BR112019022068A2

BR112019022068A2 - interrogação acústica de múltiplas frequências para orientação azimutal de ferramentas de fundo de poço

Info

Publication number: BR112019022068A2
Application number: BR112019022068A
Authority: BR
Inventors: Boyd Cooper Daniel; Thomas Raum Matthew
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2020-05-05
Also published as: CO2019013256A2; US11473421B2; US20200199999A1; WO2018209219A1; GB2585723B; SA519410352B1; NO20191351A1; GB2585723A; GB201918009D0; CA3063119C; CA3063119A1

Abstract

um aparelho para detectar uma localização de uma fibra óptica com um sensor acústico disposto na subsuperfície da terra inclui um emissor acústico configurado para emitir um primeiro sinal com uma primeira frequência e um segundo sinal com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência, o primeiro e segundo sinais acústicos emitidos sendo rotacionados azimutalmente em torno do poço e um interrogador óptico configurado para interrogar a fibra óptica para receber uma medição acústica que fornece um primeiro sinal recebido correspondente e um segundo sinal recebido correspondente. o aparelho também inclui um processador configurado para (i) multiplicar por frequência o primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência, (ii) estimar uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal, e (iii) correlacionar a diferença de fase com a localização da fibra óptica.

Description

INTERROGAÇÃO ACÚSTICA DE MÚLTIPLAS FREQUÊNCIAS PARA ORIENTAÇÃO AZIMUTAL DE FERRAMENTAS DE FUNDO DE POÇO REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido US 62/505398, depositado em 12 de maio de 2017, que é incorporado aqui por referência na sua totalidade.

FUNDAMENTOS [0002] Os poços são perfurados em formações de terra para várias finalidades, tais como produção de hidrocarbonetos, produção geotérmica e sequestro de dióxido de carbono. Sensores acústicos distribuídos incorporados em uma fibra óptica podem ser dispostos em um poço, tal como entre um revestimento que forra o poço e uma formação de terra, a fim de fornecer dados úteis na utilização da formação de terra. Quando um revestimento é usado, uma ferramenta de perfuração pode ser usada para perfurar o revestimento e obter acesso à formação. Infelizmente, sem o conhecimento da orientação azimutal da fibra óptica em relação à ferramenta de perfuração, a ferramenta de perfuração pode danificar a fibra óptica enquanto perfura o revestimento. Portanto, seria bem recebido nas indústrias que utilizam as formações de terra se fossem desenvolvidos aparelhos e métodos para estimar uma orientação azimutal da fibra óptica em relação a uma ferramenta de fundo de poço.

BREVE SUMÁRIO [0003] E divulgado um aparelho para detectar uma localização de uma fibra óptica que possui um sensor acústico disposto na subsuperfície da terra. O aparelho inclui: um transportador configurado para ser transportado em um poço que perfura a terra; um emissor acústico disposto no transportador e configurado para emitir um primeiro sinal acústico emitido com uma primeira frequência e um segundo sinal acústico emitido com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência, em que o transportador e/ou o emissor acústico são configurados de tal modo que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente ao redor do poço; um interrogador óptico configurado para interrogar a fibra óptica para receber uma medição acústica que fornece um primeiro sinal recebido em resposta ao primeiro sinal acústico emitido e um segundo sinal recebido em resposta ao segundo sinal acústico emitido, a medição acústica sendo realizada pelo sensor acústico a uma profundidade dentro de uma faixa selecionada

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2/15 de uma profundidade do emissor acústico; e um processador configurado para (i) multiplicar por frequência o primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência, (ii) estimar uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal, e (iii) correlacionar a diferença de fase com a localização da fibra óptica.

[0004] Também é divulgado um método para detectar uma localização de uma fibra óptica que possui um sensor acústico disposto na subsuperfície da terra. O método inclui: transportar um transportador em um poço que perfura na terra; emitir um primeiro sinal acústico emitido com uma primeira frequência e um segundo sinal acústico emitido com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência usando um emissor acústico disposto no transportador, em que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente ao redor do poço ; interrogar a fibra óptica usando um interrogador óptico para medir um primeiro sinal recebido em resposta ao primeiro sinal acústico emitido e um segundo sinal recebido em resposta ao segundo sinal acústico emitido, o primeiro e o segundo sinais recebidos sendo recebidos pelo sensor acústico em uma profundidade dentro de uma faixa selecionada de uma profundidade do emissor acústico; multiplicar por frequência o primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência usando um processador; estimar uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal usando o processador; e correlacionar a diferença de fase com a localização da fibra óptica usando o processador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0005] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitantes em nenhuma circunstância. Em referência aos desenhos anexos, elementos semelhantes são enumerados de forma semelhante:

[0006] A FIG. 1 é uma vista em seção transversal de uma modalidade de um poço que perfura na terra;

[0007] A FIG. 2 é uma vista de topo do poço ilustrando uma fibra óptica tendo sensores acústicos distribuídos;

