casos, pode-se chegar aos valores absolutos de rochas mecânicas necessárias para escalonar as vibrações de perfuração através de meios dedutivos ou experimentais ou o que é comumente entendido como um melhor palpite. O cimento é um exemplo de um material com propriedades mecânicas conhecidas que é comumente encontrado em um furo de poço durante o processo de perfuração.

[00184] O processo de perfuração de um furo de poço horizontal pode ser concluído em uma série de estágios. A primeira fase pode envolver a perfuração de um furo de poço vertical para uma formação de alvo 30, também referida como uma formação que contém hidrocarbonetos, que faz parte de um reservatório maior. Após a primeira fase ter sido perfurada, o furo de poço é tipicamente revestido com tubos de aço, que são mantidos ou suspensos no local pelo cimento entre a parte externa do aço e o furo de poço. Após a fixação do revestimento, existe tipicamente o cimento 38, referido como um tampão de cimento, deixado no fundo do poço. A segunda fase envolveria então o rastreamento lateral para uma perfuração lateral ou através do tampão de cimento, a fim de começar a perfuração direcionalmente, formando um poço horizontal 38 em direção ao reservatório, de modo a intersectar e visar as formações de hidrocarbonetos do reservatório.

[00185] No caso em que a formação rochosa ou o material a ser perfurada(o) inclui um tampão de cimento com propriedades mecânicas de rochas conhecidas ou dadas pelos constituintes do cimento ou outras técnicas que podem ser usadas para investigar as propriedades mecânicas de um cimento como descrito acima, então o processamento dos sinais acústicos gerados pelas vibrações de perfuração envolve uma maneira inovadora de obter tensão e deformação das forças ou acelerações correspondentes da broca, e os movimentos ou deslocamentos da broca em relação a um conjunto de escalares (A, B, C, D, E e F) em relação a, ou representativa das, propriedades mecânicas da rocha conhecidas.

[00186] As propriedades mecânicas do cimento podem ser expressadas como um meio isotrópico em termos de dois coeficientes de rigidez elástica C11 e C12. Os coeficientes de rigidez isotrópica e as forças ou acelerações e deslocamentos da broca em relação às escalares (A, B, C, D, E, F) necessários para transformar os dados de MWD em tensão e deformação podem ser arranjados através de um sistema de equações lineares como a seguir:

[00187] Esta relação de tensão-deformação representa um sistema homogêneo de equações lineares que pode ser resolvido para as escalares (A, B, C, D, E e F) de medições durante a perfuração de um cimento ou outro material isotrópico onde as propriedades mecânicas são conhecidas. Aqui os deslocamentos ou termos “d” e as acelerações ou “a”, os termos são especificados respectivamente em termos (i) do deslocamento axial, angular, centrípeto e/ou lateral da broca de perfuração e (ii) das acelerações axial, angular, centrípeta e/ou lateral da broca ao interagir com o cimento. Os valores para os coeficientes de rigidez, C11 e C12, são conhecidos para o meio de amostra. Em vários exemplos possíveis, os termos “d” podem ser qualquer combinação de deslocamentos (por exemplo, d1 é axial, d2 é angular e d3 é centrípeto, ou d1 é angular, d2 é centrípeto e d3 é axial, ou d1 e d2 são axiais e d3 é angular, etc.), e os termos de aceleração ou “a” podem ser similarmente qualquer combinação de acelerações.

[00188] Também seria possível representar os termos “a” usando dados dinâmicos, tal como, de extensômetros associados à MWD, de WOB e de TOB, onde a solução para as escalares representaria as áreas de contato efetivas da broca em relação à orientação das forças sendo aplicadas à broca.

[00189] Estabelecidas de forma independente, as áreas de contrato efetivas da broca atuaram pelo torque não é esperado para ser o mesmo que a área de contato efetiva atuada pelo peso sobre a broca. As diferenças nessas áreas de contato dependem da geometria e da configuração ou do arranjo dos cortadores e da exposição dos cortadores. No caso de escalonar as forças de peso e torque para s tensão, as escalares descrevem como a exposição do cortador em relação a um projeto de broca particular transforma as forças às tensões normais e perpendiculares ao movimento da broca.

[00190] O método também pode ser estendido para incluir os casos em que as forças sobre a broca são obtidas de medições de dinâmica de perfuração de superfície, tais como WOB e TOB, onde o torque é obtido de medições de superfície, tal como, a taxa de fluxo de fluido através do motor.

[00191] Os valores das escalares também podem ser obtidos, em relação a outras simetrias materiais mais exótico, como isotropia transversal, ortotropia, triclinicidade, etc.

[00192] Seja também entendido que quaisquer suposições colocadas nas escalares tais como B = C ou A = 1 ou B = 0 representam casos degenerativos da solução estabelecida.

[00193] Este sistema de equações pode ser modificado para obter escalares usando outras representações isotrópicas dos coeficientes elásticos, onde a relação de tensão-deformação pode ser expressada usando coeficientes elásticos, tais como, módulo de elasticidade de Young e coeficiente de Poisson e, portanto, a formulação como mostrado acima em termos dos coeficientes de rigidez C11 e C12 não deve ser considerado limitante.

