BR112019024687B1 - Detector de radiação utilizável em uma ferramenta de fundo de poço configurada para ser posicionada em um poço - Google Patents

Abstract

Um detector de radiação utilizável em uma ferramenta de fundo de poço configurada para ser posicionada em um poço inclui uma placa de circuito impresso e pelo menos um elemento detector acoplado à placa de circuito impresso. O pelo menos um elemento detector inclui um material de conversão direta de semicondutor para converter diretamente raios gama em sinais elétricos. O material de conversão direta de semicondutores inclui uma superfície de cátodo e uma superfície de ânodo. Além disso, o pelo menos um elemento detector inclui um cátodo operativamente conectado à superfície do cátodo e um ânodo operativamente acoplado à superfície do ânodo. O detector de radiação também inclui uma fonte de voltagem acoplada à placa de circuito impresso e configurada para fornecer uma voltagem ao pelo menos um elemento detector.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] O campo da divulgação refere-se geralmente a ferramentas de fundo de poço associadas a cabo de aço, Perfilagem Durante a Perfuração (LWD), e operações de perfilagem de integridade e produção de poço, e em particular, a detectores de fundo de poço de raios gama.

[0002] Os detectores de radiação são bem conhecidos na indústria de perfuração e geralmente são incorporados às ferramentas de perfuração para poços de petróleo e às ferramentas usadas para perfilar as formações geológicas ao longo do comprimento do poço. Pelo menos alguns detectores de radiação conhecidos incluem tipicamente um dispositivo de detecção e quantificação de luz, como um tubo fotomultiplicador, e um elemento de cintilação, como um cristal ou um elemento adequadamente composto. O elemento de cintilação normalmente funciona capturando radiação da formação e convertendo essa energia em luz. A radiação pode ser radiação ambiente emitida por materiais radioativos na formação ou radiação emitida em resposta ao bombardeio da formação por fontes de radiação dentro da ferramenta ou equipamento no qual os detectores estão operando.

[0003] A luz gerada dentro de um elemento de cintilação, como resultado da interceptação de radiação, é transmitida através de uma janela óptica para o tubo fotomultiplicador. Os impulsos de luz são transformados em impulsos elétricos que são transmitidos através de uma corrente de dados para um sistema de instrumentação. Os elementos de acoplamento óptico são tipicamente usados entre o elemento de cintilação e o elemento de detecção de luz, a fim de facilitar o aumento da transmissão de luz e podem ser usados para fornecer isolamento entre o elemento de cintilação e o elemento de detecção de luz.

[0004] As operações de medição durante a perfuração (MWD) ou as operações de perfilagem durante a perfuração (LWD) utilizam detectores de radiação para ajudar a guiar as perfurações e/ou para ajudar a avaliar a formação, concomitantemente à operação de perfuração, submetendo assim o detector de radiação à vibração e choque aumentados, enquanto em temperaturas de até 175 graus Celsius ou mais. Outras aplicações de perfuração que submetem os detectores de radiação a ambientes extremos incluem avaliações ambientais, pesquisas geológicas e projetos de construção. Nos casos mencionados acima, um detector de radiação altamente robusto é desejado para que o detector de radiação não falhe e não produza ruído como resultado da vibração e do choque.

[0005] Com alguns detectores de radiação conhecidos, os efeitos ambientais durante a perfuração, como a presença de fluidos, sólidos ou gás, impedem o contato entre o detector de radiação e a superfície a ser medida (por exemplo, fragmentos e cascalhos, lama, hidrocarbonetos, etc.). Isso pode fazer com que dados insuficientes e/ou imprecisos sejam recebidos pelo detector de radiação. Além disso, devido à vibração e ao choque descritos acima, os elementos dos detectores de radiação típicos, como um cristal de cintilação ou um tubo foto multiplicador, podem ser danificados ou produzir um aumento de ruído devido a vibrações. Além disso, o aumento da temperatura do ambiente de perfuração pode diminuir a vida útil de muitos detectores de radiação conhecidos.