[0008] A FIG. 3 representa aspectos da intensidade acústica em função da posição ao redor do poço para várias frequências específicas;

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3/15 [0009] As FIGs. 4A-4C, referidas coletivamente como FIG. 4, representam aspectos de sinais emitidos de baixa e alta frequência, sinais detectados e desmodulação dos sinais detectados para estimar uma orientação azimutal de uma ferramenta de fundo de poço disposta no poço;

[0010] A FIG. 5 é um fluxograma para um método para estimar uma orientação azimutal da ferramenta de fundo de poço em relação à fibra óptica que possui sensores acústicos distribuídos [0011] A FIG. 6 representa aspectos de operação de uma fonte acústica;

[0012] A FIG. 7 representa aspectos do processamento de sinal para estimar a orientação azimutal.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0013] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método divulgados apresentados no presente documento a título de exemplificação e não limitação com referência às Figuras.

[0014] São divulgadas modalidades de aparelhos e métodos para estimar uma orientação azimutal de uma fibra óptica de fundo de poço que incorpora sensores acústicos distribuídos em relação a uma ferramenta de fundo de poço. Em uma ou mais modalidades, um emissor acústico direcional disposto em um poço emite dois ou mais sinais acústicos simultaneamente, cada sinal acústico tendo uma frequência diferente. O emissor acústico direcional pode ser disposto na ferramenta de fundo de poço e é rotacionado azimutalmente dentro do poço. Os sinais acústicos são recebidos pelos sensores distribuídos na profundidade do emissor acústico. Usando técnicas de processamento de sinal discutidas mais abaixo, uma mudança de fase nos sinais recebidos é medida para várias direções azimutais e correlacionada com a orientação azimutal da fibra óptica em relação à ferramenta de fundo de poço.

[0015] A FIG. 1 ilustra uma vista em seção transversal de um poço 2 que perfura a terra 3 tendo uma formação 4. O poço 2 é forrado com um revestimento 5 que pode ser cimentado no lugar. Uma fibra óptica 6 com sensores acústicos distribuídos (DASs) 7 é disposta no revestimento 5 interno ao e/ou externo ao revestimento 5. Os DASs 7 podem ser incorporados nas propriedades ópticas da fibra óptica 6 (por exemplo, sem preparação adicional da fibra óptica para instilar as propriedades ópticas) e interrogados como por espalhamento Rayleigh ou usando uma série de alterações distintas no índice de refração

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4/15 da fibra óptica 6, como implementada pelas grades de Bragg de fibra 17. Os DASs 7 são configurados para interagir com os sinais acústicos recebidos para detectar ou medir uma amplitude ou intensidade dos sinais acústicos recebidos ao longo do tempo em conjunto com um interrogador óptico 8.

[0016] O interrogador óptico 8 está em comunicação óptica com a fibra óptica 6. O interrogador óptico 8 está configurado para ler os DASs 7 em localizações ao longo da fibra óptica 6. A leitura de cada DAS 7 inclui a medição de uma amplitude e a determinação de uma localização correspondente ao longo da fibra óptica 6 da leitura. Para ler os DASs 7 ao longo da fibra óptica 6, o interrogador óptico 8 está configurado para transmitir luz de entrada 11 para a fibra óptica 6, como usando um laser (não mostrado) e para receber luz retroespalhada ou refletida 12, como por usando um fotodetector (não mostrado). A luz de entrada transmitida 11 e a luz refletida 12 são transmitidas e processadas de acordo com qualquer um dos métodos conhecidos na técnica, como Reflectometria de Domínio Óptico no Tempo (OTDR). Outros métodos podem incluir Reflectometria de Domínio de Frequência Óptica (OFDR), Reflectometria de Domínio de Frequência Óptica Incoerente (IOFDR) ou refletometria de banda larga com multiplexação no domínio de frequência em modalidades não limitativas. Por serem conhecidos na técnica vários aparelhos e métodos para a leitura dos DASs 7, eles não são discutidos em mais detalhes. As leituras de um ou mais DASs podem ser transmitidas a um sistema de processamento de computador 9 para processamento para determinar a orientação da fibra óptica 6.

[0017] A FIG. 1 também ilustra uma sonda de produção 10. A plataforma de produção 10 está configurada para executar várias ações de produção e/ou completação para utilização da formação de terra 4. Em uma ou mais modalidades, a plataforma de produção 10 está configurada para operar uma ferramenta de fundo de poço 14. Em uma ou mais modalidades, a ferramenta de fundo de poço 14 é transportada por um tubular 15 que pode ser abaixado, elevado e/ou rotacionado. Em uma ou mais modalidades, um emissor acústico direcional 16, como um transdutor elétrico/acústico, é disposto na ferramenta de fundo de poço 14. O termo “direcional” refere-se ao emissor acústico que não possui uma saída acústica que é distribuída uniformemente por 360° ao redor do poço 2. Pode-se apreciar que o estreitamento da faixa pode proporcionar maior precisão na estimativa da direção azimutal da fibra óptica. O emissor acústico 16 pode ser rotacionado