[00194] Porque os tampões de cimento podem ser de centenas de metros de comprimento, perfurando este tampão de revestimento de cimento em relação ao tempo pode levar vários minutos ou até horas para perfurar. Portanto, os dados de MWD obtidos de uma broca de perfuração que interage com o cimento podem resultar em múltiplas medições das forças ou acelerações, e deslocamentos permitindo o preenchimento dessas equações sob diferentes condições de perfuração e, assim, determinar um único conjunto de escalares que satisfaçam uma solução para as equações de tensão- deformação homogêneas.

[00195] A aplicação e o uso de um único conjunto de escalares para transformar dados de MWD para tensão e deformação podem ser pensados assim: se as propriedades do cimento ao longo do comprimento da lateral são constantes e isotrópicas, e as condições de perfuração variam, o que eles irão, então, as variações na tensão e na deformação experimentadas pelo cimento que são causadas pelas variações no comportamento de perfuração aplicado, são entendidas como caindo em um local de pontos que define ou descreve, de outra forma, a porção elástica da relação de tensão-deformação como é dada nos coeficientes de rigidez isotrópica do cimento ou outro material isotrópico com propriedades mecânicas conhecidas.

[00196] O sistema homogêneo de equações pode ser resolvido usando técnicas algébricas para construir o inverso de uma matriz, por exemplo, usando uma decomposição de valor singular (SVD). A SVD descreve uma família de soluções para o sistema de equações dado em termos de combinações lineares dos autovetores que correspondem aos autovalores com valor zero da decomposição SVD. O conjunto de escalares obtidas a partir de uma solução para as equações homogêneas é dado por uma combinação linear dos autovetores, (U, V e W) associados aos autovalores de valor zero, como a seguir:

[00197] Uma solução para as escalares é obtida por pi = 1 e P2 = P3 = 0.

[00198] Embora o cimento pode ser representado como um material isotrópico, outras medidas, tipo medidas acústicas ou sônicas da velocidade da rocha pode ser usado para especificar, a priori, os valores absolutos das propriedades mecânicas da rocha em termos de coeficientes de rigidez ou outros elásticos coeficientes para um meio isotrópico transversal ou outras simetrias de meio mais exóticas. No caso de um meio isotrópico transversal, as equações de tensão-deformação em relação aas escalares são:

[00199] Esta relação de tensão-deformação representa um sistema homogêneo de equações lineares que pode ser resolvido para as escalares (A, B, C, D, E e F) a partir de medições durante a perfuração de cimento. Aqui os deslocamentos (termos “d”) e as acelerações (termos “a”) são especificados respectivamente em termos de (i) deslocamento axial, angular, centrípeto e/ou lateral da broca de perfuração e (ii) acelerações axial, angular, centrípeta e/ou lateral da broca ao interagir com o cimento. Diferentemente do caso isotrópico, para meios isotrópicos transversais, deve ser observado que os termos para as acelerações e os deslocamentos são arranjados de acordo com a orientação do poço de perfuração em relação ao eixo geométrico de simetria material. Por exemplo, perfurar lateralmente um meio isotrópico transversal vertical (VTI) colocaria a aceleração axial e o deslocamento axial em relação aos termos a1 e d1.

[00200] Também seria possível representar os termos “a” usando MWD do peso sobre a broca e o torque sobre a broca, onde a solução para as escalares representaria a área de contato eficaz da broca. Novamente, para perfurar lateralmente um meio VTI, o peso na medição da broca seria usado para informar o termo a1 e a escalar A, seria entendido como referência à área efetiva da exposição do cortador que atua na direção da perfuração. As escalares obtidas dessa maneira descrevem como a geometria e a configuração dos cortadores convertem as forças de perfuração em tensões.

[00201] As soluções para as escalares neste exemplo seguiriam como para o exemplo isotrópico onde uma combinação linear dos três autovetores associados com os autovalores zero obtidos a partir de uma SVD da matriz de coeficiente satisfaz as equações homogêneas e pode ser usada para obter o valores escalares.

[00202] Foi descrito um método para obter um conjunto de escalares que quando aplicado aos movimentos e às acelerações ou forças de uma broca de perfuração que interage com uma formação rochosa ou outro material com valores conhecidos de propriedades mecânicas, e, em particular, um cimento, pode ser usado para transformar dados de MWD para obter tensão e deformação experimentados pelo material ou pela formação rochosa.

[00203] Em outra versão dos métodos discutidos aqui, um modelo computacional pode ser usado para descrever as tensões e deformações de um material com propriedades mecânicas conhecidas que interagem com uma broca de perfuração. Estas tensões e deformações podem ser obtidas usando um esboço auxiliado por computador do arranjo e das geometrias dos cortadores em contato com uma descrição por computador de um material elástico que sofre deformação elástica quando submetido a forças geradas por computador e movimentos da broca. As forças e os movimentos da broca podem ser convertidos em tensão e deformação em relação ao arranjo e à geometria dos cortadores na broca. Assim, quando na verdade perfurar um material com propriedades desconhecidas mas com as mesmas forças e deslocamentos ou tensões e deformações conforme informado pelo modelo computacional, essas tensões e deformações podem ser usadas para escalonar os dados de MWD e, em particular, as acelerações e os deslocamentos diretamente para obter as escalares de acordo com:

em que: os termos o e t representam um de uma tensão que atua perpendicularmente ou paralelamente ao eixo geométrico de perfuração e os termos ε representam o axial ou uma das deformações angulares ou lineares perpendiculares ao eixo geométrico de perfuração, e os termos “a” representam a aceleração da broca em relação ao eixo geométrico de perfuração e os termos “d” representam os deslocamentos da broca em relação ao eixo geométrico de perfuração.

