BR112019005546B1 - APPARATUS FOR USE IN A HOLE AND METHOD FOR ACOUSTIC DETECTION IN A HOLE - Google Patents
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Abstract
Métodos, sistemas, dispositivos e produtos para detecção acústica em um furo. As modalidades dos aparelhos compreendem um sensor acústico incluindo: um transdutor de pressão compreendendo um membro de flexão ligado a um meio óptico, o transdutor configurado para converter um sinal de pressão acústica de baixa amplitude e alta frequência dentro de um incidente de pressão de furo de poço nominal no transdutor para uma tensão alternada no meio óptico ao longo de um eixo do meio através do movimento do membro de flexão enquanto se suprime a conversão de sinais de baixa frequência e pressão constante em tensão do meio óptico, o sinal de pressão acústica propagado através de um fluido no fundo do poço acoplado ao transdutor; e um detector configurado para gerar informação de medição acústica responsiva à radiação eletromagnética recebida transmitida através do meio ao longo do eixo sendo pelo menos uma propriedade óptica do meio responsiva à tensão alternada no meio, de maneira tal que a radiação eletromagnética recebida pelo detector represente o sinal acústico.Methods, systems, devices and products for acoustic detection in a borehole. Embodiments of apparatus comprise an acoustic sensor including: a pressure transducer comprising a bending member connected to an optical means, the transducer configured to convert a low amplitude, high frequency acoustic pressure signal into a borehole pressure incident. nominal well in the transducer for an alternating voltage in the optical medium along a medium axis through movement of the bending member while suppressing the conversion of low frequency and constant pressure signals into optical medium voltage, the propagated acoustic pressure signal through a downhole fluid coupled to the transducer; and a detector configured to generate acoustic measurement information responsive to received electromagnetic radiation transmitted through the medium along the axis at least one optical property of the medium being responsive to the alternating voltage in the medium, such that the electromagnetic radiation received by the detector represents the acoustic signal.
Description
[0001] Esta divulgação se refere normalmente às ferramentas de perfuração e, em particular, aos métodos e aparelhos para conduzir a investigação acústica em uma perfuração que intercepta uma formação da terra. Mais particularmente, a divulgação se refere aos sensores e métodos acústicos de utilização de tais sensores acústicos em várias ferramentas, incluindo ferramentas de perfilagem acústica.[0001] This disclosure normally relates to drilling tools and, in particular, to methods and apparatus for conducting acoustic investigation in a borehole that intersects a land formation. More particularly, the disclosure relates to acoustic sensors and methods of using such acoustic sensors in various tools, including acoustic profiling tools.
[0002] Poços de perfuração para vários fins são bem conhecidos. Esses poços podem ser perfurados para fins geotérmicos, para produzir hidrocarbonetos (por exemplo, petróleo e gás), para produzir água e assim por diante. A profundidade do poço pode variar de alguns milhares de pés a 25.000 pés ou mais. Em poços de hidrocarboneto, ferramentas de fundo de poço frequentemente incorporam vários sensores, instrumentos e dispositivos de controle, a fim de realizar qualquer número de operações de fundo de poço. As ferramentas de perfilagem acústica de fundo de poço, que são usadas para investigar recursos de subsuperfície, podem incluir um ou mais transmissores ou fontes acústicas e vários receptores acústicos. Adicional ou alternativamente, sensores acústicos independentes podem ser instalados dentro da perfuração, seja temporária ou permanentemente.[0002] Drilling wells for various purposes are well known. These wells can be drilled for geothermal purposes, to produce hydrocarbons (eg oil and gas), to produce water, and so on. Well depth can range from a few thousand feet to 25,000 feet or more. In hydrocarbon wells, downhole tools often incorporate various sensors, instruments and control devices in order to perform any number of downhole operations. Downhole acoustic profiling tools, which are used to investigate subsurface features, can include one or more acoustic transmitters or sources and multiple acoustic receivers. Additionally or alternatively, independent acoustic sensors can be installed inside the borehole either temporarily or permanently.
[0003] Em alguns casos, os transmissores emitem energia acústica no ambiente subsuperficial que circunda o furo de poço. Os sinais acústicos são refletidos por interfaces associadas ao furo de poço, estruturas do poço e/ou a formação. Os sinais acústicos refletidos são detectados pelos receptores na ferramenta de perfilagem e processados para fornecer estimativas de uma ou mais propriedades do furo de poço, estruturas do poço e/ou da formação. São conhecidos sistemas de perfuração dotados de um sistema acústico de “medição durante a perfilagem” (“LWD”) ou de “medição durante a perfuração” (“MWD”) como parte de um conjunto de fundo ou de um sistema de registro com fio após perfuração com um dispositivo acústico para a medição de propriedades de formações subsuperficiais (durante ou após a perfuração dos furos de poço), tais como, por exemplo, determinar a localização dos limites do leito de formação em torno do conjunto do fundo, como no sistema MWD, ou em torno do sistema de registro com fio.[0003] In some cases, transmitters emit acoustic energy into the subsurface environment surrounding the wellbore. Acoustic signals are reflected by interfaces associated with the wellbore, well structures and/or the formation. The reflected acoustic signals are detected by receivers in the logging tool and processed to provide estimates of one or more properties of the borehole, wellbore structure and/or formation. Drilling systems are known which have an acoustic "measure-while-logging" ("LWD") or "measure-while-drilling" ("MWD") acoustic system as part of a bottom assembly or wired recording system. after drilling with an acoustic device for measuring properties of subsurface formations (during or after drilling the well holes), such as, for example, determining the location of the formation bed boundaries around the bottom assembly, as in MWD system, or around the wired registration system.
[0004] Ao perfurar um furo de poço para recuperar o óleo da terra, geralmente é útil girar ou direcionar a broca do furo de poço para dentro ou para longe dos alvos subterrâneos. Dados acústicos podem ser usados para determinar a localização de uma broca na seção sísmica para facilitar o geo-orientação. Com o Perfil sísmico vertical (VSP), a aquisição pode ser realizada entre uma ou mais fontes acústicas (sísmicas) sobre ou perto da superfície da terra e receptores da terra, como, por exemplo, em um furo de poço. A resposta de um sensor acústico, como um sensor sísmico (por exemplo, um hidrofone) em várias profundidades em um furo de poço para fontes na superfície pode ser registrada como medições no fundo do poço.[0004] When drilling a borehole to recover oil from the earth, it is often helpful to rotate or direct the borehole bit into or away from underground targets. Acoustic data can be used to determine the location of a drill in the seismic section to facilitate geo-orientation. With Vertical Seismic Profiling (VSP), acquisition can be performed between one or more acoustic (seismic) sources on or near the earth's surface and earth receivers, for example in a borehole. The response from an acoustic sensor such as a seismic sensor (eg a hydrophone) at various depths in a borehole to surface sources can be recorded as downhole measurements.
[0005] Em aspectos, a presente divulgação se refere aos métodos e aparelhos para realizar avaliação da formação em um furo de poço que intercepta uma formação de terra, incluindo a estimativa de pelo menos um parâmetro de interesse relacionado à formação, tal como, por exemplo, uma propriedade de um limite refletivo acústico na formação.[0005] In aspects, the present disclosure refers to the methods and apparatus for carrying out formation evaluation in a wellbore that intersects an earth formation, including the estimation of at least one formation-related parameter of interest, such as, for example, a property of an acoustic reflective boundary in the formation.
[0006] As modalidades dos aparelhos podem compreender um sensor acústico incluindo: um transdutor de pressão compreendendo um elemento de flexão ligado a um meio óptico, o transdutor configurado para converter um sinal acústico de pressão de baixa amplitude e baixa frequência dentro de uma pressão de furo de poço nominal incidente no transdutor para uma tensão alternada no meio óptico ao longo de um eixo do meio através do movimento do elemento de flexão enquanto se suprime a conversão de sinais de baixa frequência e pressão constante em tensão do meio óptico, o sinal acústico de pressão propagado através de um fluido no fundo do poço acoplado ao transdutor; e um detector configurado para gerar informação de medição acústica responsiva à radiação eletromagnética recebida transmitida através do meio ao longo do eixo, sendo pelo menos uma propriedade óptica do meio responsiva À tensão alternada no meio, de maneira tal que a radiação eletromagnética recebida pelo detector represente o sinal acústico. O transdutor de pressão pode compreender uma interface entre reservatórios contendo um fluido de reservatório, com a interface compreendendo o membro de flexão e pelo menos uma abertura que provê a comunicação do fluido do reservatório entre os reservatórios.[0006] Embodiments of apparatus may comprise an acoustic sensor including: a pressure transducer comprising a bending element connected to an optical means, the transducer configured to convert a low amplitude, low frequency acoustic pressure signal into a pressure of nominal borehole incident on the transducer for an alternating voltage in the optical medium along a medium axis through movement of the bending element while suppressing the conversion of low frequency signals and constant pressure into optical medium voltage, the acoustic signal of pressure propagated through a fluid at the bottom of the well coupled to the transducer; and a detector configured to generate acoustic measurement information responsive to received electromagnetic radiation transmitted through the medium along the axis, at least one optical property of the medium being responsive to the alternating voltage in the medium, such that the electromagnetic radiation received by the detector represents the acoustic signal. The pressure transducer may comprise an interface between reservoirs containing a reservoir fluid, with the interface comprising the bending member and at least one aperture providing for communication of reservoir fluid between the reservoirs.
[0007] O aparelho pode compreender uma porção de uma coluna de perfuração e o ruído da pressão ambiente pode compreender a vibração da coluna de perfuração. A radiação recebida compreende pelo menos uma de: i) radiação transmitida através de uma grade de Bragg (FBG) de fibra no meio; ii) radiação refletida de uma grade de Bragg (FBG) de fibra no meio. Uma razão de uma amplitude de sinal média do sinal acústico de pressão de alta frequência para a pressão nominal de furo de poço pode ser inferior a 10-3.[0007] The apparatus may comprise a portion of a drill string and the ambient pressure noise may comprise the vibration of the drill string. The received radiation comprises at least one of: i) radiation transmitted through a fiber Bragg grating (FBG) in the medium; ii) radiation reflected from a fiber Bragg grating (FBG) in the middle. A ratio of an average signal amplitude of the high frequency acoustic pressure signal to the nominal wellbore pressure can be less than 10-3.
[0008] O transdutor de pressão pode ser configurado para filtrar mecanicamente em fluido ruído da pressão ambiente de baixa frequência. A abertura e os reservatórios podem ser configurados para filtrar mecanicamente em fluido ruído da pressão ambiente utilizando o fluxo de desvio do fluido do reservatório através da abertura via equalização de pressão. O elemento de flexão pode compreender pelo menos um de: i) uma membrana; e ii) uma barra curvadora. A pelo menos uma abertura pode compreender pelo menos uma de: i) uma fenda no membro de flexão; e ii) um tubo capilar. A pelo menos uma abertura pode compreender uma pluralidade de fendas e o elemento de flexão pode compreender uma parte da interface entre uma primeira fenda da pluralidade e uma segunda fenda da pluralidade.[0008] The pressure transducer can be configured to mechanically filter low frequency ambient pressure noise in fluid. The aperture and reservoirs can be configured to mechanically filter in fluid noise from ambient pressure utilizing the bypass flow of reservoir fluid through the aperture via pressure equalization. The bending element may comprise at least one of: i) a membrane; and ii) a bending bar. The at least one opening may comprise at least one of: i) a slit in the bending member; and ii) a capillary tube. The at least one opening can comprise a plurality of slots and the bending element can comprise a part of the interface between a first slot of the plurality and a second slot of the plurality.
[0009] O transdutor de pressão pode incluir uma segunda interface entre um dos reservatórios e o fluido do fundo do poço, a segunda interface compreendendo um segundo elemento de flexão que responde ao sinal acústico de pressão de alta frequência incidente no transdutor. Um primeiro reservatório dos reservatórios pode ser definido por um primeiro membro de reservatório e um segundo reservatório dos reservatórios pode ser definido por um segundo membro de reservatório. O primeiro membro de reservatório pode ser recebido pelo segundo membro de reservatório.[0009] The pressure transducer may include a second interface between one of the reservoirs and the downhole fluid, the second interface comprising a second bending element that responds to the high frequency acoustic pressure signal incident on the transducer. A first reservoir of reservoirs may be defined by a first reservoir member and a second reservoir of reservoirs may be defined by a second reservoir member. The first reservoir member is receiveable by the second reservoir member.
[0010] As dimensões e orientações dos reservatórios podem ser configuradas para suprimir os sinais de pressão quasi-hidrostática induzidos por aceleração, produzindo uma pressão no elemento de flexão no primeiro reservatório substancialmente igual a outra pressão no elemento de flexão no segundo reservatório. Em algumas modalidades dos aparelhos, todo plano normal a uma linha que intercepta o centro de gravidade dos volumes combinados de fluido do reservatório intercepta: i) tanto o primeiro reservatório quanto o segundo reservatório ou ii) nem o primeiro reservatório nem o segundo reservatório.[0010] The dimensions and orientations of the reservoirs can be configured to suppress acceleration-induced quasi-hydrostatic pressure signals, producing a pressure in the flexing element in the first reservoir substantially equal to another pressure in the flexing element in the second reservoir. In some embodiments of apparatus, every plane normal to a line intersecting the center of gravity of the combined reservoir fluid volumes intersects: i) both the first reservoir and the second reservoir, or ii) neither the first reservoir nor the second reservoir.
[0011] O transdutor pode compreender um elemento de flexão que suporta o membro de flexão. O transdutor pode compreender um elemento de flexão que suporta o membro de flexão e é configurado para amplificar o movimento do membro de flexão. O meio pode compreender grades de Bragg em fibra posicionadas em relação ao elemento de flexão próximo a uma localização de deslocamento máximo do meio. O transdutor pode incluir um reservatório preenchido com um fluido de dilatação. O fluido de dilatação pode ser configurado para agir, responsivo ao sinal acústico de pressão de alta frequência, como um sólido que transmite o sinal acústico de pressão de alta frequência para o membro flexionado e, responsivo ao ruído de pressão ambiente, como um líquido que impede a transmissão do ruído da pressão ambiente para o membro de flexão.[0011] The transducer may comprise a bending member supporting the bending member. The transducer may comprise a bending member that supports the bending member and is configured to amplify movement of the bending member. The medium may comprise fiber Bragg gratings positioned relative to the bending member near a location of maximum displacement of the medium. The transducer may include a reservoir filled with a swelling fluid. The dilation fluid can be configured to act, responsive to the high frequency pressure acoustic signal, as a solid that transmits the high frequency acoustic pressure signal to the flexed limb and, responsive to ambient pressure noise, as a liquid that prevents the transmission of ambient pressure noise to the bending member.