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5/15 azimutalmente fisicamente em relação ao poço, girando o tubular 15 ou girando o próprio emissor acústico. Em uma ou mais modalidades, a saída acústica pode ser rotacionada azimutalmente em torno do poço usando uma matriz em fases de emissores acústicos sem que a matriz em fases de emissores acústicos seja fisicamente rotacionada em relação ao poço. Em uma ou mais modalidades, a saída acústica pode ser rotacionada continuamente 360° em tomo do poço 2 ou em etapas distintas. As leituras correspondentes de um ou mais DASs podem ser contínuas ou em etapas discretas. A sonda de produção 10 pode incluir um controlador 18 para controlar a operação da ferramenta de fundo de poço 14 com base na orientação determinada da fibra óptica. A sonda de produção 10 pode incluir um sensor 19 para detectar a orientação azimutal do emissor acústico 16. Em uma ou mais modalidades, a orientação azimutal do emissor acústico 16 pode ser detectada pela detecção de uma orientação azimutal do transportador ou tubular que transporta o emissor acústico 16.

[0018] A FIG. 2 é uma vista de topo do poço ilustrando a fibra óptica 6 tendo as DASs 7 em relação ao poço 2 e ao revestimento 5. A FIG. 2 ilustra um exemplo de uma medição azimutal a para estimar uma localização ou orientação da fibra óptica 6 em relação a uma referência como o azimute do emissor acústico 16.

[0019] Em referência à FIG. 1, um dos sensores acústicos 7 pode receber e medir um sinal acústico emitido pelo emissor acústico 16 a uma profundidade dentro de uma faixa selecionada da profundidade do emissor acústico 16. Em uma ou mais modalidades, o sensor acústico selecionado nos DASs 7 para receber o sinal acústico é o sensor acústico que está a uma profundidade mais próxima da profundidade do emissor acústico 16.

[0020] A FIG. 3 representa aspectos da intensidade acústica em função da posição ao redor do poço para sinais acústicos emitidos de 500 Hz, 1.000 Hz e 2.000 Hz. Especificamente, a FIG. 3 ilustra a distribuição de energia acústica em relação ao ângulo do emissor acústico para as três frequências. Note-se que em frequências mais baixas (por exemplo, menos que 1.000 Hz), a energia acústica é mais ou menos distribuída por toda a extensão do furo de poço. Essa distribuição aumenta, mesmo quando a frequência da energia acústica diminui. Além disso, em frequências suficientemente altas, a energia acústica presente em locais opostos ao emissor fica 180° fora de fase em relação ao emissor acústico. Se o emissor acústico estiver configurado para transmitir em duas frequências, uma em que a relação de fase da energia acústica com o emissor é constante

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6/15 em relação ao ângulo (como é o caso a 500 Hz na Figura 3) e outra em que a energia acústica longe do emissor possui fase reversa (como é o caso em 2.000 Hz na Figura 3), então a orientação do emissor acústico em relação ao sensor acústico pode ser determinada pelo exame da fase das medições acústicas obtidas na frequência mais alta com a fase reversa.

[0021] É claro que isso exige que a fase das medições obtidas na frequência mais alta seja comparada à fase do emissor. Isso pode ser feito se as duas frequências selecionadas tiverem um relacionamento inteiro na frequência (por exemplo, 2.000 Hz é 4X 500 Hz). Nesse caso, as medições obtidas na frequência mais baixa (que tem a mesma fase que o emissor, independentemente da orientação) podem ser multiplicadas por frequência para criar um sinal de referência para a desmodulação do resultado na frequência mais alta. Em outras palavras, a multiplicação por frequência da medição de frequência mais baixa pode ser usada para gerar o equivalente a um oscilador local. Essa saída multiplicada por frequência pode então ser usada para aplicar a detecção do produto (ou uma técnica equivalente) à medição obtida na frequência mais alta, permitindo a extração de informações de fase. Observe que as medições em ambas as frequências podem ser obtidas usando o mesmo sistema de detecção e separadas por filtragem espectral ou uma técnica equivalente. Exemplos de formas de onda de tal abordagem são mostrados na FIG. 4. Em uma ou mais modalidades, a orientação aproximada pode ser determinada apenas a partir do sinal do resultado da desmodulação para fornecer um resultado robusto de detecção. A FIG. 4A ilustra a produção de um sinal de oscilador local (LO) a partir do sinal de baixa frequência medido via multiplicação de frequência. A FIG. 4B ilustra um exemplo de quando uma medição do sinal acústico medido em alta frequência está em fase com o sinal LO e um resultado da desmodulação do sinal acústico medido e do sinal LO. Os dois sinais estarão em fase quando o emissor acústico estiver alinhado com o sensor acústico que mede o sinal acústico emitido em alta frequência. A FIG. 4C ilustra um exemplo de quando uma medição do sinal acústico medido em alta frequência é de 180° fora de fase com o sinal LO e um resultado da desmodulação do sinal acústico de fase reversa medido e do sinal LO. Por isso, pode ser visto nas FIGS. 4B e 4C que o resultado da desmodulação fornece uma indicação da diferença de fase entre o sinal acústico medido em alta frequência e o sinal LO. A diferença de fase pode então ser correlacionada com a orientação da fibra óptica. Em uma ou mais modalidades, a orientação da fibra óptica é em