[00204] Note que os movimentos e acelerações da broca são escalonados em relação às tensões e deformações correspondentes obtidas a partir do modelo computacional da broca que interage com a formação rochosa para obter transformações significativas dos dados de MWD para tensão e deformação.

[00205] Em seguida, será elaborado mais sobre o método através da aplicação e do uso das escalares para (i) não só transformar os dados de MWD para tensões e deformações, mas também, (ii) para obter uma relação de tensão-deformação geral ao perfurar um formação rochosa com propriedades mecânicas desconhecidas (operação 1750). Usar as escalares para transformar os dados de MWD em tensão e deformação, a relação de tensão-deformação isotrópica é descrita da seguinte forma:

[00206] A Figura 18 é um diagrama que representa o trajeto de um acelerômetro 1802, quando uma broca perfura um orifício ao longo de um eixo geométrico de perfuração 1804. O acelerômetro pode ser posicionado ou, de outro modo, fazer parte de um conjunto de MWD. Em qualquer caso, o acelerômetro é posicionado próximo a uma broca de perfuração. O diagrama é uma vista isométrica de um trajeto do acelerômetro à medida que a broca de perfuração gira no sentido horário 1808. Nesta representação, os deslocamentos axial (d1), lateral (d2) e centrípeto (d3) quando multiplicados pelos respectivas escalares, D, E, F são as deformações axial, lateral e centrípeta, e da mesma forma as acelerações axial (a1), lateral (a2) e centrípeta (a3) quando multiplicadas pelos respectivas escalares, A, B, C são as tensões axial, lateral e centrípeta.

[00207] Este sistema de equações pode ser resolvido usando técnicas algébricas bem conhecidas para obter uma solução para os coeficientes de rigidez isotrópica (por exemplo, C11 e C12). Dado que os dados de MWD foram transformados em tensão e deformação através da aplicação e do uso das escalares, os coeficientes de rigidez isotrópica obtidos desta forma representam valores absolutos das propriedades mecânicas da rocha.

[00208] Note, os coeficientes podem ser aplicados para obter os valores absolutos de propriedades mecânicas de rochas para outras simetrias de meio, como meio isotópico transversal com o meio sendo horizontalmente isotrópico transversal (HTI) ou VTI conforme especificado pelo eixo geométrico de simetria material em relação à orientação do poço de perfuração, como a seguir:

I

[00209] Este método avança ainda mais a aplicação e o uso dos valores absolutos dos coeficientes elásticos de formas previsíveis e sistemáticas para informar a identificação de fraturas, planos de estratificação, fronteiras materiais ou outras descontinuidades que atuam para separar ou deslocar outras formações rochosas com diferentes propriedades mecânicas de rochas em relação ao eixo geométrico de simetria de meios em relação à orientação do poço de perfuração como a seguir.

Heterogeneidade lateral ao longo de um furo de poço

[00210] A aplicação e o uso de valores absolutos dos coeficientes de rigidez podem ser aplicados de maneira previsível para representar a heterogeneidade do material ou da formação rochosa. Neste caso, a presença de heterogeneidade lateral encontrada durante a perfuração de um furo de poço, e em particular onde a heterogeneidade lateral é gerada pela natureza e pela ocorrência de fraturas ou um sistema diluído de microfraturas alinhadas planas, então a identificação da heterogeneidade lateral pode ser entendida comparando os valores absolutos dos coeficientes de rigidez isotrópica com os coeficientes de rigidez que seriam compreendidos ocorrer através da introdução de um conjunto de interfaces de deslizamento paralelo que são entendidas para simular a presença de fraturas ou uma fratura ou um sistema de fraturas como um conjunto de juntas alinhadas estreitamente espaçadas. No caso específico, quando as fraturas são planas e possuem simetria rotacional, o efeito de introduzir as fraturas em um meio isotrópico pode ser especificado através da introdução de dois parâmetros elásticos adicionais que efetivamente alteram a representação do meio, sob as premissas supramencionadas de tornar-se transversalmente isotrópico.

[00211] Sob os métodos apresentados aqui, onde as escalares podem ser usados para determinar as relações de tensão-deformação e obter valores absolutos dos coeficientes de rigidez para os meios isotrópico e transversalmente isotrópicos, avança técnicas anteriores para identificar a presença de fraturas com base em diferenças previsíveis dos coeficientes de rigidez entre o meio isotrópico e transversalmente isotrópico em relação à orientação de um poço de perfuração.