[0012] Os métodos incluem usar um transdutor de pressão compreendendo um membro de flexão ligado a um meio óptico para converter um sinal acústico de pressão de baixa amplitude e baixa frequência dentro de uma pressão de furo de poço nominal incidente no transdutor para uma tensão alternada no meio óptico ao longo de um eixo do meio através do movimento do elemento de flexão enquanto se suprime a conversão de sinais de baixa frequência e pressão constante em tensão do meio óptico, o sinal acústico de pressão propagado através de um fluido no fundo do poço acoplado ao transdutor; e usar um detector para gerar informação de medição acústica responsiva à radiação eletromagnética recebida transmitida através do meio ao longo do eixo, sendo pelo menos uma propriedade óptica do meio responsiva à tensão alternada no meio, de maneira tal que a radiação eletromagnética recebida pelo detector represente o sinal acústico. Os métodos podem incluir o uso de informações de medição acústica para estimar um parâmetro de interesse, tal como uma propriedade da formação ou do furo de poço. O parâmetro de interesse pode ser pelo menos um de: i) uma lentidão de um volume de interesse da formação; ii) uma mensagem de comunicação de dados acústicos; iii) um afastamento do transdutor para uma parede do furo de poço; iv) uma geometria do furo de poço; e v) uma velocidade de som do fluido no fundo do poço.[0012] The methods include using a pressure transducer comprising a bending member connected to an optical means to convert a low-amplitude, low-frequency acoustic pressure signal within a nominal borehole pressure incident on the transducer to an alternating voltage in the optical medium along a medium axis through the movement of the bending element while suppressing the conversion of low frequency and constant pressure signals into voltage of the optical medium, the acoustic pressure signal propagated through a fluid at the bottom of the well coupled to the transducer; and using a detector to generate acoustic measurement information responsive to received electromagnetic radiation transmitted through the medium along the axis, at least one optical property of the medium being responsive to the alternating voltage in the medium such that the electromagnetic radiation received by the detector represents the acoustic signal. Methods may include using acoustic measurement information to estimate a parameter of interest, such as a formation or borehole property. The parameter of interest can be at least one of: i) a slowness of a volume of interest of the formation; ii) an acoustic data communication message; iii) an offset of the transducer to a wellbore wall; iv) a borehole geometry; and v) a sound velocity of the fluid at the bottom of the well.
[0013] Algumas modalidades incluem um produto de meio não transitório, lido por computador e acessível ao processador e com instruções sobre o mesmo que, quando executadas, fazem com que pelo menos um processador execute os métodos descritos anteriormente. As modalidades dos aparelhos podem incluir pelo menos um processador e uma memória de computador acessível a pelo menos um processador compreendendo um meio lido por computador com instruções sobre o mesmo que, quando executada, fazem com que pelo menos um processador execute os métodos descritos anteriormente.[0013] Some embodiments include a non-transient, computer-readable, processor-accessible medium product with instructions thereon that, when executed, cause at least one processor to execute the methods described above. Embodiments of the apparatus may include at least one processor and computer memory accessible to the at least one processor comprising a computer-readable medium with instructions thereon which, when executed, cause the at least one processor to execute the methods described above.
[0014] Exemplos de algumas características da divulgação podem ser resumidos de uma forma bastante ampla aqui a fim de que a descrição detalhada dos mesmos possa ser mais bem compreendida e a fim de que as contribuições que elas representam para a técnica possam ser reconhecidas.[0014] Examples of some features of the disclosure can be summarized quite broadly here in order that the detailed description thereof can be better understood and in order that the contributions they represent to the art can be recognized.
[0015] Para uma compreensão detalhada da presente divulgação, deve ser feita referência à seguinte descrição detalhada das modalidades tomada em conjunto com os desenhos anexos nos quais os elementos semelhantes receberam numerais semelhantes, em que: As FIGS. 1A e 1B ilustram os componentes de sistemas de acordo com as modalidades da presente divulgação; As FIGS. 2A a 2C são diagramas esquemáticos que ilustram a operação de modalidades do dispositivo incluindo sensores acústicos de acordo com modalidades da presente divulgação; FIG. 3A mostra um diagrama esquemático que ilustra um sensor acústico de acordo com as modalidades da presente divulgação; FIG. 3B ilustra um sensor incluindo múltiplos transdutores de pressão em uma única fibra; As FIGS. 4A a 4H ilustram transdutores de acordo com as modalidades da presente divulgação; As FIGS. 5A e 5B ilustram componentes do transdutor de acordo com as modalidades da presente divulgação; A FIG. 6 ilustra outro transdutor de acordo com as modalidades da presente divulgação; A FIG. 7A mostra um fluxograma que ilustra os métodos para realizar a perfilagem de poços em um furo de poço que intercepta uma formação de terra de acordo com as modalidades da presente divulgação; A FIG. 7B mostra um fluxograma que ilustra os métodos para obter dados acústicos.[0015] For a detailed understanding of the present disclosure, reference should be made to the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings in which like elements have been given like numerals, in which: FIGS. 1A and 1B illustrate components of systems in accordance with embodiments of the present disclosure; FIGS. 2A to 2C are schematic diagrams illustrating operation of device embodiments including acoustic sensors in accordance with embodiments of the present disclosure; FIG. 3A shows a schematic diagram illustrating an acoustic sensor in accordance with the embodiments of the present disclosure; FIG. 3B illustrates a sensor including multiple pressure transducers in a single fiber; FIGS. 4A to 4H illustrate transducers in accordance with embodiments of the present disclosure; FIGS. 5A and 5B illustrate transducer components in accordance with embodiments of the present disclosure; FIG. 6 illustrates another transducer in accordance with embodiments of the present disclosure; FIG. 7A shows a flowchart illustrating methods for performing well logging in a borehole intersecting an earth formation in accordance with the embodiments of the present disclosure; FIG. 7B shows a flowchart illustrating methods for obtaining acoustic data.
[0016] Aspectos da presente divulgação se referem aos aparelhos e métodos para a perfilagem de poços acústicos, incluindo a medição e interpretação de fenômenos físicos indicativos de parâmetros de interesse da formação, do furo de poço ou dos fluidos do fundo de poço, incluindo perfil sísmico vertical (utilizando medições sísmicas do furo de poço). Os aspectos da presente divulgação incluem um novo sensor acústico (por exemplo, um hidrofone) bem adequado para detectar diferenças de pressão muito pequenas (por exemplo, sinais acústicos) em um ambiente de alta pressão. Os aspectos da divulgação podem ser adequados para a detecção de limites refletivos acusticamente (aqui referidos como “refletores” ou “limites”), por exemplo, estruturas geológicas e parâmetros relacionados de interesse (por exemplo, propriedades desses limites) de dados de conjuntos acústicos de furo de poço.[0016] Aspects of this disclosure refer to apparatus and methods for profiling acoustic wells, including the measurement and interpretation of physical phenomena indicative of parameters of interest in the formation, the wellbore or the bottom-hole fluids, including profile vertical seismic (using borehole seismic measurements). Aspects of the present disclosure include a novel acoustic sensor (e.g., a hydrophone) well suited to detecting very small pressure differences (e.g., acoustic signals) in a high-pressure environment. Aspects of the disclosure may be suitable for detecting acoustically reflective boundaries (herein referred to as "reflectors" or "boundaries"), e.g. geological structures and related parameters of interest (e.g. properties of those boundaries) from acoustic ensemble data well hole.
[0017] Os aspectos da divulgação incluem a aquisição de um perfil sísmico vertical (VSP) usando um sensor dentro do furo do poço e uma fonte na superfície próxima ao poço. Medições VSP podem resultar em imagens de maior resolução que imagens sísmicas de superfície. Medições VSP também podem ser usadas para olhar para frente da broca durante as operações de perfuração. Uma fonte sísmica de superfície (por exemplo, um vibrador de placa em terra, uma pistola de ar no mar) pode ser usada para gerar os sinais acústicos detectados.[0017] Aspects of the disclosure include acquisition of a vertical seismic profile (VSP) using a sensor inside the wellbore and a surface source close to the wellbore. VSP measurements can result in higher resolution images than surface seismic images. VSP measurements can also be used to look ahead of the bit during drilling operations. A surface seismic source (eg plate shaker on land, air gun at sea) can be used to generate the detected acoustic signals.
[0018] As modalidades da divulgação incluem métodos de avaliação de uma formação de terra. Os métodos podem incluir a implementação de um conjunto de receptores sísmicos em um furo de poço e o registro de sinais sísmicos no conjunto de receptores que respondem a uma ativação de uma fonte sísmica em uma pluralidade de posições na superfície da terra. Para uma geometria de contorno, o método pode ainda incluir estimativas, desde tempos de viagem de ondas sísmicas da pluralidade de posições de origem até a pluralidade de receptores, velocidades de propagação de ondas sísmicas ao longo de uma pluralidade de intervalos. Os parâmetros estimados (por exemplo, velocidades verticais, parâmetros estimados de anisotropia, etc.) podem ser usados para processar mais dados sísmicos de superfície para fornecer uma imagem sísmica em profundidade para fins de interpretação.[0018] Disclosure modalities include methods of evaluating a land formation. Methods may include deploying a set of seismic receivers in a borehole and recording seismic signals on the set of receivers that respond to an activation of a seismic source at a plurality of positions on the earth's surface. For a boundary geometry, the method may further include estimations, from travel times of seismic waves from the plurality of source positions to the plurality of receivers, propagation velocities of seismic waves over a plurality of intervals. The estimated parameters (eg vertical velocities, estimated anisotropy parameters, etc.) can be used to process further surface seismic data to provide a depth seismic image for interpretation purposes.
[0019] Os aspectos da divulgação podem se referir à inversão sísmica, em que os dados de reflexão sísmica são processados para recuperar os parâmetros de interesse incluindo as propriedades de um volume de interesse da formação, tal como uma porção da matriz de rocha saturada. Tais parâmetros podem incluir impedância acústica, impedância de cisalhamento, densidade, parâmetros de anisotropia e assim por diante. A execução da inversão pode incluir o uso de outras restrições geradas a partir de medições adicionais do reservatório (por exemplo, registros de poços). Outros aspectos se referem à estimativa de lentidão de formação, mensagens de comunicação de dados acústicos (por exemplo, pulso de lama, etc.), isolamento acústico, paquímetro acústico, medições gerais da velocidade do som e assim por diante.[0019] Disclosure aspects may refer to seismic inversion, in which seismic reflection data are processed to recover the parameters of interest including the properties of a formation volume of interest, such as a portion of the saturated rock matrix. Such parameters may include acoustic impedance, shear impedance, density, anisotropy parameters and so on. Performing the inversion may include the use of other constraints generated from additional reservoir measurements (eg well logs). Other aspects relate to formation slowness estimation, acoustic data communication messages (eg, mud pulse, etc.), acoustic insulation, acoustic caliper, general sound velocity measurements, and so on.
[0020] Sabe-se detectar sinais acústicos em líquidos com hidrofones empregando fibras ópticas que transportam grades de Bragg (FBG) de fibra. Esses sensores usam o FBG em combinação com um transdutor de pressão que converte o sinal acústico (por exemplo, pressões alternadas) em tensão alternada que atua na fibra óptica ao longo do eixo da fibra. O FBG reflete uma pequena porção espectral da luz que se propaga na fibra óptica. O comprimento de onda central deste espectro muda com a quantidade medida (por exemplo, pressão), que é detectada usando um detector óptico em uma extremidade da fibra (detectando o espectro refletido ou o restante).[0020] It is known to detect acoustic signals in liquids with hydrophones employing optical fibers carrying fiber Bragg gratings (FBG). These sensors use the FBG in combination with a pressure transducer that converts the acoustic signal (eg alternating pressures) into an alternating voltage that acts on the optical fiber along the fiber axis. The FBG reflects a small spectral portion of the light that propagates in the optical fiber. The central wavelength of this spectrum changes with the measured quantity (eg pressure), which is detected using an optical detector at one end of the fiber (detecting the reflected spectrum or the remainder).
[0021] Em aspectos da presente divulgação, as grades de Bragg podem ser escritas na fibra ou outro meio óptico (por exemplo, vidro a granel ou folha de vidro) utilizando um laser de fentossegundo. Esta técnica permite a impressão de várias formas de grade, modificando o período e profundidade de grade e, portanto, perceber uma grande variedade de efeitos, incluindo grades apodizadas, pi-deslocado e chilreado, entre outros. Além disso, este processo pode ser aplicado a fibras ópticas padrão. Ao contrário, os métodos baseados em luz UV, que podem ser vantajosos em aplicações particulares, podem requerer núcleos de fibra fotossensíveis e podem sofrer escurecimento por hidrogênio em condições de fundo de poço. O uso do processo baseado em laser de fentossegundo pode aumentar a vida útil da fibra e reduzir potencialmente os custos de embalagem.[0021] In aspects of the present disclosure, Bragg gratings can be written onto the fiber or other optical medium (e.g. bulk glass or sheet glass) using a femtosecond laser. This technique allows printing of various grid shapes, modifying grid period and depth, and therefore realizing a wide variety of effects, including apodized, pi-shifted, and chirped grids, among others. Furthermore, this process can be applied to standard optical fibers. In contrast, UV light-based methods, which may be advantageous in particular applications, may require photosensitive fiber cores and may undergo hydrogen darkening under downhole conditions. Using the femtosecond laser-based process can increase fiber life and potentially reduce packaging costs.
[0022] Para obter hidrocarbonetos, tais como óleo e gás, os poços (furos de poços) são perfurados através de formações de subsuperfície contendo hidrocarbonetos. Recentemente, poços horizontais, que se estendem de vários milhares de metros (poços de “alcance estendido”), foram perfurados para acessar as reservas de hidrocarbonetos nos flancos do reservatório e desenvolver campos de satélites de plataformas marítimas existentes. As ferramentas de perfilagem acústica de fundo de poço, que são usadas para investigar recursos de subsuperfície, podem incluir um ou mais transmissores ou fontes acústicas e vários receptores acústicos. Alternativamente, o furo perfurado pode ser equipado com sensores acústicos independentes.[0022] To obtain hydrocarbons such as oil and gas, wells (well holes) are drilled through subsurface formations containing hydrocarbons. Recently, horizontal wells extending several thousand meters (“extended reach” wells) have been drilled to access hydrocarbon reserves on the reservoir flanks and to develop satellite fields from existing offshore platforms. Downhole acoustic profiling tools, which are used to investigate subsurface features, can include one or more acoustic transmitters or sources and multiple acoustic receivers. Alternatively, the drilled hole can be equipped with independent acoustic sensors.