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7/15 relação ao emissor acústico, de modo que o ângulo de fase zero indica que o emissor acústico é apontado diretamente para o sensor acústico, realizando a detecção do sinal acústico emitido e um ângulo de fase de 180° indica que o emissor acústico está apontando diretamente para longe do sensor acústico. Ângulos de fase entre 0^o e 180° podem ser correlacionados com ângulos do emissor acústico entre esses dois ângulos. As correlações podem ser desenvolvidas usando análises e/ou testes com base nas especificações técnicas dos componentes de fundo de poço que estão sendo utilizados e na geometria do poço e do revestimento.

[0022] A FIG. 5 é um fluxograma para um método 50 para estimar uma orientação azimutal da fibra óptica que possui sensores acústicos distribuídos. O bloco 51 pede para transportar um transportador em um poço que perfura a terra. O termo “transportador” como usado neste documento significa qualquer dispositivo, componente do dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro que pode ser utilizado para transmitir, alojar, suportar ou, de outra forma, facilitar a utilização de outro dispositivo, componente do dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro. A ferramenta de perfilagem 10 é um exemplo não limitative de um transportador. Outros exemplos de transportadores não limitativos incluem colunas de perfuração do tipo de tubo em espiral, do tipo de tubo articulado e qualquer combinação ou porção dos mesmos. Outros exemplos de transportadores incluem tubos de revestimento, cabos de aço, sondas de cabo de aço, sondas de cabo liso, drop shots, composições de fundo, inserções de coluna de perfuração, módulos, alojamentos internos e porções de substrato dos mesmos.

[0023] O bloco 52 pede a emissão de um primeiro sinal acústico emitido com uma primeira frequência e um segundo sinal acústico emitido com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência usando um emissor acústico disposto no transportador, em que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente em torno do poço. Em uma ou mais modalidades, este emissor acústico emite som que consiste em pelo menos duas frequências distintas. Em uma ou mais modalidades, a segunda frequência é um múltiplo inteiro da primeira frequência. Essas frequências não são escolhidas arbitrariamente; ao contrário, são selecionados de modo a estimular modos de vibração selecionados do revestimento e das estruturas circundantes (cimento, formação, etc.). As frequências que separam esses modos podem ser identificadas interrogando a formação com uma emissão acústica de amplitude constante e frequência chirped. O

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8/15 objetivo de aplicar emissões acústicas em frequências correspondentes a modos diferentes é que a forma do modo de vibração associada a cada modo individual seja distinta. Portanto, à medida que a fonte acústica é rotacionada, a energia acústica obtida em cada frequência mostra uma distribuição distinta em relação ao ângulo entre a fonte acústica e o cabo óptico sendo usado para obter medições de DAS, com base na frequência das emissões acústicas. Isso permite que a orientação azimutal do cabo óptico seja identificada examinando as relações de energia acústica recebidas em diferentes frequências. Em uma ou mais modalidades, o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente continuamente ao redor do poço. Em uma ou mais modalidades, o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente em etapas distintas ao redor do poço. O ângulo de cada etapa distinta pode depender de uma resolução mínima desejada para detecção da orientação da fibra óptica.

[0024] A FIG. 6 representa aspectos de uma modalidade de uma fonte acústica de fundo de poço 60. Nesta modalidade, um gerador de sinal 61 é configurado para emitir um primeiro sinal elétrico 62 tendo uma frequência baixa ou de referência, tal como 500 Hz ou inferior em uma modalidade não limitativa. O primeiro sinal elétrico 62 é transmitido ao emissor acústico 16. Um multiplicador de frequência 63 é configurado para multiplicar a frequência do primeiro sinal elétrico 62 para fornecer um segundo sinal elétrico 64 com uma frequência mais alta que o primeiro sinal elétrico 62. Em uma ou mais modalidades, a frequência do primeiro sinal elétrico 62 é multiplicada por um valor inteiro como 4 ou 5 em uma modalidade não limitativa. O segundo sinal elétrico 64 também é transmitido ao emissor acústico 16, de modo que o emissor acústico 16 emita simultaneamente os dois tons acústicos. Além disso, em outras modalidades, dois emissores acústicos separados podem ser usados. Se dois emissores acústicos são usados, esses emissores acústicos não precisam necessariamente ser colocados, pois a relação de fase entre as medições acústicas na frequência mais baixa e o emissor não depende do posicionamento azimutal do sensor acústico em relação ao emissor.