[00212] Isto é uma melhoria em relação às técnicas anteriores, onde as diferenças entre os coeficientes elásticos obtidos em relação à orientação da simetria do material em relação ao eixo geométrico de perfuração foram especificadas de acordo com as mudanças relativas das curvas de propriedades da rocha elástica.

Especificação de broca de perfuração

[00213] O processamento e análise de vibrações induzidas por perfuração, sob os métodos descritos aqui, podem ser usados para descrever como o arranjo e a geometria dos cortadores em uma broca transformam as forças ou acelerações, e os movimentos da broca para as tensões e deformações experimentadas por uma formação rochosa ou material. Ou seja, as escalares podem ser usados para especificar o desempenho de um projeto de broca específico em termos de tensões e deformações. As escalares, portanto, podem ser usados para selecionar ou, de outro modo, especificar um projeto da broca que seja capaz de gerar tensões suficientes necessárias para causar a deformação e a falha de um material ou formação rochosa.

[00214] Porque fragmentos de rocha de acordo com as tensões experimentadas por uma formação rochosa ao interagir com uma broca de perfuração, usando as escalares para obter as tensões de dados de MWD pode ser usado para melhorar o projeto da broca em relação à configuração e geometrias dos cortadores ao interagir com um material ou formação rochosa com propriedades mecânicas conhecidas.

[00215] No cenário previsto pelo método, o processamento e a análise de vibrações induzidas por perfuração para obter tensão e deformação poderiam ser usados para (i) selecionar a configuração e as geometrias dos cortadores que melhorariam materialmente a eficiência de corte da broca, e (ii) prever a capacidade da broca para perfurar um material ou formação rochosa ou, mais especificamente, a taxa de penetração em relação às propriedades mecânicas que provavelmente serão encontradas. É importante selecionar uma configuração de broca que maximize a taxa de penetração em relação às propriedades mecânicas de rochas a serem encontradas ao perfurar um poço. Há uma necessidade de melhorar as técnicas para selecionar a configuração da broca ideal para maximizar a taxa de perfuração de penetração. Portanto, as escalares podem ser usados em relação às forças de perfuração para melhorar o desempenho da perfuração e pré-perfurar o desempenho de perfuração selecionando uma broca de perfuração com base na tensão e deformação necessárias para perfurar um material ou uma formação rochosa ao caráter do que está sendo perfurado. Por exemplo, quando se espera que o programa de perfuração perfure uma formação particularmente dura ou forte, o desempenho de perfuração pode ser melhorado selecionando-se uma broca que gera mais tensão para uma dada capacidade de sonda (especificações de potência e da coluna de perfuração disponíveis) ou aumento através da introdução de um motor furo abaixo de fundo no BHA. Isso é útil para otimizar a seleção de equipamentos e, em particular, para selecionar um motor furo abaixo desenvolver um campo, dadas as propriedades mecânicas das rochas das formações e dos reservatórios a serem perfurados.

[00216] A Fig. 19 abaixo é um diagrama de blocos de uma máquina na forma de exemplo de um sistema de computador 1900 dentro do qual as instruções 1906 para fazer com que a máquina execute uma ou mais das metodologias, e várias combinações das mesmas, discutidas aqui pode ser executado por um ou mais processadores de hardware 1902. Em várias formas de realização, a máquina opera como um dispositivo independente ou pode ser conectada (por exemplo, em rede) a outras máquinas. Em uma implantação em rede, a máquina pode operar na capacidade de um servidor ou uma máquina cliente no ambiente de rede servidor-cliente, ou como uma máquina em pares em um ambiente de rede ponto a ponto (ou distribuído). Além disso, enquanto apenas uma única máquina é ilustrada, o termo “máquina” deve também incluir qualquer coleção de máquinas ou controladores que executem individualmente ou em conjunto um conjunto (ou múltiplos conjuntos) de instruções para realizar uma ou mais das metodologias discutidas aqui.

[00217] Como representado na Fig. 19, o sistema de computação de exemplo 1900 pode incluir um ou mais processadores de hardware 1902, um ou mais dispositivos de armazenamento de dados 1904, um ou mais dispositivos de memória 1908 e/ou um ou mais dispositivos de entrada/saída 1910. Cada um desses componentes pode incluir um ou mais circuitos integrados (ICs) (incluindo, mas não se limitando a, matrizes de portas programáveis em campo (FPGAs), CIs específicos de aplicativos (ASICs) e assim por diante), bem como mais componentes discretos, tais como transistores, resistores, capacitores, indutores, transformadores e semelhantes. Vários destes componentes podem se comunicar uns com os outros por meio de um ou mais barramentos de comunicação, trajetos de comunicação ponto- a-ponto ou outros meios de comunicação não explicitamente representados na FIG. 19. Além disso, outros dispositivos ou componentes, como, por exemplo, vários controladores periféricos (por exemplo, um controlador de entrada/saída, um controlador de memória, um controlador de dispositivo de armazenamento de dados, uma unidade de processamento gráfico (GPU) e assim por diante), uma fonte de alimentação, um ou mais ventiladores, e um invólucro para englobar os vários componentes, podem ser incluídos no sistema de computação de exemplo 200, mas não estão explicitamente representados na Fig. 19 ou discutidos adicionalmente neste documento.