[0023] As condições ambientais em poços profundos de petróleo, tais como, por exemplo, poços subterrâneos ou submarinos, são muito severas. As temperaturas podem se aproximar de 250 graus Celsius e as pressões podem atingir 20 a 30.000 psi (200 MPa) ou mais. Além das rigorosas especificações das ferramentas necessárias para evitar o desgaste prematuro ou a falha, essas pressões muito altas também exacerbam a pequena amplitude do sinal desejado e tornam problemática a detecção precisa do sinal. A variação no sinal acústico de pressão pode ser, por exemplo, 1 Pa a 10 kPa (10-4 a 1 psi), na pressão de deslocamento constante muito grande provida pela pressão ambiente do furo. Assim, uma razão de uma amplitude de sinal média do sinal acústico de pressão de alta frequência para a pressão nominal do furo é muitas vezes inferior a 10-3 e pode atingir o intervalo de 10-4 a 10-6 ou menos. Por exemplo, pode ser desejável que uma pressão de sinal inferior a 0,1 psi seja detectada em uma pressão de deslocamento de 20.000 psi ou mais.[0023] The environmental conditions in deep oil wells, such as, for example, underground or subsea wells, are very severe. Temperatures can approach 250 degrees Celsius and pressures can reach 20 to 30,000 psi (200 MPa) or more. In addition to the stringent tooling specifications needed to prevent premature wear or failure, these very high pressures also exacerbate the small amplitude of the desired signal and make accurate signal detection problematic. The variation in the acoustic pressure signal can be, for example, 1 Pa to 10 kPa (10-4 to 1 psi), at the very large constant displacement pressure provided by the ambient borehole pressure. Thus, a ratio of an average signal amplitude of the high frequency pressure acoustic signal to the nominal borehole pressure is often less than 10-3 and can range from 10-4 to 10-6 or less. For example, it may be desirable for a signal pressure of less than 0.1 psi to be detected at a displacement pressure of 20,000 psi or greater.
[0024] Assim, os aspectos da presente divulgação incluem métodos e aparelhos para uso em um furo que detecta os sinais acústicos. As modalidades gerais do aparelho podem compreender um sensor acústico incluindo um transdutor de pressão que compreende um membro de flexão ligado a um meio óptico. Um sinal acústico de pressão pode ser propagado através de um fluido no fundo do poço acoplado ao transdutor. O transdutor pode ser configurado para converter um sinal acústico de pressão de baixa amplitude e alta frequência dentro de uma pressão de furo nominal incidente no transdutor para uma tensão alternada no meio óptico ao longo de um eixo do meio através do movimento do membro de flexão. A configuração pode ser de maneira tal que isto seja conseguido ao mesmo tempo em que se suprime a conversão tanto de sinais de baixa frequência quanto de sinais de pressão constante em tensão do meio óptico. O transdutor de pressão pode ser configurado adicionalmente para filtrar mecanicamente em fluido ruído da pressão ambiente de baixa frequência.[0024] Thus, aspects of the present disclosure include methods and apparatus for use in a hole that detect acoustic signals. General embodiments of the apparatus may comprise an acoustic sensor including a pressure transducer comprising a bending member connected to an optical means. An acoustic pressure signal can be propagated through a downhole fluid coupled to the transducer. The transducer may be configured to convert a low amplitude, high frequency acoustic pressure signal within a nominal bore pressure incident on the transducer to an alternating voltage in the optical medium along a medium axis through movement of the bending member. The configuration can be such that this is achieved while suppressing the conversion of both low frequency signals and constant pressure signals into voltage from the optical medium. The pressure transducer can be further configured to mechanically filter out low frequency ambient pressure noise in fluid.
[0025] Um detector pode ser configurado para gerar informação de medição acústica responsiva à radiação eletromagnética recebida transmitida através do meio ao longo do eixo, com a pelo menos uma propriedade óptica do meio sendo responsiva à tensão alternada no meio, de maneira tal que a radiação eletromagnética recebida pelo meio detector represente o sinal acústico. Ver, por exemplo, a Patente US 6.396.572 de Chang et al.[0025] A detector may be configured to generate acoustic measurement information responsive to received electromagnetic radiation transmitted through the medium along the axis, with the at least one optical property of the medium being responsive to the alternating voltage in the medium, such that the electromagnetic radiation received by the detector medium represents the acoustic signal. See, for example, US Patent 6,396,572 to Chang et al.
[0026] Em modalidades particulares, o transdutor de pressão compreende uma interface entre os reservatórios contendo um fluido de reservatório. A interface pode incluir o elemento de flexão e pelo menos uma abertura que permite a comunicação do fluido do reservatório entre os reservatórios. A abertura e os reservatórios podem ser configurados para filtrar mecanicamente em fluido ruído da pressão ambiente utilizando o fluxo de desvio do fluido do reservatório através da abertura via equalização de pressão. O transdutor de pressão pode incluir adicionalmente uma segunda interface entre um dos reservatórios e o fluido do fundo do poço, a segunda interface compreendendo um segundo membro de flexão que responde ao sinal acústico de pressão de alta frequência incidente no transdutor. O transdutor pode incluir um elemento de flexão que suporta o membro de flexão.[0026] In particular embodiments, the pressure transducer comprises an interface between reservoirs containing a reservoir fluid. The interface may include the flex element and at least one opening that allows communication of reservoir fluid between the reservoirs. The aperture and reservoirs can be configured to mechanically filter in fluid noise from ambient pressure utilizing the bypass flow of reservoir fluid through the aperture via pressure equalization. The pressure transducer may further include a second interface between one of the reservoirs and the downhole fluid, the second interface comprising a second bending member that responds to the high frequency acoustic pressure signal incident on the transducer. The transducer may include a bending member that supports the bending member.
[0027] Em outras modalidades, o transdutor pode ser implementado com um reservatório preenchido com um fluido de dilatação. O fluido de dilatação pode ser configurado para agir, responsivo ao sinal acústico de pressão de alta frequência, como um sólido que transmite o sinal acústico de pressão de alta frequência para o membro de flexão; responsivo ao ruído de pressão ambiente, o fluido de dilatação pode ser configurado para agir como um líquido que impede a transmissão do ruído da pressão ambiente para o membro de flexão.[0027] In other embodiments, the transducer can be implemented with a reservoir filled with an expansion fluid. The dilating fluid can be configured to act, responsive to the high frequency pressure acoustic signal, like a solid transmitting the high frequency pressure acoustic signal to the bending member; Responsive to ambient pressure noise, the swelling fluid can be configured to act as a liquid preventing the transmission of ambient pressure noise to the bending member.
[0028] Aspectos da presente divulgação se referem à utilização de pelo menos um sensor acústico como parte de uma ou mais ferramentas de registro de poços acústicos no poço ou sistemas de sensores distribuídos para produzir informações acústicas que respondem a um sinal de pressão recebido no sensor da formação da terra. O sinal pode ser de natureza sísmica ou pode ser gerado de excitações no furo. Pelo menos um receptor acústico pode ser disposto no furo. A informação é indicativa de um parâmetro de interesse. O termo “informação”, tal como aqui utilizado, inclui qualquer forma de informação (analógica, digital, EM, impressa, etc.) e pode incluir um ou mais de: dados brutos, dados processados e sinais.[0028] Aspects of the present disclosure refer to the use of at least one acoustic sensor as part of one or more acoustic well recording tools in the well or distributed sensor systems to produce acoustic information that responds to a pressure signal received at the sensor of earth formation. The signal may be seismic in nature or may be generated from excitations in the borehole. At least one acoustic receiver can be disposed in the hole. The information is indicative of a parameter of interest. The term "information", as used herein, includes any form of information (analog, digital, EM, print, etc.) and can include one or more of: raw data, processed data and signals.
[0029] Os métodos podem incluir estimar um parâmetro de interesse a partir da informação, avaliar a formação usando o parâmetro de interesse e/ou realizar outras operações de furo ou formação na dependência da localização dos pontos de reflexão, a localização do limite, o parâmetro de interesse da fronteira ou outros parâmetros de interesse derivados destes. Em modalidades particulares, um estado de operações de perfuração, características do poço ou formação ou orientação de componentes da ferramenta de fundo de poço, pode ser estimado usando o parâmetro de interesse e então usado na execução de uma operação como descrito anteriormente.[0029] The methods may include estimating a parameter of interest from the information, evaluating the formation using the parameter of interest and/or performing other drilling or formation operations depending on the location of the reflection points, the location of the boundary, the boundary parameter of interest or other parameters of interest derived from these. In particular embodiments, a state of drilling operations, wellbore characteristics or formation or orientation of downhole tool components, can be estimated using the parameter of interest and then used in performing an operation as described above.
[0030] Aspectos da presente divulgação estão sujeitos à aplicação em várias modalidades diferentes. O sensor pode ser usado em conjunto com um transportador, como uma coluna de perfuração, uma bobina, uma linha de elástica, uma linha eletrônica, uma linha fixa, etc. O sensor pode ser disposto na ferramenta para medição, implantado a partir da ferramenta ou implantado separadamente (precedendo ou subsequentemente ao transporte da ferramenta no furo). Os sensores, ferramentas de furo e outros componentes do sistema podem ser acoplados ou combinados com ferramentas adicionais incluindo, por exemplo, algum ou todo o sistema de processamento de informação, como mostrado na FIG. 1B, discutido em mais detalhes a seguir. Em algumas modalidades gerais, o transportador é implementado como uma coluna de ferramenta de um sistema de perfuração e a perfilagem de furo de poço acústica pode ser caracterizada como operações de “perfilagem durante perfuração” (LWD) ou “medição durante perfuração” (MWD). Como aqui descrito, “poço” ou “furo de poço” se refere a um único furo que constitui a totalidade ou parte de um poço perfurado. Dependendo da configuração, os sistemas mostrados aqui podem ser usados durante a perfuração e/ou após a formação do furo de poço incluindo, em alguns casos, após a instalação da infraestrutura de revestimento ou de produção. Embora um sistema de terra seja mostrado, os ensinamentos da presente divulgação também podem ser utilizados em aplicações marítimas ou submarinas. Como aqui descrito, “formações” se referem às várias características e materiais que podem ser encontrados em um ambiente de subsuperfície e circundam o furo.[0030] Aspects of the present disclosure are subject to application in several different embodiments. The sensor can be used together with a conveyor, such as a drill string, a coil, an elastic line, an electronic line, a fixed line, etc. The sensor can be disposed on the tool for measurement, deployed from the tool, or deployed separately (preceding or subsequent to transporting the tool into the hole). The sensors, hole tools and other components of the system can be coupled or combined with additional tools including, for example, some or all of the information processing system, as shown in FIG. 1B, discussed in more detail below. In some general embodiments, the conveyor is implemented as a tool string of a drilling system, and acoustic borehole logging can be characterized as "logging while drilling" (LWD) or "measuring while drilling" (MWD) operations. . As described herein, "well" or "wellhole" refers to a single hole that constitutes all or part of a drilled well. Depending on the configuration, the systems shown here can be used during drilling and/or after wellbore formation including, in some cases, after installation of casing or production infrastructure. Although a land system is shown, the teachings of the present disclosure can also be used in marine or subsea applications. As described herein, “formations” refer to the various features and materials that can be found in a subsurface environment and surround the borehole.