[0025] Em referência à FIG. 5, o bloco 53 pede para interrogar a fibra óptica usando um interrogador óptico para medir um primeiro sinal recebido em resposta ao primeiro sinal acústico emitido e um segundo sinal recebido em resposta ao segundo sinal acústico emitido, sendo o primeiro e o segundo sinais recebidos sendo recebidos pelo sensor acústico a uma profundidade dentro de uma faixa selecionada de uma profundidade

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9/15 do emissor acústico. Em uma ou mais modalidades, a profundidade do sensor acústico sendo interrogado está a uma profundidade mais próxima da profundidade do emissor acústico. 0 bloco 54 exige a multiplicação por frequência do primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência usando um processador. 0 terceiro sinal é equivalente ao sinal LO discutido acima. Em uma ou mais modalidades, a terceira frequência é a mesma que a segunda frequência ou dentro de 1% da segunda frequência, por exemplo. 0 bloco 55 exige estimar uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal usando o processador. Em uma ou mais modalidades, a diferença de fase é estimada pela desmodulação de um produto do segundo sinal recebido e do terceiro sinal. O bloco 56 exige a correlação da diferença de fase com a localização da fibra óptica usando o processador. O método 50 também pode incluir realizar uma ação de fundo de poço com base na localização da fibra óptica usando uma ferramenta de fundo de poço. Uma modalidade não limitativa da ação é perfurar o revestimento usando uma ferramenta de perfuração.

[0026] A FIG. 7 descreve aspectos do processamento de sinal usando uma medição acústica. Aos 70, é feita uma medição acústica usando um dos sensores acústicos distribuídos implementados pela fibra óptica. Um primeiro filtro passa-banda 71 é configurado para filtrar a medição acústica para permitir que o primeiro sinal recebido com a primeira frequência passe e exclua o segundo sinal recebido com a segunda frequência. Um segundo filtro passa-banda 72 é configurado para permitir que o segundo sinal recebido passe e exclua o primeiro sinal recebido. Um multiplicador de frequência 73 é configurado para multiplicar o primeiro sinal recebido para fornecer o terceiro sinal (isto é, o sinal LO) tendo a terceira frequência. Em geral, a terceira frequência pode ser a mesma que a segunda frequência ou próxima à segunda frequência. Um detector ou desmodulador de produto 74 é configurado para desmodular um produto do segundo sinal recebido e do terceiro sinal para fornecer uma medição de fase ou diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal. Uma vez que a diferença de fase é estimada, um processador como o sistema de processamento de computador 9 pode correlacionar a diferença de fase com a orientação da fibra óptica usando uma correlação de referência. Pode ser apreciado que o termo “processador” pode estar relacionado a um processador digital, como em um

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10/15 sistema de processamento de computador e/ou um processador analógico dedicado (usando sinais analógicos), implementado por componentes eletrônicos ativos e/ou passivos.

[0027] A divulgação neste documento fornece várias vantagens. Uma vantagem é a das ferramentas de orientação da técnica anterior, como uma ferramenta de orientação magnética (MOT). Na técnica anterior, grandes protetores contra explosão (fabricados em aço ou outro metal ferroso) são colocados ao redor do cabo de fibra ótica. Eles servem para distorcer o campo magnético da Terra na direção azimutal do cabo de fibra óptica, permitindo assim ao MOT determinar a orientação do cabo de fibra óptica em relação ao campo magnético da Terra. Isso permite que a ferramenta de perfuração seja orientada na direção desejada, orientando-a na direção desejada em relação ao campo magnético da Terra. No entanto, existem várias limitações associadas a essa abordagem. Em primeiro lugar, há uma despesa significativa associada aos protetores de explosão mencionados acima; isso pode representar uma parcela substancial do custo necessário para instrumentar um poço. Além disso, os MOTs são muito limitados em sua capacidade de operar confiabilidade em alta temperatura (>200°C); essa é uma dificuldade grave associada à instrumentação de poços de alta temperatura. E notável que uma das principais vantagens da instrumentação de fibra ótica aqui divulgada (em relação à instrumentação elétrica equivalente no MOT) seja sua capacidade de operar com confiabilidade superior em ambientes de alta temperatura.

[0028] Outra vantagem é a divulgação aqui utilizada, pelo menos, duas frequências separadas para emissão de energia acústica, em oposição a uma baseada na emissão de energia acústica em uma única frequência. O mais notável é que isso permite um esquema no qual as medições podem ser derivadas de informações de fase, em vez de informações de amplitude. As medições derivadas de informações de fase ou frequência são geralmente substancialmente mais robustas do que aquelas obtidas a partir de informações de amplitude, pois há muito mais efeitos que podem modificar ou corromper informações de amplitude do que informações de fase/frequência.