[00218] O pelo menos um processador de hardware 1902 pode incluir, por exemplo, uma unidade de processamento central (CPU), um microprocessador, um microcontrolador e/ou um processador de sinal digital (DSP). Além disso, um ou mais processadores de hardware 1902 podem incluir um ou mais testemunhos de execução capazes de executar instruções e realizar operações em paralelo uns com os outros. Em alguns casos, o processador de hardware está dentro do sub da broca, e outros fazem parte de outro sistema de processamento separado.

[00219] Os um ou mais dispositivos de armazenamento de dados 1904 podem incluir qualquer dispositivo de armazenamento de dados não volátil capaz de armazenar as instruções executáveis 1906 e/ou outros dados gerados ou empregados no sistema de computação exemplo 1900. Em alguns exemplos, os um ou mais dispositivos de armazenamento de dados 1904 podem também incluir um sistema operacional (SO) que gerencia os vários componentes do sistema de computação de exemplo 1900 e através dos quais programas de aplicativos ou outros softwares podem ser executados. Assim, em algumas formas de realização, as instruções executáveis 1906 podem incluir instruções de programas aplicativos e sistema operacional. Exemplos dos dispositivos de armazenamento de dados 1904 podem incluir, mas não se limitam a, unidades de disco magnético, unidades de disco óptico, unidades de estado sólido (SSDs), unidades flash, etc., e podem incluir um ou ambos os meios de armazenamento de dados removíveis, Memória somente de leitura de disco compacto (CD-ROM), Memória somente de leitura de disco de leitura versátil digital (DVD-ROM), discos magneto-ópticos, unidades flash, etc.) e suportes de armazenamento não removíveis (por exemplo, discos rígidos magnéticos internos, SSDs e assim por diante).

[00220] Os um ou mais dispositivos de memória 1908 podem incluir, em alguns exemplos, memória volátil (tais como, por exemplo, memória de acesso aleatório dinâmico (DRAM), memória de acesso aleatório estático (SRAM) e assim por diante), e não memória volátil (por exemplo, memória somente de leitura (ROM), memória flash e similares). Em uma forma de realização, uma ROM pode ser utilizada para armazenar um sistema básico de entrada/saída (BIOS) para facilitar a comunicação entre um sistema operacional e os vários componentes do sistema de computação exemplo 1900. Em alguns exemplos, DRAM e/ou outros dispositivos de memória regraváveis podem ser empregados para armazenar porções das instruções executáveis 1906, bem como dados acessados através das instruções executáveis 1906, pelo menos um uma base temporária. Em alguns exemplos, um ou mais dos dispositivos de memória 1908 podem estar localizados dentro dos mesmos circuitos integrados que os um ou mais processadores de hardware 1902 para facilitar acesso mais rápido às instruções executáveis 206 e/ou aos dados armazenados nos mesmos.

[00221] Os um ou mais dispositivos de armazenamento de dados 1904 e/ou os um ou mais dispositivos de memória 1908 podem ser referidos como uma ou mais mídias legíveis por máquina, que podem incluir uma única mídia ou várias mídias que armazenam as uma ou mais instruções executáveis 1906 ou estruturas de dados. O termo “mídia legível por máquina” deve também incluir qualquer mídia tangível que seja capaz de armazenar, codificar ou realizar as instruções 1906 para execução pela máquina e que faça com que a máquina realize uma ou mais das metodologias da presente invenção, ou que seja capaz de armazenar, codificar ou transportar estruturas de dados usadas por, ou associadas a, tais instruções 1906.

[00222] Os dispositivos de entrada/saída 1910 podem incluir um ou mais dispositivos de interface de comunicação 1912, dispositivos de entrada humanos 1914, dispositivos de saída humanos 1916, e dispositivos de transdutor de ambiente 1918. Os um ou mais dispositivos de interface de comunicação 1912 podem ser configurados para transmitir e/ou receber informação entre o sistema de computação de exemplo 1900 e outras máquinas ou outros dispositivos por meio de uma ou mais redes ou conexões de comunicação com ou sem fio. As informações podem incluir dados que são fornecidos como entrada a, ou gerados como saída do, dispositivo de computação de exemplo 1900 e/ou podem incluir pelo menos uma porção das instruções executáveis 1906. Exemplos de tais redes ou conexões podem incluir, mas não são limitados a, Barramento Serial Universal (USB), Ethernet, Wi-Fi®, Bluetooth®, NFC (Comunicação por campo de proximidade) e assim por diante. Um ou mais desses dispositivos de interface de comunicação 1910 podem ser utilizados para comunicar uma ou mais outras máquinas, seja diretamente sobre um trajeto de comunicação ponto a ponto ou por outros meios de comunicação. Além disso, um ou mais dispositivos de interface de comunicação sem fio 1912, bem como um ou mais dispositivos transdutores de ambiente 1918 descritos abaixo, podem empregar uma antena para transmissão e/ou recepção de sinal eletromagnético. Em alguns exemplos, uma antena pode ser empregada para receber dados do Sistema de Posicionamento Global (GPS) para facilitar a determinação de uma localização da máquina ou de outro dispositivo.