BREVE DESCRIÇÃO

[0006] Em um aspecto, é fornecido um detector de radiação utilizável em uma ferramenta de fundo de poço configurada para ser posicionada em um poço. O detector de radiação inclui uma placa de circuito impresso, pelo menos um elemento detector acoplado à referida placa de circuito impresso e uma fonte de voltagem. O pelo menos um elemento detector inclui um material de conversão direta de semicondutor para converter diretamente raios gama em sinais elétricos. O material de conversão direta de semicondutores tem uma superfície de cátodo e uma superfície de ânodo. Além disso, o pelo menos um elemento detector inclui um cátodo operativamente conectado à superfície do cátodo e um ânodo operativamente acoplado à superfície do ânodo. A fonte de voltagem está acoplada à placa de circuito impresso e está configurada para fornecer uma voltagem ao pelo menos um elemento detector.

[0007] Em um outro aspecto, é fornecido um detector de radiação utilizável em uma ferramenta de fundo de poço configurada para ser posicionada em um poço. O detector de radiação inclui uma placa de circuito impresso e uma pluralidade de elementos detectores de conversão direta acoplados à placa de circuito impresso para formar um conjunto de detectores. Cada elemento detector da pluralidade de elementos detectores de conversão direta inclui um material de conversão direta de semicondutor para converter diretamente raios gama em sinais elétricos. O material de conversão direta de semicondutores inclui uma superfície de cátodo e uma superfície de ânodo. Cada elemento detector da pluralidade de elementos detectores de conversão direta também inclui um cátodo operativamente conectado à superfície do cátodo e um ânodo operativamente conectado à superfície do ânodo. A pluralidade de elementos detectores de conversão direta é operável no modo de conversão direta a uma temperatura de até 250 graus Celsius.

[0008] Em ainda outro aspecto, é fornecido um método para detectar raios gama em um poço formado em uma formação geológica. O método inclui fornecer um detector de radiação no poço. O detector de radiação inclui uma matriz de elementos detectores de conversão direta acoplados a uma placa de circuito impresso. O método também inclui descentralizar o detector de radiação em um alojamento de ferramenta. Além disso, o método inclui o acoplamento mecânico do detector de radiação a uma parede externa do alojamento da ferramenta. Além disso, o método inclui a detecção de raios gama da formação geológica usando o detector de radiação que opera no modo de conversão direta.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] Estas e outras características, aspectos e vantagens da presente divulgação serão mais bem compreendidas quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes em todos os desenhos, em que:

[00010] A FIG. 1 é um sistema de perfuração exemplificativo, incluindo um detector de raios gama flexível para detectar a presença, por exemplo, de fontes de raios gama que ocorrem naturalmente;

[00011] A FIG. 2 é um diagrama de blocos de um detector flexível exemplificativo adequado para uso com o sistema de perfuração mostrado na FIG. 1;

[00012] A FIG. 3 é uma vista esquemática em corte de um detector exemplificativo para uso no detector flexível mostrado na FIG. 2;

[00013] A FIG. 4 é uma vista em corte do detector flexível mostrado na FIG. 2, orientado em uma orientação convexa; e

[00014] A FIG. 5 é um sistema de perfilagem exemplificativa incluindo um detector flexível.

[00015] Salvo indicação em contrário, os desenhos aqui fornecidos pretendem ilustrar características de modalidades desta divulgação. Acredita-se que estas características são aplicáveis em uma ampla variedade de sistemas, compreendendo uma ou mais modalidades desta divulgação. Como tal, os desenhos não pretendem incluir todas as características convencionais conhecidas pelos versados na técnica como sendo necessárias para a prática das modalidades divulgadas aqui.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00016] No seguinte relatório descritivo e nas reivindicações, será feita referência a inúmeros termos, que serão definidos para ter os seguintes significados.

[00017] As formas singulares "um", "uma", e "o" incluem referências no plural, a menos que o contexto dite claramente o contrário.

[00018] "Opcional" ou "opcionalmente" significa que o evento ou circunstância descrito posteriormente pode ou não ocorrer e que a descrição inclui casos em que o evento ocorre e casos onde não ocorre.