[0029] A seguir estão algumas modalidades da divulgação anterior:

[0030] Modalidade 1. Um aparelho para detectar uma localização de uma fibra óptica possuindo um sensor acústico disposto na subsuperfície da terra, o aparelho compreendendo: um transportador configurado para ser transportado em um poço que perfura a terra; um emissor acústico disposto no transportador e configurado para emitir

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11/15 um primeiro sinal acústico emitido com uma primeira frequência e um segundo sinal acústico emitido com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência, em que o transportador e/ou o emissor acústico são configurados de tal modo que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente ao redor do poço; um interrogador óptico configurado para interrogar a fibra óptica para receber uma medição acústica que fornece um primeiro sinal recebido em resposta ao primeiro sinal acústico emitido e um segundo sinal recebido em resposta ao segundo sinal acústico emitido, a medição acústica sendo realizada pelo sensor acústico a uma profundidade dentro de uma faixa selecionada de uma profundidade do emissor acústico; e um processador configurado para (i) multiplicar por frequência o primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência, (ii) estimar uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal, e (iii) correlacionar a diferença de fase com a localização da fibra óptica.

[0031] Modalidade 2. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um visor configurado para exibir a localização para um usuário.

[0032] Modalidade 3. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o transportador e/ou o emissor acústico são configurados de modo que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos sejam rotacionados azimutalmente continuamente ao redor do poço.

[0033] Modalidade 4. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o transportador e/ou o emissor acústico são configurados de modo que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos sejam rotacionados azimutalmente em etapas distintas ao redor do poço.

[0034] Modalidade 5. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda: um gerador de sinal configurado para gerar um primeiro sinal elétrico na primeira frequência; e um multiplicador de frequência configurado para multiplicar a primeira frequência do primeiro sinal elétrico para fornecer um segundo sinal elétrico na segunda frequência; em que o primeiro sinal elétrico e o segundo sinal elétrico são fornecidos ao emissor acústico.

[0035] Modalidade 6. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a segunda frequência é um múltiplo inteiro da primeira frequência.

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12/15 [0036] Modalidade 7. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a terceira frequência é a mesma que a segunda frequência.

[0037] Modalidade 8. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda: um primeiro filtro configurado para filtrar uma medição acústica feita pelo sensor acústico para passar o primeiro sinal recebido e excluir o segundo sinal recebido; um segundo filtro configurado para filtrar a medição acústica para passar o segundo sinal recebido e excluir o primeiro sinal recebido; um multiplicador de frequência configurado para multiplicar a frequência do primeiro sinal recebido que passa através do primeiro filtro para fornecer o terceiro sinal; um desmodulador configurado para desmodular um produto do terceiro sinal e o segundo sinal recebido que passa através do segundo filtro para estimar a diferença de fase.

[0038] Modalidade 9. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda uma ferramenta de fundo de poço configurada para executar uma ação usando a localização da fibra óptica.

[0039] Modalidade 10. O aparelho, de acordo com a reivindicação 9, em que a ferramenta de fundo de poço compreende uma ferramenta de perfuração configurada para perfurar um revestimento que forra o poço em uma localização selecionada que não é a localização da fibra óptica.

[0040] Modalidade 11. O aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o transportador está configurado para girar a fim de rotacionar azimutalmente o emissor acústico.

[0041] Modalidade 12. Um método para detectar uma localização de uma fibra óptica possuindo um sensor acústico disposto na subsuperfície da terra, o método compreendendo: transportar um transportador em um poço que penetra na terra; emitir um primeiro sinal acústico emitido com uma primeira frequência e um segundo sinal acústico emitido com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência usando um emissor acústico disposto no transportador, em que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente ao redor do poço ; interrogar a fibra óptica usando um interrogador óptico para medir um primeiro sinal recebido em resposta ao primeiro sinal acústico emitido e um segundo sinal recebido em resposta ao segundo sinal acústico emitido, o primeiro e o segundo sinais recebidos sendo recebidos pelo sensor acústico em uma profundidade dentro de uma faixa selecionada de uma profundidade do

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13/15 emissor acústico; multiplicar por frequência o primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência usando um processador; estimar uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal usando o processador; e correlacionar a diferença de fase com a localização da fibra óptica usando o processador.

[0042] Modalidade 13. O método, de acordo com a reivindicação 12, exibindo a localização para um usuário usando um visor.

[0043] Modalidade 14. O método, de acordo com a reivindicação 12, em que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente continuamente ao redor do poço.

[0044] Modalidade 15. O método, de acordo com a reivindicação 12, em que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente em etapas distintas ao redor do poço.

[0045] Modalidade 16. O método, de acordo com a reivindicação 12, compreendendo ainda: o uso de um gerador de sinal para gerar um primeiro sinal elétrico na primeira frequência e transmitir o primeiro sinal elétrico ao emissor acústico para emitir o primeiro sinal acústico emitido; e usar um multiplicador de frequência para multiplicar o primeiro sinal elétrico para fornecer um segundo sinal elétrico na segunda frequência e transmitir o segundo sinal elétrico ao emissor acústico para emitir o segundo sinal acústico emitido.