[00223] Em algumas formas de realização, os um ou mais dispositivos de entrada humanos 1914 podem converter um sinal gerado pelo homem, como, por exemplo, voz humana, movimento físico, toque físico ou pressão, e semelhantes, em sinais elétricos como dados de entrada para o exemplo do sistema de computação 1900. Os dispositivos de entrada humanos 1914 podem incluir, por exemplo, um teclado, um camundongo, um joystick, uma câmera, um microfone, uma tela sensível ao toque (“sensível ao toque”), um sensor posicional, sensor de orientação, um sensor gravitacional, um sensor inercial, um acelerômetro e/ou semelhantes.

[00224] Os dispositivos de saída humanos podem converter sinais elétricos em sinais que podem ser sensoreados como saída por um humano, tais como, som, luz e/ou toque. Os dispositivos de saída humanos 1916 podem incluir, por exemplo, um monitor de exibição ou tela sensível ao toque, um alto-falante, um dispositivo de saída tátil e/ou háptico e/ou assim por diante.

[00225] Os um ou mais dispositivos transdutores de ambiente 1918 podem incluir um dispositivo que converte uma forma de energia ou sinal em outra, tal como de um sinal elétrico gerado dentro do sistema de computação de exemplo 1900 para outro tipo de sinal, e/ou vice-versa. Além disso, os transdutores 1918 podem ser incorporados no sistema de computação 1900, como ilustrado na FIG. 19, ou pode ser acoplado a ele de uma maneira com ou sem fio. Em algumas formas de realização, um ou mais dispositivos transdutores de ambiente 1918 podem sensorear características ou aspectos de um ambiente local ou remoto do exemplo de dispositivo de computação 1900, como, por exemplo, luz, som, temperatura, pressão, campo magnético, campo elétrico, propriedades químicas, movimento físico, orientação, aceleração, gravidade e assim por diante. Além disso, em algumas formas de realização, um ou mais dispositivos transdutores de ambiente 1918 podem gerar sinais para impor algum efeito no ambiente local ou remoto do dispositivo de computação de exemplo 1900, como, por exemplo, movimento físico de algum objeto (por exemplo, atuador mecânico), recebendo ou processando dados de acelerômetro, dados de extensômetro e similares.

Claims

1. Método para caracterizar propriedades de rochas, caracterizado pelo fato de que compreende: processar, em um processador, um primeiro conjunto de sinais acústicos obtidos a partir de um ou mais sensores, os sinais acústicos gerados a partir de uma broca de perfuração que interage com uma formação rochosa durante a perfuração de um furo de poço, para obter forças que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e para obter deslocamentos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço; escalonar, no processador, as forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço para obter informações representativas das tensões e deformações da formação rochosa; e processar, no processador, as forças escalonadas e os deslocamentos escalonados para obter pelo menos um conjunto de valores de dados representativos de uma propriedade mecânica da rocha da formação rochosa ao longo do furo de poço criado pela broca de perfuração que interage com a formação rochosa por um período de tempo.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o escalonamento compreende adicionalmente: aplicar escalares às forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço, as escalares derivadas de sinais acústicos gerados a partir da broca de perfuração que age sobre uma amostra com propriedades mecânicas de rochas conhecidas.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: obter as escalares: processando, no processador, um segundo conjunto de sinais acústicos obtidos a partir dos um ou mais sensores em que os um ou mais sensores são posicionados em um componente de uma coluna de perfuração, o segundo conjunto de sinais acústicos gerado a partir da broca de perfuração que interage com a amostra, o segundo conjunto de sinais acústicos processados para obter forças que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra e obter deslocamentos da broca de perfuração que interage com a amostra; processando, no processador, as forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a amostra para obter as escalares em conformidade com uma relação de tensão-deformação da amostra com propriedades mecânicas de rochas conhecidas.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são forças ou acelerações que broca de perfuração que interage com a amostra; os valores d são deslocamentos da broca de perfuração que interage com a amostra; onde C11 e C12 são preenchidos com propriedades de rochas conhecidas da amostra; e A-F são as escalares sendo obtidas.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são forças ou acelerações que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra em relação a um eixo geométrico de simetria material da amostra; os valores d são deslocamentos da broca de perfuração que interage com a amostra em relação ao eixo geométrico de simetria material da amostra; em que os Cijs são preenchidos com propriedades conhecidas da rocha da amostra; e A-F são os pelo menos um conjunto de escalares sendo obtidas.