[00019] A linguagem aproximada, como aqui utilizada ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar permissivelmente sem resultar em uma alteração na função básica à qual está relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, como "cerca de", "aproximadamente" e "substancialmente" não deve ser limitado ao valor exato especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem aproximada pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Aqui e ao longo do relatório descritivo e reivindicações, as limitações de alcance podem ser combinadas e/ou permutadas; tais faixas são identificadas e incluem todas as sub-faixas contidas no mesmo, a menos que contexto ou idioma indiquem o contrário.

[00020] Conforme usado neste documento, os termos “processador” e “computador” e termos relacionados, por exemplo, “dispositivo de processamento”, “dispositivo de computação” e “controlador” não estão limitados apenas aos circuitos integrados referidos na técnica como um computador, mas refere-se amplamente a um microcontrolador, um microcomputador, um controlador lógico programável (PLC), um circuito integrado específico para a aplicação e outros circuitos programáveis, e esses termos são usados indistintamente neste documento. Nas modalidades aqui descritas, a memória pode incluir, mas não está limitada a, um meio legível por computador, tal como uma memória de acesso aleatório (RAM), e um meio não volátil legível por computador, tal como memória flash. Como alternativa, um disquete, um disco compacto - memória somente de leitura (CD-ROM), um disco magneto- óptico (MOD) e/ou um disco versátil digital (DVD) também podem ser usados. Além disso, nas modalidades aqui descritas, canais de entrada adicionais podem ser, mas não estão limitados a, periféricos de computador associados a uma interface de operador, tal como um mouse e um teclado. Em alternativa, podem também ser utilizados outros periféricos de computador que podem incluir, por exemplo, mas não se limitam a, um scanner. Além disso, na modalidade exemplificativa, canais de saída adicionais podem incluir, mas não se limitam a, um monitor de interface de operação.

[00021] Conforme usado neste documento, o termo “meio legível por computador não transitório” se destina a ser representativo de qualquer dispositivo baseado em computador tangível implementado em qualquer método ou tecnologia para armazenamento a curto e longo prazos de informações, tal como, por exemplo, instruções legíveis por computador, estruturas de dados, módulos e submódulos de programa, ou outros dados em qualquer dispositivo. Portanto, os métodos aqui descritos podem ser codificados como instruções executáveis incorporadas num meio legível por computador tangível não transitório incluindo, sem limitação, um dispositivo de armazenamento e/ou um dispositivo de memória. Tais instruções, quando executadas por um processador, fazem o processador executar pelo menos uma porção dos métodos descritos aqui. Além disso, conforme usado neste documento, o termo “meio legível por computador não transitório” inclui todos os meios legíveis por computador tangíveis incluindo, sem limitação, dispositivos de armazenamento de computador não transitórios incluindo, sem limitação, meios voláteis e não voláteis e meios removíveis e não removíveis, tal como firmware, armazenamento físico e virtual, CD-ROMs, DVDs e qualquer outra fonte digital, tal como uma rede ou a Internet, bem como meios digitais ainda a serem desenvolvidos, com a única exceção sendo um sinal de propagação transitório.

[00022] Modalidades da presente divulgação fornecem detectores de radiação de conversão direta de alta temperatura posicionados em um poço para avaliação da formação geológica de fundo de poço (por exemplo, aplicações de raios gama naturais, densidade, espectral, espectroscopia e/ou detecção de radiação de bits), integridade do poço e perfilagem de produção. Em particular, as modalidades descritas neste documento facilitam a formação de um detector flexível de raios gama de conversão direta de alta temperatura, que é compacto e pode ser excentrado e empurrado contra a superfície de uma ferramenta de fundo de poço, na broca, para medir raios gama da formação geológica. Como tal, as modalidades descritas neste documento facilitam medições de formação mais próximas, facilitando as correções para efeitos ambientais, como peso da lama ou tamanho do poço. Uma pluralidade de detectores de raios gama formados usando um material denso de detector de raios gama, como cristais CMT (por exemplo, telureto de cádmio e magnésio (CdMgTe), telureto de cádmio e manganês (CdMnTe) ou uma combinação de telureto de cádmio e magnésio (CdMgMnTe)) são acoplados à placa de circuito flexível e encerrados em um alojamento flexível. O detector facilita o posicionamento na broca, maior vida útil operacional (por exemplo, maior que cerca de 2000 horas), custos de fabricação reduzidos e maior robustez. Além disso, a inclusão de uma variedade flexível de detectores de raios gama de conversão direta a alta temperatura facilita a capacidade de resolução mais alta em comparação com os atuais detectores de cintilação no fundo do poço, por exemplo, maior resolução vertical e azimutal.