[0031] As FIGS. 1A e 1B ilustram os componentes de sistemas de acordo com as modalidades da presente divulgação. A FIG. 1A ilustra esquematicamente um sistema 100 tendo uma ferramenta de fundo de poço 10 configurada para adquirir informação para estimar um parâmetro de interesse de fundo de poço (por exemplo, um valor de uma propriedade da formação 80, furo 50 ou fluido de fundo de poço 90 nele) usando um instrumento de medição acústico. 40. Um módulo do transdutor 45 pode definir uma porção da superfície exterior do instrumento, se estender do corpo de ferramenta 30 para dentro do furo ou ser arrastado atrás do corpo de ferramenta 30. O pelo menos um instrumento de medição 40 responde ao parâmetro de interesse. Exemplos não limitantes de fluidos de fundo de poço incluem fluidos de perfuração, fluidos de retorno, fluidos de formação, fluidos de produção contendo um ou mais hidrocarbonetos, óleos e solventes utilizados em conjunto com ferramentas de fundo de poço, água, salmoura, fluidos projetados e combinações dos mesmos.[0031] FIGS. 1A and 1B illustrate components of systems in accordance with embodiments of the present disclosure. FIG. 1A schematically illustrates a
[0032] O sistema 100 pode incluir uma torre convencional 60 erguida num piso de torre 70. Um dispositivo de transporte (transportador 15) que pode ser rígido ou não rígido pode ser configurado para transportar a ferramenta de fundo de poço 10 para o furo de poço 50 próximo a um volume de interesse 80 de uma formação de terra 85. O transportador 15 pode ser uma coluna de perfuração, tubulação espiralada, um cabo liso, uma linha eletrônica, um cabo de aço, etc. A ferramenta de fundo de poço 10 pode ser acoplada ou combinada com ferramentas adicionais, por exemplo, parte ou todo o sistema de processamento de informação (inserir). Assim, dependendo da configuração, a ferramenta 10 pode ser usada durante a perfuração e/ou após o furo de poço 50 ter sido formado. Como aqui descrito, “poço” ou “furo de poço” se refere a um único furo que constitui a totalidade ou parte de um poço perfurado. Embora um sistema de terra seja mostrado, os ensinamentos da presente divulgação também podem ser utilizados em aplicações marítimas ou submarinas. O transportador 15 pode incluir condutores embutidos para energia e/ou dados para fornecer sinal e/ou comunicação de energia entre o equipamento de superfície e de poço (por exemplo, um cabo de sete condutores). O transportador 15 pode incluir um conjunto de fundo de poço pode incluir um motor de perfuração para girar uma broca de perfuração.[0032] The
[0033] O fluido do fundo de poço (por exemplo, fluido de perfuração ou “lama”) 90 pode estar presente entre a formação 85 e a ferramenta de fundo de poço 10. Um sistema de controle de superfície 65 recebe sinais do (s) instrumento (s) de medição acústica (s) 40 e outros sensores utilizados no sistema 100 e processa esses sinais de acordo com instruções programadas fornecidas ao sistema de controle da superfície 65. O sistema de controle de superfície 65 pode exibir os parâmetros desejados e outras informações em um visor/monitor que é utilizado por um operador. O sistema de controle de superfície 65 pode se comunicar ainda com um sistema de controle de fundo de poço 20 em uma localização adequada na ferramenta de fundo de poço 10. O sistema de controle de superfície 65 pode processar dados relacionados às operações e dados dos sensores 40 e pode controlar uma ou mais operações de fundo do poço realizadas pelo sistema 100.[0033] The downhole fluid (e.g., drilling fluid or "mud") 90 may be present between the
[0034] Em uma modalidade, os componentes eletrônicos 30 associados ao sensor 40 podem ser configurados para registrar e/ou processar a informação obtida. Certas modalidades da presente divulgação podem ser implementadas com um ambiente de hardware que inclui um processador de informação 17, um meio de armazenamento de informação 13, um dispositivo de entrada 11, memória de processador 9 e pode incluir meio de armazenamento de informação periférica 19. O ambiente de hardware pode estar no poço, na sonda ou em um local remoto. Além disso, os vários componentes do ambiente de hardware podem ser distribuídos entre esses locais. O dispositivo de entrada 11 pode ser qualquer leitor de dados ou dispositivo de entrada do usuário, como leitor de cartão de dados, teclado, porta USB, etc. O meio de armazenamento de informação 13 armazena a informação fornecida pelos detectores. O suporte de armazenamento de informações 13 pode incluir qualquer meio não transitório legível por computador para armazenamento padrão de informações do computador, como uma unidade USB, cartão de memória, disco rígido, RAM removível, EPROMs, EAROMs, memórias de flash e discos ópticos ou outro sistema de armazenamento de memória comumente usado sistema conhecido por um versado na matéria, incluindo o armazenamento baseado na Internet. O meio de armazenamento de informações 13 armazena um programa que, quando executado, faz com que o processador de informação 17 execute o método divulgado. O meio de armazenamento de informação 13 também pode armazenar a informação de formação fornecida pelo usuário, ou a informação de formação pode ser armazenada num meio de armazenamento de informação periférica 19, que pode ser qualquer dispositivo de armazenamento de informação de computador padrão, como uma unidade USB, cartão de memória, disco rígido, memória RAM removível ou outro sistema de armazenamento de memória comumente usado por um versado na técnica, incluindo o armazenamento baseado na Internet. O processador de informação 17 pode ser qualquer forma de computador ou hardware de processamento matemático, incluindo hardware baseado na Internet. Quando o programa é carregado a partir do meio de armazenamento de informações 13 na memória do processador 9 (por exemplo, RAM do computador), o programa, quando executado, faz com que o processador de informações 17 recupere informações de detector a partir do meio de armazenamento de informação 13 ou do meio de armazenamento de informações periférico 19 e processe as informações para estimar um parâmetro de interesse. O processador de informação 17 pode estar localizado na superfície ou no fundo de poço.[0034] In one embodiment, the
[0035] O termo “informação” como usado aqui inclui qualquer forma de informações (analógica, digital, EM, impressa, etc.). Tal como aqui utilizado, um processador é qualquer dispositivo de processamento de informações que transmite, recebe, manipula, converte, calcula, modula, transpõe, transporta, armazena ou utiliza informações. Em vários aspectos não limitativos da divulgação, um dispositivo de processamento de informação inclui um computador que executa instruções programadas para executar vários métodos. Essas instruções podem fornecer a operação do equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções além das funções descritas nesta divulgação. O processador pode executar instruções armazenadas em memória de computador acessíveis ao processador ou pode empregar lógica implementada como matrizes de portas programáveis em campo ('FPGAs'), circuitos integrados específicos da aplicação ('ASICs'), outro hardware de lógica combinatória ou sequencial e assim por diante.[0035] The term “information” as used herein includes any form of information (analog, digital, EM, print, etc.). As used herein, a processor is any information processing device that transmits, receives, manipulates, converts, computes, modulates, transposes, transports, stores or uses information. In various non-limiting aspects of the disclosure, an information processing device includes a computer that executes programmed instructions to perform various methods. These instructions may provide for equipment operation, control, data collection and analysis, and other functions in addition to the functions described in this disclosure. The processor may execute instructions stored in computer memory accessible to the processor, or it may employ logic implemented as field-programmable gate arrays ('FPGAs'), application-specific integrated circuits ('ASICs'), other combinatorial or sequential logic hardware, and so on.
[0036] Para realizar as medições durante um único desarme, a ferramenta pode usar uma transmissão de alta largura de banda para transmitir as informações adquiridas pelos detectores 20, 30 para a superfície para análise. Por exemplo, uma linha de comunicação para transmitir a informação adquirida pode ser uma fibra óptica, um condutor de metal ou qualquer outro meio condutor de sinal adequado. Deve-se perceber que o uso de uma linha de comunicação de “alta largura de banda” pode permitir que o pessoal de superfície monitore e controle as operações em “tempo quase real.”[0036] To perform the measurements during a single trip, the tool can use a high bandwidth transmission to transmit the information acquired by the
[0037] Um ponto de novidade do sistema ilustrado na FIG. 1A é que o sistema de controle de superfície 65 e/ou o sistema de controle de fundo de poço 20 estão configurados para executar certos métodos (discutidos a seguir) que não estão na técnica anterior. Um sistema de controle de superfície ou sistema de controle de fundo de poço pode ser configurado para controlar a ferramenta descrita anteriormente e quaisquer sensores incorporados e para estimar um parâmetro de interesse de acordo com os métodos aqui descritos.[0037] A novelty point of the system illustrated in FIG. 1A is that
[0038] Aspectos da presente divulgação estão sujeitos à aplicação em várias modalidades diferentes. Em algumas modalidades gerais, o transportador 15 é implementado como uma coluna de ferramenta de um sistema de perfuração e as medições tomadas no poço podem ser caracterizadas como operações de “perfilagem durante a perfuração” (LWD) ou “medição durante a perfuração” (MWD).[0038] Aspects of the present disclosure are subject to application in several different embodiments. In some general embodiments, the
[0039] A FIG. 1B mostra uma modalidade exemplar de um sistema MWD para avaliação de uma formação de terra utilizando medições de uma ferramenta de medição acústica. O sistema 101 inclui um transportador 111 que é mostrado disposto em um furo de poço ou poço 50 que penetra pelo menos em uma formação de terra 195. O sistema 101 também inclui uma ferramenta 110 configurada para fazer medições acústicas no furo.[0039] FIG. 1B shows an exemplary embodiment of an MWD system for evaluating a land formation using measurements from an acoustic measurement tool.
[0040] A FIG 1B mostra uma coluna de perfuração 120 incluindo um conjunto de fundo de poço (BHA) 190 transportada no poço 50 como o transportador. O sistema de perfuração 101 inclui uma torre convencional 111 erguida em uma plataforma ou piso 112 que apoia uma mesa rotativa 114 que é girada por um motor principal, tal como um motor elétrico (não mostrado) a uma velocidade de rotação desejada. Uma tubulação (tal como tubo de perfuração articulado 122), tendo o conjunto de perfuração 190 fixado na sua extremidade inferior da superfície para a base 151 do fundo 50. Uma broca de perfuração 150, fixada ao conjunto de perfuração 190, desintegra as formações geológicas quando ela é girada para perfurar furo 50. A coluna de perfuração 120 é acoplada a um guincho de perfuração 130 por meio de uma junta kelly 121, pivô 128 e linha 129 através de uma polia. O guincho de perfuração 130 é operado para controlar o peso na broca (“WOB”). A coluna de perfuração 120 pode ser girada por um top drive (não mostrado) em vez do motor principal e da mesa rotativa 114. Alternativamente, uma tubulação espiralada pode ser usada como a tubulação 122. Um injetor de tubulação 114a pode ser usado para transportar a tubulação espiralada tendo o conjunto de perfuração fixado na sua extremidade inferior. As operações dos guinchos de perfuração 130 e do injetor de tubulação 114a são conhecidas na técnica e, portanto, não são aqui descritas em detalhes.[0040] FIG 1B shows a
[0041] Deve-se entender que as modalidades da presente divulgação são bem adequadas para uso em poços tendo várias configurações, incluindo poços horizontais, poços desviados, poços inclinados, poços multilaterais e assim por diante. Consequentemente, o uso de termos direcionais aqui (por exemplo, acima, abaixo, superior, inferior, para cima, para baixo, mais acima, mais abaixo, furo acima, furo abaixo, etc.) se refere à direção de deslocamento ao longo do furo, seja em direção ou afastado da superfície, com a direção para cima sendo em direção à superfície e a direção para baixo sendo afastado da superfície.[0041] It is to be understood that the embodiments of the present disclosure are well suited for use in wells having various configurations, including horizontal wells, deviated wells, inclined wells, multilateral wells, and so on. Consequently, the use of directional terms here (eg, up, down, top, bottom, up, down, up, down, hole up, hole down, etc.) refers to the direction of travel along the hole, either towards or away from the surface, with the upward direction being towards the surface and the downward direction being away from the surface.
[0042] Um fluido de perfuração adequado 131 (também referido como a “lama”) de uma fonte 132 da mesma, tal como um depósito de lama, é circulado sob pressão através da coluna de perfuração 120 por uma bomba de lama 134. O fluido de perfuração 131 passa da bomba de lama 134 para a coluna de perfuração 120 através de um descarregador de surgência 136 e da linha de fluido 138. O fluido de perfuração 131a da tubulação de perfuração descarrega na base do furo 151 através de aberturas na broca de perfuração 150. O fluido de perfuração de retorno 131b circula furo acima através do espaço anular 127 entre a coluna de perfuração 120 e o poço 50 e retorna ao depósito de lama 132 através de uma linha de retorno 135 e tela de fragmentos e cascalhos de perfuração 185 que remove os fragmentos e cascalhos de perfuração 186 do fluido de perfuração de retorno 131b . Um sensor S1 na linha 138 fornece informações sobre a vazão do fluido. Um sensor de torque de superfície S2 e um sensor S3 associado à coluna de perfuração 120, respectivamente, fornecem informações sobre o torque e a velocidade de rotação da coluna de perfuração 120. A velocidade de injeção da tubulação é determinada pelo sensor S5, enquanto o sensor S6 fornece a carga de gancho da coluna de perfuração 120.[0042] A suitable drilling fluid 131 (also referred to as the "mud") from a
[0043] O sistema de controle de poço 147 é colocado na extremidade superior do poço 50. O sistema de controle de poço 147 inclui uma pilha de conjuntos de preventores (BOP) 115 e um estrangulamento de superfície 149 em comunicação com o anular de furo de poço 127. O estrangulamento de superfície 149 pode controlar o fluxo de fluido para fora do poço 50 para fornecer uma contrapressão conforme necessário para controlar o poço.[0043] The well control system 147 is placed at the upper end of the well 50. The well control system 147 includes a stack of preventer sets (BOP) 115 and a
[0044] Em algumas aplicações, a broca de perfuração 150 é girada apenas girando o tubo de perfuração 122. No entanto, em muitas outras aplicações, um motor de fundo de poço 155 (motor de lama) disposto na BHA 190 também gira a broca de perfuração 150. A taxa de penetração (ROP) para uma dada BHA depende grandemente do WOB ou da força de empuxo na broca de perfuração 150 e da sua velocidade de rotação.[0044] In some applications, the
[0045] Uma unidade de controle de superfície ou controlador 140 recebe sinais dos sensores e dispositivos de fundo de poço através de um sensor 143 colocado na linha de fluido 138 e sinais dos sensores S1-S6 e outros sensores utilizados no sistema 101 e processa esses sinais de acordo com instruções programadas fornecidas à unidade de controle de superfície 140. A unidade de controle de superfície 140 exibe parâmetros de perfuração e outros parâmetros de interesse relacionados com o poço, a formação e operações de perfuração e outras informações desejadas em um mostrador/monitor 141 que é usado por um operador para controlar as operações de perfuração. A unidade de controle de superfície 140 pode ser uma unidade baseada em computador que pode incluir um processador 142 (tal como um microprocessador), um dispositivo de armazenamento 144, tal como uma memória de estado sólido, fita ou disco rígido e um ou mais programas de computador 146 no dispositivo de armazenamento 144 que são acessíveis ao processador 142 para executar instruções contidas em tais programas. A unidade de controle de superfície 140 pode ainda comunicar com uma unidade de controle remota 148. A unidade de controle de superfície 140 pode processar dados relacionados com as operações de perfuração, dados dos sensores e dispositivos na superfície e dados recebidos do fundo de poço, e pode controlar uma ou mais operações dos dispositivos de fundo de poço e de superfície. Os dados podem ser transmitidos em formato analógico ou digital.[0045] A surface control unit or controller 140 receives signals from sensors and downhole devices through a
[0046] O BHA 190 pode incluir uma ferramenta 110 configurada para realizar medições acústicas. O BHA 190 também pode conter outros sensores ou dispositivos de avaliação de formação (também denominados sensores de medição durante a perfuração (“MWD”) ou perfilagem durante a perfuração (“LWD”)) que determinam a resistividade, densidade, porosidade, permeabilidade, propriedades acústicas, propriedades de ressonância magnética nuclear, pressões de formação, propriedades ou características dos fluidos no fundo de poço e outras propriedades desejadas da formação 195 que circunda o BHA 150. Por conveniência, todos esses sensores são geralmente denotados aqui pelo numeral 165. A BHA 190 pode ainda incluir uma variedade de outros sensores e dispositivos 159 para determinar uma ou mais propriedades da BHA 190, tal como vibração, momento de flexão, aceleração, oscilações, turbilhonamento, prisão-deslizamento, peso na broca, taxa de fluxo de fluido, pressão, temperatura, taxa de penetração, azimute, face da ferramenta, rotação da broca de perfuração, etc.[0046] The
[0047] A BHA 190 pode incluir um aparelho ou ferramenta de orientação 158 para orientar a broca de perfuração 50 ao longo de um caminho de perfuração desejado. Em um aspecto, o aparelho de orientação pode incluir uma unidade de orientação 160 tendo uma série de elementos de aplicação de força 161a-161n. Os elementos de aplicação de força podem ser montados diretamente na coluna de perfuração, ou podem ser pelo menos parcialmente integrados ao motor de perfuração. Em outro aspecto, os elementos de aplicação de força podem ser montados em uma luva a qual é rotativa em torno do eixo central da coluna de perfuração. Os elementos de aplicação de força podem ser ativados usando atuadores eletromecânicos, eletro- hidráulicos ou lama-hidráulicos. Em ainda outra modalidade, o aparelho de orientação pode incluir uma unidade de orientação 158 tendo um sub dobrado e um primeiro dispositivo de orientação 158a para orientar o sub dobrado no furo de poço e o segundo dispositivo de orientação 158b para manter o sub dobrado ao longo de uma direção de perfuração selecionada. A unidade de direcionamento 158, 160 pode incluir inclinômetros e magnetômetros próximos da broca.[0047] The
[0048] O sistema de perfuração 101 pode incluir sensores, circuitos e software e algoritmos de processamento para fornecer informações sobre parâmetros de perfuração desejados relativos ao BHA, coluna de perfuração, broca de perfuração e equipamento de fundo de poço, tal como um motor de perfuração, unidade de direcionamento, impulsores, etc. Muitos sistemas de perfuração atuais, especialmente para perfuração de furos de poço altamente desviados e horizontais, utilizam tubulação espiralada para transportar o conjunto de perfuração para o fundo de poço. Em tais aplicações, um impulsor pode ser implantado na coluna de perfuração 120 para fornecer a força requerida na broca de perfuração.[0048] The
[0049] Sensores exemplificativos para determinar parâmetros de perfuração incluem, mas não estão limitados a sensores de broca de perfuração, um sensor de RPM, um sensor de peso na broca, sensores para medir parâmetros de motor de lama (por exemplo, temperatura do estator do motor de lama, pressão diferencial através de um motor de lama e taxa de fluxo de fluido através de um motor de lama) e sensores para medir aceleração, vibração, giro, deslocamento radial, prisão-deslizamento, torque, choque, vibração, deformação, tensão, momento de flexão, ressalto de broca, empuxo axial, fricção, rotação para trás, empenamento da BHA e empuxo radial. Sensores distribuídos ao longo da coluna de perfuração podem medir quantidades físicas, tal como aceleração e deformação da coluna de perfuração, pressões internas no furo da coluna de perfuração, pressão externa no anular, vibração, temperatura, intensidades de campo elétrico e magnético dentro da coluna de perfuração, furo da coluna de perfuração, etc. Sistemas adequados para fazer medições dinâmicas de fundo de poço incluem COPILOT, um sistema de medição de fundo de poço fabricado pela BAKER HUGHES INCORPORATED.[0049] Exemplary sensors for determining drilling parameters include, but are not limited to, drill bit sensors, an RPM sensor, a weight sensor on the bit, sensors for measuring mud motor parameters (for example, stator temperature of mud motor, differential pressure through a mud motor, and fluid flow rate through a mud motor) and sensors to measure acceleration, vibration, swing, radial displacement, snag-slip, torque, shock, vibration, strain , tension, bending moment, drill kickback, axial thrust, friction, backward rotation, BHA bending and radial thrust. Sensors distributed along the drill string can measure physical quantities such as acceleration and deformation of the drill string, internal pressures in the drill string hole, external pressure in the annulus, vibration, temperature, electric and magnetic field strengths within the drill string drilling rig, drill string hole, etc. Suitable systems for making dynamic downhole measurements include COPILOT, a downhole measurement system manufactured by BAKER HUGHES INCORPORATED.