6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: o primeiro conjunto de sinais acústicos é capturado nos um ou mais sensores como acelerações axiais da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e uma aceleração lateral ou rotativa da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço; e o segundo conjunto de sinais acústicos é capturado nos um ou mais sensores como acelerações axiais da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a amostra e uma aceleração lateral ou rotativa da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a amostra.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que: processar, no processador, as forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a amostra para obter as escalares em conformidade com uma relação de tensão-deformação da amostra com propriedades mecânicas da rocha conhecidas, em relação de tensão é uma primeira relação de tensão-deformação de:

são qualquer um dentre deslocamento centrípeto ou lateral da broca de perfuração durante o período de tempo, a1, a2, a3 podem ser qualquer uma dentre aceleração axial, centrípeta ou lateral da broca de perfuração durante o período de tempo, C11 e C22 são valores conhecidos para a amostra, e A-F são os obtidos pelo menos um conjunto de escalares em que, adicionalmente: o escalonamento das forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço para obter informações representativas das tensões e deformações da formação rochosa; e processar as forças escalonadas e os deslocamentos escalonados para obter pelo menos um conjunto de valores de dados representativos de uma propriedade mecânica da rocha da formação rochosa ao longo do furo de poço criado pela broca de perfuração que interage com a formação rochosa por um período de tempo compreende a aplicação de uma segunda relação tensão-deformação de:

em que: A-F são as escalares obtidas da primeira relação de tensão- deformação, d1, d2 e d3 são qualquer um dentre deslocamento axial, centrípeto ou lateral da broca de perfuração aplicados na primeira relação de tensão-deformação à formação rochosa pela broca de perfuração durante o período de tempo, a1, a2, a3 são qualquer uma dentre aceleração axial, centrípeta ou lateral da broca de perfuração aplicada na primeira relação de tensão-deformação à formação rochosa pela broca de perfuração durante o período de tempo, e C11 e C12 são os obtidos pelo menos um conjunto de valores de dados representativos da propriedade mecânica da rocha da formação rochosa ao longo do furo de poço.

8. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: processar, no processador, o primeiro conjunto de sinais acústicos compreende obter uma média quadrática da aceleração axial da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e uma média quadrática de pelo menos uma das acelerações lateral e rotativa da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço, e obter um deslocamento axial da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e pelo menos um de um deslocamento lateral e rotativo da broca de perfuração gerado a partir da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço; e processar, no processador, o segundo conjunto de sinais acústicos compreende a obtenção de uma média quadrática da aceleração axial da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a amostra e uma média quadrática de pelo menos uma de uma aceleração lateral e rotativa da broca de perfuração gerada a partir da broca de perfuração que interage com a amostra e obter um deslocamento axial da broca de perfuração e pelo menos um de um deslocamento lateral e rotativo da broca de perfuração gerado a partir da broca de perfuração que interage com a amostra.

9. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a amostra é um cimento usado para fixar um revestimento do furo de poço.

10. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a amostra é uma formação rochosa com propriedades mecânicas de rochas conhecidas.

11. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as propriedades mecânicas de rochas conhecidas da amostra são obtidas de pelo menos uma de medições sônicas, medições de testemunho, medições de corte, medições sísmicas, medições de diagrafia e um modelo mineralógico.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um conjunto de valores de dados inclui pelo menos um valor Cij absoluto.

13. Método para calibrar derivações de propriedades mecânicas de rocha de uma ferramenta de perfuração, caracterizado pelo fato de que compreende: obter, em um processador, dados de força e dados de deslocamento de sinais obtidos de um ou mais sensores posicionados em um componente de uma ferramenta de perfuração próxima de uma broca de perfuração, os dados de força e os dados de deslocamento sendo de uma broca de perfuração que interage com um material com propriedades mecânicas de rocha conhecidas; processar, no processador, os dados de força e os dados de deslocamento para obter um conjunto de escalares que estejam em conformidade com uma relação de tensão-deformação do material com uma propriedade mecânica da rocha conhecida.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são os dados de força em relação a um eixo geométrico de simetria material do material; os valores d são os dados de deslocamento em relação ao eixo geométrico de simetria material do material; em que C11 e C12 são preenchidos com a propriedade mecânica de rocha conhecida do material; e A-F são o conjunto de escalares.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado

pelo fato de que a relação de tensão-deformação é: em que: os valores a são os dados de força em relação a um eixo geométrico de simetria material do material; os valores d são os dados de deslocamento em relação ao eixo geométrico de simetria material do material; em que os Cijs são preenchidos com a propriedade mecânica da rocha conhecida do material; e A-F são o conjunto de escalares.

16. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a propriedade mecânica da rocha conhecida é obtida a partir de pelo menos uma das medições sônicas, medições de testemunho, medições de corte, medições sísmicas, medições de diagrafia e um modelo mineralógico.

17. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o material é cimento.

18. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os sinais são sinais acústicos, os um ou mais sensores são pelo menos um de um acelerômetro e um extensômetro, o componente da broca de perfuração é uma coluna de perfuração, o material é cimento e a propriedade mecânica da rocha conhecida inclui valores para C11 e C12.