[0046] Modalidade 17. O método, de acordo com a reivindicação 12, compreendendo ainda: filtrar a medição acústica para passar o primeiro sinal recebido e excluir o segundo sinal recebido; e filtrar a medição acústica para passar o segundo sinal recebido e excluir o primeiro sinal recebido.

[0047] Modalidade 18. O método, de acordo com a reivindicação 12, em que estimar uma diferença de fase compreende desmodular um produto do segundo sinal recebido e do terceiro sinal.

[0048] Modalidade 19. O método, de acordo com a reivindicação 12, em que a primeira e a segunda frequências excitam um modo de vibração de uma estrutura de fundo de poço.

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14/15 [0049] Modalidade 20. O método, de acordo com a reivindicação 12, compreendendo ainda realizar uma ação de fundo de poço com base na localização da fibra óptica usando uma ferramenta de fundo de poço.

[0050] Em apoio aos ensinamentos no presente documento, vários componentes de análise podem ser usados, incluindo um sistema analógico e/ou digital. Por exemplo, o interrogador óptico 8, o sistema de processamento do computador 9, o controlador 18 ou o sensor 19 podem incluir sistemas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes, tais como um processador, meios de armazenamento, memória, entrada, saída, link de comunicações (com fio, sem fio, ópticos ou outros), interfaces de usuário (por exemplo, uma tela ou impressora), programas de software, processadores de sinal (digital ou analógico) e outros tais componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para fornecer a operação e análise do aparelho e métodos divulgados no presente documento de qualquer uma de muitas maneiras bem apreciada na técnica. É considerado que estes ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas num meio legível por computador não transitório, incluindo memória (ROMs, RAMs), discos ópticos (CD-ROMs), ou discos magnéticos (discos, discos rígidos), ou qualquer outro tipo que, quando executada, faz com que um computador implante o método da presente invenção. Essas instruções podem prever o funcionamento, controle, coleta e análise de dados do equipamento e outras funções consideradas relevantes por um projetista, proprietário, usuário do sistema ou outra pessoa, além das funções descritas nesta divulgação.

[0051] Adicionalmente, vários outros componentes podem ser incluídos e solicitados para fornecer aspectos dos ensinamentos no presente documento. Por exemplo, uma fonte de alimentação, componente de refrigeração, componente de aquecimento, ímã, eletroímã, sensor, eletrodo, transmissor, receptor, transceptor, antena, controlador, unidade óptica, unidade elétrica ou unidade eletromecânica pode ser incluída no suporte aos vários aspectos discutidos neste documento ou em apoio de outras funções além desta divulgação.

[0052] Os elementos das modalidades foram introduzidos seja com os artigos “um” ou “uma”. Os artigos pretendem significar que há um ou mais dos elementos. Os termos “incluindo” e “tendo” e semelhantes se destinam a serem inclusivos de modo que possa haver elementos adicionais além dos elementos listados. A conjunção “ou” quando usada

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15/15 com uma lista de pelo menos dois termos destina-se a significar qualquer termo ou combinação de termos. O termo “configurado” se relaciona a uma ou mais limitações estruturais de um dispositivo que são necessárias para que o dispositivo execute a função ou operação para a qual o dispositivo é configurado. Os termos “primeiro”, “segundo” e semelhantes são usados para diferenciar elementos e não se destinam a denotar uma ordem específica.

[0053] O diagrama de fluxo descrito aqui é apenas um exemplo. Podem haver muitas variações em relação a este diagrama ou às etapas (ou operações) descritas neste documento sem que haja desvio do escopo da invenção. Por exemplo, outras operações, como o resfriamento, podem ser realizadas em determinados pontos sem alterar a sequência específica de operações divulgadas uma em relação à outra. Todas estas variações são consideradas uma parte da invenção reivindicada.

[0054] A divulgação ilustrativamente divulgada pode ser praticada na ausência de qualquer elemento que não seja especificamente divulgado aqui.

[0055] Embora uma ou mais modalidades sejam ilustradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas sem se afastar do espírito e do escopo da invenção. Por conseguinte, deve ser compreendido que a presente invenção foi descrita por meio de ilustrações e não de limitação.

[0056] Será reconhecido que os vários componentes ou tecnologias podem prover certas funcionalidades ou características necessárias ou benéficas. Desta forma, essas funções e recursos que podem ser necessárias em apoio às reivindicações anexas e suas variações são reconhecidas como inerentes a uma parte dos ensinamentos deste documento e a uma parte da invenção descrita.