[0050] O sistema de perfuração 101 pode incluir um ou mais processadores de fundo de poço num local adequado, tal como 193 na BHA 190. O(s) processador(es) pode(m) ser um microprocessador que utiliza um programa de computador implementado em um meio legível por computador não transitório adequado que permite ao processador realizar o controle do sistema 101 e o processamento de informações, tal como informações dos sensores. O meio legível por computador não transitório pode incluir uma ou mais ROMs, EPROMs, EAROMs, EEPROMs, memórias flash, RAMs, discos rígidos e/ou discos ópticos. Outros equipamentos, tal como barramentos de energia e de dados, fontes de energia e semelhantes serão evidentes para um perito na arte. Numa modalidade, o sistema MWD utiliza telemetria de pulso de lama para comunicar dados de uma localização de fundo de poço para a superfície enquanto as operações de perfuração ocorrem. O processador de superfície 142 pode processar os dados medidos de superfície, juntamente com os dados transmitidos do processador de fundo de poço, para avaliar a formação.[0050] The
[0051] O processador de superfície 142 ou o processador de fundo de poço 193 também pode ser configurado para controlar o aparelho de orientação 158, a bomba de lama 134, o guincho de perfuração 130, a mesa rotativa 114, o motor de fundo de poço 155, outros componentes da BHA 190 ou outros componentes do sistema de perfuração 101. O processador de superfície 142 ou o processador de fundo de poço 193 podem ser configurados para controlar os sensores descritos acima e para estimar um parâmetro de interesse de acordo com os métodos aqui descritos.[0051] The surface processor 142 or the
[0052] O controle destes componentes pode ser realizado usando um ou mais modelos utilizando métodos descritos abaixo. Por exemplo, o processador de superfície 142 ou o processador de fundo de poço 193 pode ser configurado para modificar operações de perfuração i) autonomamente mediante condições de disparo, ii) em resposta a comandos do operador, ou iii) combinações destes. Tais modificações podem incluir a alteração dos parâmetros de perfuração, a direção da broca (por exemplo, geo-orientação), a alteração do programa de fluido de perfuração, a ativação de medidas de controle de poço e assim por diante. O controle desses dispositivos e dos vários processos do sistema de perfuração geralmente pode ser realizado de forma completamente automática ou através da interação com o pessoal através de notificações, representações gráficas, interfaces de usuário e semelhantes. Informações de referência acessíveis ao processador também podem ser usadas. Em algumas modalidades gerais, o processador de superfície 142, o processador de fundo de poço 193 ou outros processadores (por exemplo, processadores remotos) podem ser configurados para operar a ferramenta evanescente 110 para gerar uma onda evanescente e medir os sinais.[0052] The control of these components can be performed using one or more models using methods described below. For example, surface processor 142 or
[0053] O sistema 101 pode incluir qualquer número de ferramentas de fundo de poço para vários processos incluindo perfuração de formação, geo-orientação e avaliação de formação (FE) para fazer medições elétricas em função da profundidade e/ou tempo de uma ou mais propriedades físicas dentro ou ao redor de um poço, incluindo um volume de interesse da formação interceptada pelo furo. A ferramenta 110 pode ser incluída ou incorporada como uma BHA, componente de coluna de perfuração ou outro transportador adequado.[0053]
[0054] Embora uma coluna de perfuração 120 seja mostrada como um dispositivo de transporte para a ferramenta 110, deve ser entendido que modalidades da presente divulgação podem ser usadas em conexão com ferramentas transportadas via sistemas de transporte rígidos (por exemplo, tubular articulado ou tubulação espiralada) bem como não rígidos (por exemplo, cabo de aço, cabo liso, linha eletrônica, etc.). O sistema de perfuração 101 pode incluir uma composição de fundo e/ou sensores e equipamentos para implementação de modalidades da presente divulgação em qualquer uma de uma coluna de perfuração ou um cabo de aço.[0054] Although a
[0055] Modelos matemáticos, tabelas de consulta ou outros modelos que representam relações entre os sinais e os valores dos parâmetros podem ser usados para caracterizar a formação, a localização do furo ou as operações na formação; otimizar um ou mais parâmetros operacionais de uma produção ou desenvolvimento; e assim por diante. O sistema pode realizar estas ações por meio de notificações, conselhos e/ou controle inteligente. Vários tipos de parâmetros de fundo de poço podem ser determinados utilizando medições de acordo com a presente divulgação e fazendo avaliações de acordo com formas de realização divulgadas aqui.[0055] Mathematical models, lookup tables or other models that represent relationships between signals and parameter values can be used to characterize the formation, the location of the hole or the operations in the formation; optimize one or more operational parameters of a production or development; and so on. The system can perform these actions through notifications, advice and/or smart control. Various types of downhole parameters can be determined using measurements in accordance with the present disclosure and making assessments in accordance with embodiments disclosed herein.
[0056] A patente U.S. 7.035.165 de Tang que tem o mesmo requerente que a presente divulgação e cujo conteúdo está aqui incorporado por referência divulga um método no qual uma pluralidade de medições acústicas de múltiplos componentes são obtidas em uma pluralidade de profundidade e para uma pluralidade de espaçamentos de fonte-receptor na ferramenta de perfilagem. Um sensor de orientação na ferramenta de perfilagem, como um magnetômetro, pode ser usado para obter uma medição de orientação indicativa de uma orientação da ferramenta de perfilagem. As medições de múltiplos componentes são giradas para um sistema de coordenadas fixo (como um sistema baseado em terra definido em relação ao norte magnético ou geográfico) usando a medida de orientação, fornecendo medições de múltiplos componentes rotacionadas. As medições de múltiplos componentes rotacionados são processadas para fornecer uma imagem da subsuperfície.[0056] The U.S. patent U.S. Patent No. 7,035,165 to Tang, which is assigned to the same assignee as the present disclosure and whose contents are incorporated herein by reference, discloses a method in which a plurality of multi-component acoustic measurements are obtained at a plurality of depths and for a plurality of source spacings. -receiver in the profiling tool. An orientation sensor on the profiling tool, such as a magnetometer, can be used to obtain an orientation measurement indicative of an orientation of the profiling tool. Multi-component measurements are rotated to a fixed coordinate system (such as an earth-based system defined relative to magnetic or geographic north) using the orientation measure, providing rotated multi-component measurements. Measurements from multiple rotated components are processed to provide a subsurface image.
[0057] A patente US 8.055.448 B2 de Mathiszik et al., que tem o mesmo requerente da presente divulgação e cujo conteúdo está aqui incorporado por referência, divulga melhorias adicionais no imageamento acústico MWD. Uma ferramenta de perfilagem acústica de fundo de poço é usada para gerar uma onda de poço guiada que se propaga para a formação como uma onda do corpo, reflete a partir de uma interface e é convertida novamente em uma onda de furo guiada. Ondas guiadas dos furos resultantes da reflexão da onda do corpo são usadas para imagear um refletor. A patente US 8.811.114 B2 de Geerits et al., que tem o mesmo requerente da presente divulgação e cujo conteúdo está aqui incorporado por referência, divulga melhorias adicionais no imageamento acústico MWD.[0057] US Patent 8,055,448 B2 to Mathiszik et al., which is co-assigned as the present disclosure and whose contents are incorporated herein by reference, discloses further improvements in MWD acoustic imaging. A downhole acoustic logging tool is used to generate a guided downhole wave that propagates into the formation as a body wave, reflects off an interface and is converted back into a guided borehole wave. Guided waves from holes resulting from body wave reflection are used to image a reflector. US Patent 8,811,114 B2 to Geerits et al., which is co-applicant with the present disclosure and the contents of which are incorporated herein by reference, discloses further improvements in MWD acoustic imaging.
[0058] As FIGS. 2A a 2C são diagramas esquemáticos que ilustram a operação de modalidades do dispositivo incluindo sensores acústicos de acordo com as modalidades da presente divulgação. Em modalidades gerais do dispositivo, um sensor de acordo com a presente divulgação pode ser implementado como uma sonda e instalado em um fluido no fundo do poço. Esta instalação pode ser permanente ou temporária e pode envolver ser suspensa em um fluido por meio de corrente individual ou comum, flutuando livremente ou sendo presa ao furo de poço. Assim, a sonda pode ser estacionária ou estar em movimento após a instalação.[0058] FIGS. 2A to 2C are schematic diagrams illustrating the operation of embodiments of device including acoustic sensors in accordance with embodiments of the present disclosure. In general device embodiments, a sensor according to the present disclosure can be implemented as a probe and installed in a downhole fluid. This installation can be permanent or temporary and can involve being suspended in a fluid by means of individual or common chain, free floating or being attached to the borehole. Thus, the probe can be stationary or moving after installation.
[0059] Referindo-se à FIG. 2A, o sistema 200 compreende uma pluralidade de sondas 202 suspensas em um fluido 90 em um furo 50 pela corrente 204. Um exterior do alojamento da sonda pode ser imerso no fluido do fundo do poço durante a instalação. Em modalidades alternativas, a sonda 202 pode ser retrátil; por exemplo, quando em funcionamento, a sonda pode ser inserida ou colocada no fluido no fundo do poço e depois retraída para limpeza ou para permitir outras operações no furo.[0059] Referring to FIG. 2A, the
[0060] A FIG. 2B é uma ilustração esquemática que mostra a aquisição de medição de VSP de acordo com as modalidades da presente divulgação. A plataforma 221 reside na superfície da terra 223. Esta pode ser uma plataforma de perfuração ou pode ser uma plataforma de mastro que transmite uma linha fixa para um furo 201. O furo 201 penetra nas camadas 203, 205. Posicionados no furo 201 estão os sensores sísmicos designados por 211a, 211b, 211c, 211d e assim por diante. Cada um dos sensores pode ser um sensor (por exemplo, um hidrofone) de acordo com as modalidades da presente divulgação. Os dados para um único deslocamento VSP são tipicamente adquiridos usando uma única fonte sísmica, tal como 225a na superfície (ou dentro de um corpo de água na superfície). Em referência à FIG. 2B, uma superfície de um corpo de água pode ser considerada uma superfície de terra. Um percurso de raios exemplares que representa a propagação de energia sísmica da fonte 225a para um detector 211d é representado pelo raio 227a que é refletido do fundo da camada 205 no limite 206 e alcança o receptor 211d ao longo do trajeto de raios representado por 229a.[0060] FIG. 2B is a schematic illustration showing VSP measurement acquisition in accordance with the embodiments of the present disclosure.