19. Método para obter tensão e deformação, caracterizado pelo fato de que compreende: obter, com um processador, sinais acústicos indicativos de uma força e um deslocamento, os sinais obtidos de um ou mais sensores posicionados em um componente de um fundo de furo, a força e o deslocamento de uma broca de perfuração interagindo com um material com propriedades mecânicas de rocha conhecidas; processar, com o processador, as forças e os deslocamentos para obter um conjunto de escalares que estejam em conformidade com uma relação de tensão-deformação do material com propriedades mecânicas de rocha conhecidas; e aplicar, com o processador, o conjunto de escalares às forças e aos deslocamentos para obter tensão e deformação geradas pela broca de perfuração que interage com o material.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são forças ou acelerações que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra; os valores d são deslocamentos a broca de perfuração que interage com a amostra; onde C11 e C12 são preenchidos com propriedades de rochas conhecidas da amostra; e A-F são o conjunto de escalares sendo obtidas.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que: os valores a são uma aceleração axial (a1), uma aceleração lateral (a2) e uma aceleração centrípeta (a3) da broca de perfuração; os valores d são um deslocamento axial (d1), um deslocamento lateral (d2) e um deslocamento centrípeto (d3); as tensões obtidas são uma tensão axial, uma tensão lateral e uma tensão centrípeta a partir das respectivas escalares A, B e C multiplicadas pelos respectivos valores a a1, a2 e a3; e as deformações obtidas são uma deformação axial, uma deformação lateral e uma deformação centrípeta das respectivas escalares D, E e F multiplicadas pelos respectivos valores d d1, d2 e d3.

22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: obter as escalares: usando um modelo computacional das tensões e deformações de um material de amostra com propriedades mecânicas de rochas conhecidas para obter as tensões geradas na amostra por uma broca de perfuração que interage com a amostra e usando o modelo computacional para obter as deformações experimentadas pela amostra da broca de perfuração que interage com a amostra, para obter adicionalmente as escalares

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são dados de aceleração da broca de perfuração que interage com a formação em relação a um eixo geométrico de perfuração; os valores d são dados de deslocamento da broca de perfuração que interage com a formação e com relação ao eixo geométrico de perfuração; onde o e T são a tensão axial e uma dentre tensão lateral ou angular é preenchida com o modelo computacional; ε é a deformação axial e uma dentre tensão lateral ou angular é preenchida com o modelo computacional; e A-F são as escalares.

24. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende: um processador de hardware em comunicação com uma mídia legível por computador não transitória, incluindo instruções executáveis por computador para realizar um método para: acessar um primeiro conjunto de sinais acústicos obtidos de um ou mais sensores, os sinais acústicos gerados a partir de uma broca de perfuração que interage com uma formação rochosa durante a perfuração de um furo de poço; processar o primeiro conjunto de sinais acústicos para obter forças que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e para obter deslocamentos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço; escalonar as forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço para obter informações representativas das tensões e deformações da formação rochosa; e processar as forças escalonadas e os deslocamentos escalonados para obter e armazenar em uma memória tangível pelo menos um conjunto de valores de dados representativos de uma propriedade mecânica da rocha da formação rochosa ao longo do furo de poço criado pela broca de perfuração que interage com a formação rochosa por um período de tempo.

25. Aparelho de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que as instruções executáveis por computador são adicionalmente para realizar o método para: aplicar escalares às forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a formação rochosa durante a perfuração do furo de poço, as escalares derivadas de sinais acústicos gerados a partir da broca de perfuração em uma amostra com propriedades mecânicas de rochas conhecidas; e obter as escalares: recebendo um segundo conjunto de sinais acústicos obtidos a partir dos um ou mais sensores, em que os um ou mais sensores são posicionados em um componente de uma coluna de perfuração, o segundo conjunto de sinais acústicos gerados a partir da broca de perfuração que interage com a amostra; processando o segundo conjunto de sinais acústicos para obter forças que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra e obter deslocamentos da broca de perfuração que interage com a amostra; processando as forças obtidas que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra e os deslocamentos obtidos da broca de perfuração que interage com a amostra para obter as escalares em conformidade com uma relação de tensão-deformação da amostra com propriedades mecânicas de rochas conhecidas.

26. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são forças ou acelerações que atuam sobre a broca de perfuração que interage com a amostra; os valores d são deslocamentos a broca de perfuração que interage com a amostra; onde C11 e C12 são preenchidos com propriedades de rochas conhecidas da amostra; e A-F são as escalares sendo obtidas.

27. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende: um processador de hardware em comunicação com uma mídia legível por computador não transitória, incluindo instruções executáveis por computador para realizar um método para: obter dados de força e dados de deslocamento de sinais obtidos de um ou mais sensores posicionados em um componente de uma ferramenta de perfuração próxima a uma broca de perfuração, os dados de força e os dados de deslocamento sendo de uma broca de perfuração que interage com um material com propriedades mecânicas de rochas conhecidas; processar os dados de força e os dados de deslocamento para obter e armazenar em uma memória tangível um conjunto de escalares em conformidade com uma relação de tensão-deformação do material com uma propriedade mecânica da rocha conhecida.

28. Aparelho de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são os dados de força em relação a um eixo geométrico de simetria material do material; os valores d são os dados de deslocamento em relação ao eixo geométrico de simetria material do material; em que C11 e C12 são preenchidos com a propriedade de rocha conhecida do material; e A-F são o conjunto de escalares.

29. Aparelho de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a relação de tensão-deformação é:

em que: os valores a são os dados de força em relação geométrico de simetria material do material; os valores d são os dados de deslocamento em relação ao eixo geométrico de simetria material do material; onde os Cijs são preenchidos com a propriedade mecânica da rocha conhecida do material; e A-F são o conjunto de escalares.