[0057] Embora a invenção tenha sido descrita com referências a modalidades exemplificativas, será entendido que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações serão apreciadas para adaptar um instrumento, situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Desta forma, pretende-se que a invenção não seja limitada a determinada modalidade divulgada como o melhor modo previsto para a realização desta invenção, mas que irá incluir todas as modalidades abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para detectar uma localização de uma fibra óptica (6) com um sensor acústico disposto na subsuperfície da terra, o aparelho caracterizado pelo fato de que:

um transportador configurado para ser transportado em um poço (2) que penetra a terra;

um emissor acústico (16) disposto no transportador e configurado para emitir um primeiro sinal acústico emitido com uma primeira frequência e um segundo sinal acústico emitido com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência, em que o transportador e/ou o emissor acústico (16) são configurados de modo que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos sejam rotacionados azimutalmente em torno do poço (2);

um interrogador óptico (8) configurado para interrogar a fibra óptica (6) para receber uma medição acústica que fornece um primeiro sinal recebido em resposta ao primeiro sinal acústico emitido e um segundo sinal recebido em resposta ao segundo sinal acústico emitido, a medição acústica sendo realizada pelo sensor acústico a uma profundidade dentro de uma faixa selecionada de uma profundidade do emissor acústico (16); e um processador configurado para (i) multiplicar por frequência o primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência, (ii) estimar uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal, e (iii) correlacionar a diferença de fase com a localização da fibra óptica (6).
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um visor configurado para exibir a localização para um usuário.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transportador e/ou o emissor acústico (16) são configurados de modo que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos sejam rotacionados azimutalmente continuamente ao redor do poço (2).
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transportador e/ou o emissor acústico (16) são configurados de modo que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos sejam rotacionados azimutalmente em etapas distintas ao redor do poço (2).

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5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

um gerador de sinal (61) configurado para gerar um primeiro sinal elétrico (62) na primeira frequência; e um multiplicador de frequência configurado para multiplicar a primeira frequência do primeiro sinal elétrico (62) para fornecer um segundo sinal elétrico (64) na segunda frequência;

em que o primeiro sinal elétrico (62) e o segundo sinal elétrico (64) são fornecidos ao emissor acústico (16).
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda frequência é um múltiplo inteiro da primeira frequência.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira frequência é a mesma que a segunda frequência.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

um primeiro filtro configurado para filtrar uma medição acústica feita pelo sensor acústico para passar o primeiro sinal recebido e excluir o segundo sinal recebido;

um segundo filtro configurado para filtrar a medição acústica para passar o segundo sinal recebido e excluir o primeiro sinal recebido;

um multiplicador de frequência (63) configurado para multiplicar a frequência do primeiro sinal recebido que passa através do primeiro filtro para fornecer o terceiro sinal;

um desmodulador configurado para desmodular um produto do terceiro sinal e o segundo sinal recebido que passa através do segundo filtro para estimar a diferença de fase.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma ferramenta de fundo de poço (14) configurada para executar uma ação usando a localização da fibra óptica (6).
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a ferramenta de fundo de poço (14) compreende unia ferramenta de perfuração configurada para perfurar um. revestimento (5) que forra o poço (2) em uma localização selecionada que não é a localização da fibra óptica (6).

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11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transportador está configurado para girar a fim de rotacionar azimutalmente o emissor acústico (16).
12. Método (50) para detectar uma localização de uma fibra óptica (6) com um. sensor acústico disposto na subsuperfície da terra, o método (50) caracterizado pelo fato de que:

transporta um transportador em um poço (2) que penetra a terra;

emite um primeiro sinal acústico emitido com uma primeira frequência e um segundo sinal acústico emitido com uma segunda frequência que é maior que a primeira frequência usando um emissor acústico (16) disposto no transportador, em que o primeiro e o segundo sinais acústicos emitidos são rotacionados azimutalmente em tomo do poço (2).

interrogar a fibra óptica (6) usando um interrogador óptico (8) para medir um primeiro sinal recebido em resposta ao primeiro sinal acústico emitido e um segundo sinal recebido em resposta ao segundo sinal acústico emitido, o primeiro e o segundo sinais recebidos sendo recebidos pelo sensor acústico a uma profundidade dentro de uma faixa selecionada de uma profundidade do emissor acústico (16);

multiplica por frequência do primeiro sinal recebido para fornecer um terceiro sinal tendo uma terceira frequência dentro de uma faixa selecionada da segunda frequência usando um processador;

estima uma diferença de fase entre o segundo sinal recebido e o terceiro sinal usando o processador; e correlaciona a diferença de fase com a localização da fibra óptica (6) usando o processador.
13. Método (50), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

usar um gerador de sinal (61) para gerar um primeiro sinal elétrico (62) na primeira frequência e transmitir o primeiro sinal elétrico (62) ao emissor acústico (16) para emitir o primeiro sinal acústico emitido; e usar um. multiplicador de frequência (63) para multiplicar o primeiro sinal elétrico (62) para fornecer um segundo sinal elétrico (64) na segunda frequência e transmitir o segundo sinal elétrico (64) ao emissor acústico (16) para emitir o segundo sinal acústico emitido.

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14. Método (50), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

filtrar a medição acústica para passar o primeiro sinal recebido e excluir o segundo sinal recebido; e filtrar a medição acústica para passar o segundo sinal recebido e excluir o primeiro sinal recebido.
15. Método (50), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda frequências excitam um modo de vibração de uma estrutura de fundo de poço.