[0061] Em um tipo típico de operação VSP, os dados resultantes da operação de uma fonte em uma única posição, tal como 225a, são registados em cada um dos receptores 211 a, 211 b, 211 c, 211 d, etc. no furo. A análise dos dados refletidos pode fornecer informações sobre as velocidades sísmicas na subsuperfície e a configuração dos limites da camada. Em um VSP com caminhamento, este processo é repetido para operação da fonte em uma pluralidade de posições de fonte, tais como 225b, 225c. A aquisição de dados de uma pluralidade de posições de fonte em uma pluralidade de detectores fornece uma amostragem redundante da região subsuperficial, tornando possível determinar a velocidade da subsuperfície com base nos tempos de percurso dos raios entre cada uma das fontes e cada um dos os receptores. Esta determinação da velocidade usando tempos de viagem é chamada de “inversão tomográfica” e inúmeros pacotes de processamento estão disponíveis comercialmente e como software de código aberto (por exemplo, OpenTOAST) que realiza esta inversão tomográfica de dados de tempo de viagem sísmica. O processamento de medições VSP para caracterizar a formação é um campo bem desenvolvido. Ver, por exemplo, a Patente US 7.751.279 de Aronstam e Patente US 7.751.279 de Zhao et al., aqui incorporada por referência em sua totalidade.[0061] In a typical type of VSP operation, data resulting from operating a source at a single position, such as 225a, is recorded at each of the
[0062] FIG. 2C mostra uma geometria simulada de um levantamento sísmico de superfície. Um furo vertical foi considerado, as fontes foram “refletidas” no furo para localizações receptoras simuladas na superfície 285 a, 285 b, 285 c. Da mesma forma, os caminhos de raios também foram refletidos para dar caminhos de raios simulados no lado esquerdo do furo. Em operação, os métodos incluem a implementação em um furo de conjunto de receptores sísmicos aqui descritos e o registro de sinais sísmicos no conjunto de receptores que respondem a uma ativação de uma fonte sísmica em uma pluralidade de posições na superfície da terra. Para técnicas de caminhamento, o método inclui ainda estimativas, de tempos de viagem de ondas sísmicas da pluralidade de posições de origem até a pluralidade de receptores, velocidades de propagação vertical de ondas sísmicas em uma pluralidade de intervalos e dois parâmetros de anisotropia ε e δ relacionados a um curva de movimento normal de ondas de compressão para a pluralidade de intervalos. As velocidades verticais estimadas e os parâmetros de anisotropia de intervalo estimados podem ser utilizados para processar mais os dados sísmicos de superfície para fornecer uma imagem sísmica em profundidade para fins de interpretação. Para uma geometria de VSP de caminhamento ou 3D multiazimutal, o método pode ainda incluir estimativas, de tempos de viagem de ondas sísmicas da pluralidade de posições de fonte em torno do poço até a pluralidade de receptores, velocidades de ondas sísmicas de propagação vertical em uma pluralidade de intervalos e cinco parâmetros de anisotropia ortorrômbica ε1, ε1, δ1, δ2 e δ3 relacionados a uma velocidade normal de deslocamento de ondas compressionais para a pluralidade de intervalos. As velocidades verticais estimadas e os parâmetros estimados de anisotropia podem ser usados para processar adicionalmente os dados sísmicos de superfície para fornecer uma imagem sísmica em profundidade para fins de interpretação. Ver, por exemplo, a Patente US 8.750.074 de Blias, aqui incorporada por referência na sua totalidade.[0062] FIG. 2C shows simulated geometry from a surface seismic survey. A vertical hole was considered, sources were “reflected” in the hole to simulated receiver locations on the
[0063] A FIG. 3A mostra um diagrama esquemático que ilustra um sensor acústico de acordo com as modalidades da presente divulgação. O sensor 300 faz parte de um instrumento de medição configurado para ser transportado em um furo 50. O sensor 300 pode incluir um transdutor de pressão 302 e um interrogador 304. O transdutor de pressão 302 compreende um corpo do transdutor 312 tendo uma porção (por exemplo, face 322) imersa no fluido do fundo do poço. O corpo do transdutor 312 pode ser desacoplado mecanicamente do corpo da ferramenta do sensor (colar de perfuração, linha fixa, etc.) de modo a isolar o corpo do transdutor 312 da transmissão de som da estrutura. Um sinal acústico de pressão se propaga através de um fluido no fundo do poço acoplado ao transdutor. Em algumas modalidades, alguns (ou todos) os instrumentos podem se projetar do corpo da ferramenta para dentro do furo. O transdutor 302 é configurado para converter um sinal acústico de pressão dentro de uma pressão de furo nominal incidente no transdutor para uma tensão alternada em um meio óptico (por exemplo, fibra óptica 303).[0063] FIG. 3A shows a schematic diagram illustrating an acoustic sensor in accordance with embodiments of the present disclosure. The
[0064] A fibra 303 inclui grades de Bragg em fibra ('FBG') 305. Essas grades de Bragg em fibra são um tipo de refletor de Bragg distribuído em um segmento de fibra óptica (por exemplo, usando pulsos de um laser de fentossegundo) que reflete a luz centrada em um determinado comprimento de onda como, por exemplo, criando uma variação periódica no índice de refração do núcleo da fibra e gerando assim um espelho dielétrico específico do comprimento de onda. A FBG 305 reflete uma pequena porção espectral de radiação eletromagnética (por exemplo, luz) que se propaga na fibra óptica 303, permitindo que uma porção restante se desloque.[0064]
[0065] A radiação eletromagnética é fornecida por uma fonte de energia 308, tal como uma fonte de luz configurada para fornecer luz para os sensores através da fibra óptica. Como um exemplo, a fonte de energia pode ser uma fonte de luz laser sintonizável que é configurada para fornecer uma luz com um comprimento de onda que varre uma faixa de comprimentos de onda a uma taxa selecionada, mas a fonte de energia pode ser qualquer fonte de luz sintonizável ou fonte de luz de comprimento de onda que cobre uma faixa de comprimentos de onda incluindo luz visível, ultravioleta e infravermelha. Como outro exemplo, um diodo emissor de luz ou um diodo superluminescente pode ser acoplado opticamente à fibra 303 para prover um feixe de luz infravermelha. A fonte de energia 308 pode opcionalmente ser incorporada como parte do interrogador 304, como mostrado na FIG. 3A.[0065] The electromagnetic radiation is provided by a
[0066] O comprimento de onda central da porção espectral refletida (“espectro refletido” ou “espectro de reflexão”) é sensível aos parâmetros físicos da fibra incluindo, particularmente, a tensão ao longo do eixo da fibra. Devido à configuração do transdutor, a tensão na fibra é representativa da pressão. Assim, o comprimento de onda central do espectro muda com as mudanças de pressão no transdutor e é indicativo do sinal de pressão acústica no sensor.[0066] The central wavelength of the reflected spectral portion (“reflected spectrum” or “reflection spectrum”) is sensitive to the physical parameters of the fiber including, in particular, the tension along the fiber axis. Due to the transducer configuration, the tension in the fiber is representative of the pressure. Thus, the central wavelength of the spectrum changes with changes in transducer pressure and is indicative of the acoustic pressure signal at the sensor.
[0067] A fibra óptica 303 pode passar através do transdutor 302 e para o interrogador 304. O interrogador 304 (implementado usando, por exemplo, um ou mais fotodetectores, dispositivos de carga acoplada, conversores óptico-elétricos ou semelhantes) é acoplado opticamente à fibra 303 e detecta sinais eletromagnéticos (por exemplo, luz) recebidos da fibra.[0067] The
[0068] Um mecanismo de acoplamento ou separação de luz 307, tal como um circulador óptico ou divisor de fibra óptica, pode ser usado para acoplar ou separar sinais ópticos que viajam em direções opostas na fibra 303 como, por exemplo, fornecendo luz da fonte de luz 308 ao transdutor 302 através da fibra 303 e enviando a luz que volta da fibra do transdutor 302 para o detector espectral 306. O detector espectral 306 gera informação de medição indicativa do sinal de pressão com base nos sinais eletromagnéticos que respondem à reflexão parcial da energia eletromagnética.[0068] A light coupling or
[0069] O sensor 300 pode incluir o circuito 310 para fazer medições utilizando o interrogador 304. O circuito 310 pode incluir uma unidade de controle ligada operativamente à fonte 308 e ao detector espectral 306. O circuito 310 pode ser implementado, pelo menos em parte, como o pelo menos um processador descrito anteriormente com referência à FIG. 1A e 1B ou pode ser um processador adicional ou outro circuito de suporte. Em algumas implementações, partes do circuito 310 podem estar localizadas no instrumento, em outros locais na ferramenta (incluindo, por exemplo, em outros subs) ou na superfície.[0069]
[0070] Em funcionamento, o instrumento pode ser controlado pelo circuito 310, incluindo a unidade de controle (por exemplo, um processador), que aciona a fonte de energia 308 enquanto a parte do transdutor (por exemplo, face 322) é submersa no fluido do fundo do poço e recebe informação de medição (por exemplo, dados) do detector espectral 306.[0070] In operation, the instrument can be controlled by the
[0071] O interrogador 304 é assim configurado para gerar infor mação de medição acústica que responde à radiação eletromagnética recebida (por exemplo, o espectro refletido) transmitida através do meio. Alternativamente, o comprimento de onda central pode ser detectado usando um detector óptico na extremidade oposta da detecção de fibra ou a porção restante do espectro original. Um valor variável com o tempo do comprimento de onda central pode ser usado para gerar um valor variável com o tempo do sinal de pressão acústico. O detector espectral 306 pode ser implementado, por exemplo, utilizando um ou mais fotodetectores que correspondem ao comprimento de onda desejado.[0071] The
[0072] FIG. 3B ilustra um sensor incluindo múltiplos transdutores de pressão 341, 342, 343 em uma única fibra. A seção da fibra que corresponde a cada transdutor inclui uma grade de Bragg específica. O comprimento de onda característico de cada uma das redes é espaçado do das redes restantes, de tal modo que o sinal para um transdutor particular possa ser recuperado. Um desmultiplexador espectral 355, tal como um conjunto de grades de Bragg adicionais no lado do detector, separa os sinais para um conjunto correspondente de fotodetectores 360, 361, 362, com uma grade de Bragg e um fotodetector para cada transdutor. Esta configuração permite a interrogação simultânea de dois ou mais sensores.[0072] FIG. 3B illustrates a sensor including
[0073] O transdutor de pressão 302 é configurado para converter um sinal acústico de pressão de alta frequência e baixa amplitude dentro de uma pressão de furo nominal incidente no transdutor em uma tensão alternada no meio óptico ao longo de um eixo do meio através do movimento de um elemento de flexão enquanto suprime a conversão de sinais de baixa frequência e pressão constante na tensão do meio óptico.[0073] The
[0074] As FIGS. 4A a 4H ilustram transdutores de acordo com as modalidades da presente divulgação. Referindo-se à FIG. 4A, o transdutor 400 inclui um corpo de transdutor 406 que contém um primeiro reservatório 408 e um segundo reservatório 410. O transdutor de pressão 400 compreende uma interface 424 entre os reservatórios. O corpo 406 e a interface 424 podem ser fabricados de silício, vidro, estruturas cristalinas, compósitos ou semelhantes, tais como, por exemplo, aglutinando pastilhas, por fabricação subtrativa (por exemplo, ataque químico, ablação por laser), etc. Cada reservatório é preenchido com o mesmo tipo de fluido do reservatório (por exemplo, óleo de silicone) e a interface 424 inclui pelo menos uma abertura para comunicação do fluido do reservatório entre o primeiro reservatório 408 e um segundo reservatório 410. A abertura é um 404 capilar. Outras implementações podem usar mais de um capilar ou podem usar um tipo diferente de abertura.[0074] FIGS. 4A to 4H illustrate transducers in accordance with embodiments of the present disclosure. Referring to FIG. 4A, transducer 400 includes a
[0075] A interface 424 também inclui um elemento de flexão, implementado como membrana flexível 420. A membrana flexível 420 pode ser feita de um polímero ligado ao corpo (por exemplo, difluoreto de polivinilideno ('PVDF')). Em outras implementações, o elemento de flexão pode ser uma pastilha adicional colada no lugar ou pode ser criado através da fabricação subtrativa do corpo 406. Um segmento de fibra óptica 403 está ligado à membrana que inclui um FBG próximo do ponto de ligação. A fibra pode ser ligada usando um processo de adesivo, solda, soldagem ou emenda. A fibra óptica pode atravessar a membrana no centro na direção normal e é anexada à membrana no ponto limite. Uma segunda interface separa um dos reservatórios 408 e o fluido do fundo do poço 90. A segunda interface compreende um segundo elemento de flexão 422 que responde ao sinal acústico de pressão de alta frequência incidente no transdutor.[0075]
[0076] O FBG pode ser escrito na fibra usando um laser de fentossegundo. Isso permite a impressão de várias formas de rede, modificando o período e profundidade de rede e, portanto, para perceber formações de rede apodizada, pi-deslocada e chilreada. Além disso, este processo pode ser aplicado a fibras ópticas padrão, ao contrário dos métodos a base de luz UV que requerem núcleos de fibra fotossensíveis.[0076] The FBG can be written into the fiber using a femtosecond laser. This allows printing of various lattice shapes, modifying the period and lattice depth, and therefore to perceive apodized, pi-shifted and chirped lattice formations. Furthermore, this process can be applied to standard optical fibers, unlike UV light-based methods that require photosensitive fiber cores.
[0077] Os sinais acústicos no fluido do fundo do poço são incidentes na membrana 422. O fluido do reservatório 408 atrás (no interior) da membrana 422 sofre uma pressão ambiente elevada a partir do fluido do fundo do poço, mas esta pressão é equalizada através da membrana 424 através do capilar 404. A resposta do fluido interior para o corpo do transdutor 406, na presença do capilar 404, a pressão constante ou de baixa frequência, é equalizada através do capilar sem resposta apreciável no (movimento da) membrana 420. Pode-se dizer que o capilar 404 pode, portanto, filtrar o sinal de baixa frequência. Ao contrário, um sinal de alta frequência incidente na membrana 422 provoca uma resposta simétrica na membrana 420, com o sinal de deformação correspondente gerado na fibra. Com pressões elevadas equalizadas em todos os fluidos, a resposta na membrana 420 e, portanto, na fibra, apresenta fidelidade notável (por exemplo, na ordem de menos de 10 por cento por MPa de pressão diferencial, menos de 5 por cento por MPa de pressão diferencial, ou até e incluindo 1 por cento de pressão diferencial MPa ou melhor). O corpo do transdutor 406 pode ser desacoplado mecanicamente do corpo da ferramenta do sensor (colar de perfuração, linha fixa, etc.) de modo a isolar o corpo do transdutor 406 da transmissão de som da estrutura.[0077] The acoustic signals in the downhole fluid are incident on the
[0078] O resultado coletivo desses recursos é que o transdutor de pressão é configurado para filtrar mecanicamente em fluido ruído da pressão ambiente de baixa frequência usando o fluxo de desvio do fluido do reservatório através da abertura via equalização de pressão. Isto é conseguido através do desvio de fluido com uma seção transversal configurada para compensar lentamente transportando a pressão diferencial entre os dois reservatórios. Na FIG. 4A, o desvio é realizado introduzindo o capilar 404 com diâmetro e comprimento apropriados entre os dois reservatórios cheios de óleo de silício para a frequência de corte desejada (f): em que é o comprimento do tubo capilar; é o raio do tubo capilar; é o volume do reservatório atrás do tubo capilar; é a viscosidade dinâmica do fluido; é a densidade do fluido; é a velocidade do som do fluido.[0078] The collective result of these features is that the pressure transducer is configured to mechanically filter low-frequency ambient pressure noise into the fluid using bypass flow of reservoir fluid through the port via pressure equalization. This is achieved by diverting fluid with a cross section configured to compensate by slowly carrying the differential pressure between the two reservoirs. In FIG. 4A, the bypass is performed by introducing the
[0079] As FIGS. 4B e 4C ilustram outro transdutor de acordo com modalidades da presente divulgação. A FIG. 4B é uma vista lateral do transdutor 430. A FIG. 4C é uma vista de topo da interface 444. O transdutor 430 inclui um corpo transdutor 436 que contém um primeiro reservatório 438 e um segundo reservatório 440. Em algumas implementações, os reservatórios 438 e 440 podem ser configurados, de maneira tal que suas respectivas extensões máximas em uma direção normal à interface 444 sejam iguais (e opostas). Essa configuração pode resultar em uma compensação efetiva das diferenças de pressão que ocorrem na interface devido à pressão quase hidrostática. O corpo do transdutor 436 também pode ser desacoplado mecanicamente do corpo da ferramenta do sensor (colar de perfuração, linha fixa, etc.) de modo a isolar o corpo do transdutor 436 da transmissão de som da estrutura. O transdutor de pressão 430 compreende uma interface 444 entre os reservatórios. Cada reservatório é preenchido com o mesmo tipo de fluido do reservatório (por exemplo, óleo de silicone) e a interface 444 inclui duas aberturas para comunicação do fluido do reservatório entre o primeiro reservatório 438 e um segundo reservatório 440. As aberturas compreendem fendas 451, 452 na interface 444. Outras implementações podem adicionalmente usar um capilar ou podem usar mais ou menos aberturas de várias dimensões.[0079] FIGS. 4B and 4C illustrate another transducer in accordance with embodiments of the present disclosure. FIG. 4B is a side view of
[0080] O elemento de flexão 421 é implementado como uma porção da interface entre uma primeira fenda 451 da pluralidade e uma segunda fenda 452 da pluralidade que forma uma barra curvadora. Um segmento de fibra óptica 433 é fixado (por exemplo, usando adesivos) ao membro de flexão 421 e inclui um FBG centrado sobre o acessório. Uma segunda interface separa um dos reservatórios 438 e o fluido do fundo do poço 90. A segunda interface compreende um segundo membro de flexão 432 (por exemplo, uma membrana) que responde ao sinal acústico de pressão de alta frequência incidente no transdutor.[0080] The
[0081] Como antes, os sinais acústicos no fluido do fundo do poço são incidentes na membrana externa 452. A pressão de baixa frequência é equalizada através da interface através das fendas capilares 451 e 452, evitando ao mesmo tempo uma resposta apreciável correspondente no membro 421, filtrando assim o sinal de pressão de baixa frequência e a pressão constante. Mais uma vez, com pressões elevadas equalizadas em todos os fluidos, a resposta no membro 421 e, portanto, na fibra é muito melhorada a partir das técnicas tradicionais. O desvio é realizado configurando as fendas 451 e 452 tendo dimensões apropriadas entre os dois reservatórios preenchidos com óleo de silício para a frequência de corte desejada (f): em que é o comprimento da fenda; é a altura da fenda; é- é a largura da fenda; é o volume do reservatório atrás da fenda; é a viscosidade dinâmica do fluido; é a densidade do fluido; é a velocidade do som do fluido.[0081] As before, the acoustic signals in the downhole fluid are incident on the
[0082] As FIGS. 4D a 4H ilustram outro transdutor de acordo com as modalidades da presente divulgação. A FIG. 4D é uma vista lateral do transdutor 470. A FIG. 4E é uma segunda vista lateral do transdutor 470 perpendicular à primeira vista. O transdutor 470 inclui um corpo de transdutor 476 que contém um primeiro reservatório 478 e um segundo reservatório 480. Cada reservatório é preenchido com o mesmo tipo de fluido de reservatório (por exemplo, óleo de silicone) e uma interface 474 entre os reservatórios inclui as aberturas 481 e 482 que permitem a comunicação do fluido do reservatório entre o primeiro reservatório 478 e o segundo reservatório 480. Uma segunda interface compreende um segundo membro de flexão 472 (por exemplo, uma membrana) que responde ao sinal acústico de pressão de alta frequência incidente no transdutor. A FIG. 4F é uma vista de topo da interface. Um segmento de fibra óptica 483 é fixado (por exemplo, usando adesivos) ao membro de flexão 491 e inclui um FBG 493 centrado sobre o acessório, como anteriormente.[0082] FIGS. 4D to 4H illustrate another transducer in accordance with embodiments of the present disclosure. FIG. 4D is a side view of
[0083] O transdutor 470 representa um transdutor configurado para compensação de vibração. Como anteriormente em relação às FIGS. 4B e 4C, a extensão máxima dos reservatórios 478 e 480 em relação à interface 474 em uma direção normal à interface 474 pode ser igual e esta configuração pode resultar em uma compensação eficaz das diferenças de pressão que ocorrem na interface devido a uma pressão quasi-hidrostática. De modo a obter o mesmo efeito em todas as direções, o transdutor 470 pode ser configurado de maneira tal que os reservatórios superior e inferior 478 e 480 possam satisfazer a mesma condição em duas direções perpendiculares e, respectivamente, perpendiculares 494 e 495.[0083]
[0084] As FIGS. 4G e 4H ilustram uma construção do transdutor 470. A FIG. 4G mostra uma vista lateral do membro de reservatório superior 497 e a FIG. 4H mostra uma vista frontal do membro de reservatório inferior 498. Cada reservatório é simétrico em duas dimensões. O membro de reservatório inferior 498 é configurado para receber o membro de reservatório superior 497. Girando o reservatório superior 497 em 90 graus e acoplando os membros do reservatório como um conjunto de interbloqueio, o transdutor 470 pode ser construído. Os membros de reservatório também são configurados de maneira tal que o membro de reservatório superior 497 seja substancialmente simétrico ao membro de reservatório inferior 498. O membro reservatório superior 497 pode ter dimensões substancialmente idênticas ao membro reservatório inferior 498, mas orientações diferentes quando alinhadas para a montagem. O volume de fluido dos reservatórios é substancialmente o mesmo. Assim, os reservatórios têm uma forma e respectiva orientação que resulta na supressão de qualquer sinal de pressão quasi-hidrostática induzida por aceleração. Isto é conseguido garantindo que a pressão no membro de flexão seja idêntica em ambos os reservatórios.[0084] FIGS. 4G and 4H illustrate a
[0085] As FIGS. 5A e 5B ilustram componentes do transdutor de acordo com as modalidades da presente divulgação. O transdutor 500 inclui uma placa de vidro 544, que age como uma grade de interface de uma maneira semelhante à interface 444. Um reservatório adicional pode ser formado acima da placa de vidro 544 por uma extensão de um corpo de transdutor e membranas (não mostradas). O transdutor de pressão 500 compreende um membro de flexão 521. O membro de flexão 521 é implementado como uma porção da interface entre uma primeira fenda 551 da pluralidade e uma segunda fenda 552 da pluralidade que forma uma barra curvadora. Um segmento de fibra óptica 533 é fixado (por exemplo, usando adesivos) ao membro de flexão 521. O elemento de flexão 550 suporta o membro de flexão 521. O elemento de flexão inclui um entalhe 554 no qual reside a fibra óptica 533 e uma cavidade 555. O FBG 503 dentro da fibra óptica 533 está posicionado acima da cavidade 555 a uma distância do entalhe configurada para a deformação elástica máxima dentro da fibra a partir da alavancagem gerada do elemento de flexão na extremidade do entalhe. O perfil de cunha do elemento de flexão resulta em massa reduzida e, assim, aumenta a frequência fundamental em relação a outras modalidades (por exemplo, aproximando-se de 10 kHz, ou mais).[0085] FIGS. 5A and 5B illustrate transducer components in accordance with embodiments of the present disclosure. Transducer 500 includes a
[0086] A FIG. 6 ilustra outro transdutor de acordo com as modali dades da presente divulgação. O transdutor pode ser implementado com um reservatório preenchido com um fluido de dilatação. O fluido de dilatação pode ser configurado para agir, responsivo ao sinal acústico de pressão de alta frequência, como um sólido que transmite o sinal acústico de pressão de alta frequência para o membro de flexão; responsivo ao ruído de pressão ambiente, o fluido de dilatação pode ser configurado para agir como um líquido que impede a transmissão do ruído da pressão ambiente para o membro de flexão.[0086] FIG. 6 illustrates another transducer in accordance with the embodiments of the present disclosure. The transducer can be implemented with a reservoir filled with a swelling fluid. The dilating fluid can be configured to act, responsive to the high frequency pressure acoustic signal, like a solid transmitting the high frequency pressure acoustic signal to the bending member; Responsive to ambient pressure noise, the swelling fluid can be configured to act as a liquid preventing the transmission of ambient pressure noise to the bending member.
[0087] O transdutor 600 inclui um corpo de transdutor 606 contendo um reservatório 608. Os elementos de flexão 622 são implementados como uma pluralidade de membros de polarização 621 (por exemplo, molas) dentro do reservatório 608 que polariza uma pluralidade de membros de impacto de onda 634 (por exemplo, discos planares) que são conectados com um segmento de fibra óptica 633 (que se estende através o corpo 606). Um FBG 603 é centrado entre os discos 634. A fibra óptica pode atravessar (e estar ligada a) cada disco 634 no centro em uma direção normal. Uma interface 607 separa um do reservatório 608 e o fluido do fundo do poço 90. A interface compreende uma membrana exterior 652 que responde ao sinal acústico de pressão de alta frequência incidente no transdutor.[0087] The
[0088] O reservatório 608 é preenchido com um fluido de dilatação. O fluido de dilatação é configurado para agir, responsivo ao sinal acústico de pressão de alta frequência, como um sólido que transmite o sinal acústico de pressão de alta frequência para o membro de flexão; responsivo ao ruído de pressão ambiente ou pressão constante, entretanto, o fluido de dilatação é configurado para agir como um líquido que impede assim a transmissão do ruído da pressão ambiente para o membro de flexão.[0088]
[0089] Como anteriormente, os sinais acústicos no fluido do fundo do poço são incidentes na membrana externa 652. Responsivo os sinais acústicos de alta frequência passados para o reservatório 608 pela membrana 652, o fluido de dilatação age como um sólido transmitindo o sinal para os elementos de impacto 634, o que alivia a tensão na fibra 633. Ao contrário, baixa frequência ou pressão constante são absorvidas no fluido em modo líquido, resultando na supressão desses sinais.[0089] As before, the acoustic signals in the downhole fluid are incident on the
[0090] Os transdutores descritos anteriormente, juntamente com as fibras ópticas e FBGs, constituem sensores que são sensíveis a variações de pressão dinâmica induzidas acusticamente, mas insensíveis a pressões variáveis constantes e lentas. Assim, as modalidades do transdutor anterior podem ser insensíveis a ondas de pressão abaixo de uma frequência particular, tal como, por exemplo, 10 kHz, 1 kHz, 100 Hz ou 10 Hz ou abaixo. Isso torna o sensor insensível a pressões compatíveis com o ambiente nominal do fundo de poço sem diminuir a sensibilidade aos sinais acústicos.[0090] The transducers described above, together with optical fibers and FBGs, constitute sensors that are sensitive to acoustically induced dynamic pressure variations, but insensitive to constant and slow variable pressures. Thus, the foregoing transducer embodiments may be insensitive to pressure waves below a particular frequency, such as, for example, 10 kHz, 1 kHz, 100 Hz, or 10 Hz or below. This makes the sensor insensitive to pressures compatible with the nominal downhole environment without decreasing sensitivity to acoustic signals.
[0091] A FIG. 7A mostra um fluxograma 700 que ilustra os métodos para realizar a perfilagem de poços em um furo que intercepta uma formação de terra de acordo com as modalidades da presente divulgação. Na etapa opcional 710, um sensor acústico de acordo com a presente divulgação está posicionado no furo. Por exemplo, uma ferramenta de perfilagem acústico de poço pode ser transportada em um furo usando um transportador. O furo pode ser preenchido com fluido no fundo do poço, tal como, por exemplo, fluido de perfuração. Em outros exemplos, uma sonda de sensor pode ser instalada na formação. Ver, por exemplo, a Patente US 7.201.221 de Tubel et al, que é comumente controlada e está aqui incorporada por referência em sua totalidade.[0091] FIG. 7A shows a flowchart 700 illustrating methods for performing well logging in a borehole intersecting an earth formation in accordance with embodiments of the present disclosure. At optional step 710, an acoustic sensor according to the present disclosure is positioned in the hole. For example, an acoustic well logging tool can be transported in a hole using a conveyor. The hole can be filled with downhole fluid, such as, for example, drilling fluid. In other examples, a sensor probe can be installed in the formation. See, for example, US Patent 7,201,221 to Tubel et al, which is commonly owned and is incorporated herein by reference in its entirety.
[0092] A etapa opcional 720 do método 700 pode incluir a obtenção de dados acústicos com o sensor acústico. A etapa 720 pode incluir a geração de uma pluralidade de sinais acústicos dentro do furo, ou de dispositivos sísmicos na superfície e gerar dados de ondas acústicas em pelo menos um furo do sensor em resposta aos sinais acústicos recebidos no sensor, tal como, por exemplo, um pluralidade de reflexões acústicas de ondas acústicas de um limite responsivo aos sinais acústicos transmitidos.[0092]
[0093] A etapa 730 compreende a caracterização da formação utilizando os dados acústicos, incluindo a geração de informação de formação. A etapa 730 pode incluir a utilização da localização na formação para cada ponto de reflexão para estimar pelo menos uma propriedade do limite refletivo acústico. Isso pode incluir estimar, a partir dos dados acústicos, a distância de um limite, uma imersão, uma localização do limite na formação e assim por diante. A etapa opcional 740 compreende transmitir informação de formação no interior. A etapa opcional 750 compreende a realização de operações adicionais na formação, dependendo da informação de formação.[0093]
[0094] A FIG. 7B mostra um fluxograma 760 que ilustra os métodos para obter dados acústicos. A etapa 770 compreende a utilização de um transdutor de pressão compreendendo um elemento de flexão ligado a um meio acústico para converter um sinal de pressão acústico de alta frequência de baixa amplitude em uma pressão de perfuração nominal incidente no transdutor de pressão para uma tensão alternada no meio acústico ao longo de um eixo do meio acústico por meio do movimento do membro de flexão. Isso pode ser feito diminuindo um deslocamento de pressão devido à pressão nominal do furo.[0094] FIG. 7B shows a
[0095] A etapa 780 compreende a utilização de um detector para gerar informação de medição acústica que responde à radiação eletromagnética recebida transmitida através do meio ao longo do eixo. A pelo menos uma propriedade óptica do meio que responde à tensão alternada no meio, de maneira tal que a radiação eletromagnética recebida pelo detector represente o sinal acústico.[0095]
[0096] Os métodos opcionais podem incluir a estimativa de um parâmetro de interesse da formação e o uso do parâmetro de interesse para estimar uma característica de uma formação ou para conduzir outras operações. A estimativa do parâmetro pode incluir o uso de um modelo. Em algumas modalidades, o modelo pode incluir, mas não está limitado a, um ou mais de: (i) uma equação matemática, (ii) um algoritmo, (iii) uma técnica de deconvolução, e assim por diante. Informações de referência acessíveis ao processador também podem ser usadas.[0096] Optional methods may include estimating a formation parameter of interest and using the parameter of interest to estimate a characteristic of a formation or to conduct other operations. Parameter estimation may include the use of a model. In some embodiments, the model may include, but is not limited to, one or more of: (i) a mathematical equation, (ii) an algorithm, (iii) a deconvolution technique, and so on. Reference information accessible to the processor may also be used.
[0097] As modalidades do método podem incluir a realização de operações adicionais na formação de terra, dependendo da informação de formação, das propriedades estimadas do (s) refletor (es) ou dos modelos criados usando esses. As operações adicionais podem incluir pelo menos uma de: i) geo-orientação; ii) perfurar furos adicionais na formação; iii) realizar medições adicionais na formação; iv) estimar parâmetros adicionais da formação; v) instalar equipamentos no furo; vi) avaliar a formação; vii) otimizar o desenvolvimento atual ou futuro na formação ou em uma formação semelhante; viii) otimizar a exploração atual ou futura na formação ou na formação semelhante; ix) perfurar o furo; e x) produzir um ou mais hidrocarbonetos da formação na formação.[0097] The modalities of the method may include performing additional operations on the earth formation, depending on the formation information, the estimated properties of the reflector(s) or the models created using these. Additional operations may include at least one of: i) geo-orientation; ii) drill additional holes in the formation; iii) carry out additional measurements in the formation; iv) estimating additional training parameters; v) install equipment in the hole; vi) evaluate training; vii) optimize current or future development in training or similar training; viii) optimize current or future exploration in the formation or similar formation; ix) drilling the hole; and x) producing one or more hydrocarbons from the formation to the formation.
[0098] Os parâmetros estimados de interesse podem ser armazenados (registrados) como informação ou representados visualmente em um mostrador. Os parâmetros de interesse podem ser transmitidos antes ou depois do armazenamento ou exibição. Por exemplo, a informação pode ser transmitida para outros componentes de fundo de poço ou para a superfície para armazenamento, exibição ou processamento adicional. Os aspectos da presente divulgação se referem à modelagem de um volume de uma formação de terra usando o parâmetro estimado de interesse, tal como, por exemplo, associando valores de parâmetros estimados com partes do volume de interesse aos quais eles correspondem ou representando os limites e a formação em um sistema de coordenadas global. O modelo da formação de terra gerado e mantido nos aspectos da divulgação pode ser implementado como uma representação da formação de terra armazenada como informação. A informação (por exemplo, dados) também pode ser transmitida, armazenada em um meio lido por máquina não transitório e/ou executado (por exemplo, representado visualmente) em um mostrador.[0098] The estimated parameters of interest can be stored (registered) as information or represented visually on a display. Parameters of interest can be passed before or after storage or display. For example, information can be transmitted to other downhole components or to the surface for storage, display or further processing. Aspects of the present disclosure relate to modeling a volume of a land formation using the estimated parameter of interest, such as, for example, associating estimated parameter values with parts of the volume of interest to which they correspond or representing the boundaries and training in a global coordinate system. The land formation model generated and maintained in the disclosure aspects can be implemented as a representation of the land formation stored as information. Information (eg, data) may also be transmitted, stored on a non-transient machine-readable medium, and/or executed (eg, represented visually) on a display.
[0099] O processamento das medições por um processador pode ocorrer na ferramenta, na superfície ou em um local remoto. A aquisição de dados pode ser controlada pelo menos em parte pelos eletrônicos. Implícito no controle e processamento dos dados está o uso de um programa de computador em um meio legível por máquina não transitório adequado que permite aos processadores executar o controle e o processamento. O meio legível por máquina não transitório pode incluir ROMs, EPROMs, EEPROMs, memórias flash e discos ópticos. O termo processador se destina a incluir dispositivos como um arranjo de portas programáveis em campo (FPGA).[0099] The processing of measurements by a processor can occur in the tool, on the surface or in a remote location. Data acquisition can be controlled at least in part by electronics. Implicit in controlling and processing the data is the use of a computer program on a suitable non-transient machine-readable medium that allows the processors to perform control and processing. Non-transient machine-readable media may include ROMs, EPROMs, EEPROMs, flash memories and optical discs. The term processor is intended to include devices such as a field-programmable gate array (FPGA).
[00100] O termo “dispositivo de transporte” como usado anteriormente significa qualquer dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou elemento que possa ser usado para transportar, alojar, suportar ou, de outra forma, facilitar o uso de outro dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou elemento. Dispositivos de transporte não limitativos exemplares incluem colunas de perfuração do tipo de tubo espiralado, do tipo de tubo articulado e qualquer combinação ou porção das mesmas. Outros exemplos de dispositivos de transporte incluem tubos de revestimento, cabos de aço, sondas de cabo de aço, sondas de cabo liso, drop shots, subs de fundo de poço, BHA's, insertos de coluna de perfuração, módulos, alojamentos internos e porções de substrato dos mesmos, tratores de autopropulsão. Conforme usado anteriormente, o termo “sub” se refere a qualquer estrutura que esteja configurada para encerrar parcialmente, encerrar completamente, alojar ou suportar um dispositivo. O termo “informação”, conforme usado anteriormente, inclui qualquer forma de informação (Analógica, digital, EM, impressa, etc.). O termo “processador” ou “dispositivo de processamento de informação” aqui inclui, mas não está limitado a, qualquer dispositivo que transmite, recebe, manipula, converte, calcula, modula, transpõe, transporta, armazena ou utiliza de outra forma a informação. Um dispositivo de processamento de informação pode incluir um microprocessador, memória residente e periféricos para executar instruções programadas. O processador pode executar instruções armazenadas em memória de computador acessíveis ao processador ou pode empregar lógica implementada como matrizes de portas programáveis em campo ('FPGAs'), circuitos integrados específicos da aplicação ('ASICs'), outro hardware de lógica combinatória ou sequencial e assim por diante. Assim, um processador pode ser configurado para executar um ou mais métodos como descrito aqui e a configuração do processador pode incluir conexão operativa com memória residente e periféricos para executar instruções programadas.[00100] The term “transport device” as used above means any device, device component, combination of devices, means and/or element that can be used to transport, house, support or otherwise facilitate the use of another device, device component, combination of devices, means and/or element. Exemplary non-limiting conveying devices include spiral tube type drill strings, swivel tube type drill strings, and any combination or portion thereof. Other examples of conveying devices include casing tubes, wire ropes, wire rope rigs, smooth cable rigs, drop shots, downhole subs, BHA's, drill string inserts, modules, internal housings and portions of their substrate, self-propelled tractors. As used previously, the term “sub” refers to any structure that is configured to partially enclose, fully enclose, house or support a device. The term “information”, as used above, includes any form of information (Analog, Digital, EM, Print, etc.). The term "processor" or "information processing device" herein includes, but is not limited to, any device that transmits, receives, manipulates, converts, calculates, modulates, transposes, transports, stores or otherwise uses information. An information processing device may include a microprocessor, resident memory and peripherals for executing programmed instructions. The processor may execute instructions stored in computer memory accessible to the processor, or it may employ logic implemented as field-programmable gate arrays ('FPGAs'), application-specific integrated circuits ('ASICs'), other combinatorial or sequential logic hardware, and so on. Thus, a processor can be configured to perform one or more methods as described herein, and the processor configuration can include operative connection to resident memory and peripherals to execute programmed instructions.
[00101] Como aqui utilizado, o termo “fluido” e “fluidos” se refere a um ou mais gases, um ou mais líquidos e suas misturas. Um “fluido de fundo de poço”, tal como aqui utilizado, inclui qualquer gás, líquido, fluido sólido e outros materiais com uma propriedade fluida e relacionados com a recuperação de hidrocarbonetos. Um fluido de fundo de poço pode ser natural ou artificial e pode ser transportado para o poço ou pode ser recuperado de um local no fundo do poço. Exemplos não limitantes de fluidos de fundo de poço incluem fluidos de perfuração, fluidos de retorno, fluidos de formação, fluidos de produção contendo um ou mais hidrocarbonetos, fluidos projetados, óleos e solventes utilizados em conjunto com ferramentas de poço, água, salmoura e combinações dos mesmos. Um “fluido projetado” pode ser usado aqui para significar um fluido criado pelo homem formulado para uma finalidade particular. O termo “geo-orientação” pode se referir à mudança de direção da broca, parada da progressão da broca ou avanço contínuo da broca.[00101] As used herein, the term “fluid” and “fluids” refers to one or more gases, one or more liquids and mixtures thereof. A "downhole fluid", as used herein, includes any gas, liquid, solid fluid and other materials with a fluid property and related to the recovery of hydrocarbons. A downhole fluid can be natural or artificial and can be transported into the well or can be recovered from a downhole location. Non-limiting examples of downhole fluids include drilling fluids, return fluids, formation fluids, production fluids containing one or more hydrocarbons, spray fluids, oils and solvents used in conjunction with downhole tools, water, brine, and combinations of the same. An "engineered fluid" can be used here to mean a man-made fluid formulated for a particular purpose. The term “geo-orientation” can refer to changing the direction of the drill, stopping drill progression, or continuing to advance the drill.
[00102] É evidente que os valores de lentidão e velocidade podem ser utilizados indiferentemente nas técnicas aqui divulgadas. Os parâmetros lentidão e velocidade estão inversamente relacionados e a medição de um ou outro pode ser convertida para o outro por relações matemáticas simples, que são bem conhecidas na técnica. Assim, o termo “lentidão”, como usado aqui, pode se referir à lentidão como tradicionalmente entendido, assim como outros equivalentes paramétricos.[00102] It is evident that the values of slowness and speed can be used interchangeably in the techniques disclosed herein. The slowness and speed parameters are inversely related and the measurement of one or the other can be converted to the other by simple mathematical relationships, which are well known in the art. Thus, the term "slowness", as used here, can refer to slowness as traditionally understood, as well as other parametric equivalents.
[00103] O termo perfil sísmico vertical ('VSP') como aqui utilizado deve significar qualquer VSP de deslocamento zero, VSP de desvio, VSP de caminhamento, VSP de passagem acima, VSP de proximidade de sal, VSP de onda de cisalhamento e ruído de perfuração ou VSP sísmica durante a perfuração. O sinal acústico significa qualquer sinal medido ou processado acusticamente, incluindo sinais sísmicos. Os termos “variação rápida” ou “alta frequência”, como aqui utilizados, se referem às características de frequência que correspondem aos sinais acústicos típicos utilizados para aplicações de medição no fundo do poço. Os termos “variando lentamente” ou “baixa frequência”, como aqui utilizados, se referem às características de frequência que correspondem aos sinais acústicos abaixo de um nível que representa as medições acústicas desejadas e podem ser representadas por ondas de pressão abaixo de uma frequência de corte como 10 kHz, 1 kHz, 100 Hz, 10 Hz ou abaixo. O ruído de pressão ambiente deve ser entendido para se referir a variações de pressão sem sinal, que são endêmicas para aplicações em furos, incluindo pressões de baixa frequência, como vibração de ferramentas. O ruído de pressão ambiente de filtração mecânica pode, portanto, suprimir a vibração da ferramenta de ruído ambiente, como o ruído da bomba. A vibração da ferramenta pode ter uma frequência característica de 80 a 500 Hz, em comparação a um sinal acústico de 1kHz ou mais.[00103] The term vertical seismic profile ('VSP') as used herein shall mean any zero displacement VSP, drift VSP, walking VSP, overhead pass VSP, salt proximity VSP, noise and shear wave VSP drilling equipment or seismic VSP while drilling. Acoustic signal means any acoustically measured or processed signal, including seismic signals. The terms "rapid variation" or "high frequency", as used herein, refer to frequency characteristics that correspond to typical acoustic signals used for downhole measurement applications. The terms "slowly varying" or "low frequency" as used herein refer to the frequency characteristics that correspond to acoustic signals below a level representing the desired acoustic measurements and can be represented by pressure waves below a frequency of cut as 10 kHz, 1 kHz, 100 Hz, 10 Hz or below. Ambient pressure noise should be understood to refer to unsigned pressure variations, which are endemic to downhole applications, including low frequency pressures such as tool vibration. Mechanical filtration ambient pressure noise can therefore suppress tool vibration from ambient noise such as pump noise. Tool vibration can have a characteristic frequency of 80 to 500 Hz, compared to an acoustic signal of 1kHz or more.
[00104] Embora a divulgação anterior se refira às modalidades de um modo da divulgação, várias modificações serão evidentes para os versados na técnica. Pretende-se que todas as variações sejam adotadas pela divulgação anterior.[00104] Although the foregoing disclosure refers to embodiments of one mode of the disclosure, various modifications will be apparent to those skilled in the art. All variations are intended to be adopted by the prior disclosure.
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