[00023] A FIG. 1 é um sistema de perfuração exemplificativo 10, incluindo um detector de radiação flexível 12 para detectar a presença, por exemplo, de fontes de raios gama que ocorrem naturalmente. Na modalidade exemplificativa, um poço 14 inclui uma seção superior 16 com um revestimento 18 montado nela e uma seção inferior 20. A seção inferior 20 tem uma coluna de perfuração 22 que se estende a partir de uma sonda de perfuração 24 e configurada para perfurar a seção inferior 20 usando um conjunto de perfuração 26. A coluna de perfuração 22 inclui um ou membros tubulares 28 que são fixados ao conjunto de perfuração 26 na sua extremidade inferior. Na modalidade exemplificativa, os membros tubulares 28 incluem, por exemplo, seções de tubo de perfuração acopladas. Em algumas modalidades, os membros tubulares 28 incluem qualquer tipo de membro tubular que permita que o sistema de perfuração 10 funcione como aqui descrito, como, por exemplo, tubagem espiralada. Na modalidade exemplificativa, uma broca de perfuração 30 é acoplada a uma extremidade inferior do conjunto de perfuração 26 para cortar a seção inferior 20 e, mais particularmente, a formação geológica que compõe a seção inferior 20, para perfurar o poço 14 de um diâmetro selecionado. Em algumas modalidades, o conjunto de perfuração 26 inclui componentes adicionais (não mostrados), como, por exemplo, e sem limitação, estabilizadores, centralizadores, unidades de direcionamento e quaisquer outros dispositivos que facilitam a o conjunto de operação e/ou direcionamento 26.

[00024] Na modalidade exemplificativa, a coluna de perfuração 22 é mostrada abaixada no poço 14 a partir da sonda de perfuração 24 localizada na superfície 32. Embora a sonda de perfuração 24 seja mostrada aqui como uma sonda de perfuração terrestre, é contemplado que a sonda de perfuração 24 possa ser qualquer tipo de sonda que permita que o sistema de perfuração 10 funcione como descrito aqui, por exemplo, e sem limitação, uma sonda de perfuração offshore usada para perfurar poços sob um corpo de água.

[00025] Na modalidade exemplificativa, uma plataforma giratória ou mesa rotativa 34 localizada na sonda de perfuração 24 na superfície 32 é acoplada à coluna de perfuração 22 para facilitar a coluna de perfuração rotativa 22. Isso facilita o conjunto de perfuração rotativo 26 e, assim, a broca de perfuração 30 para perfurar o poço 14. Em algumas modalidades, um motor de perfuração (não mostrado) é incluído no conjunto de perfuração 26 para girar a broca de perfuração 30. Na modalidade exemplificativa, quando a mesa rotativa 34 gira a broca de perfuração 30, uma bomba de perfuração 36 bombeia um fluido de perfuração 38 recebido de uma fonte de fluido 42 para baixo através da coluna de perfuração 22, como geralmente indicado pela seta mostrada na FIG. 1. O fluido de perfuração 38 é normalmente referido como "lama" ou "lama de perfuração". O fluido de perfuração 38 é usado, em parte, para resfriar e/ou lubrificar a broca de perfuração 30 e a coluna de perfuração 22 durante operações de perfuração. O fluido de perfuração 38 sai da coluna de perfuração 22 através da broca de perfuração 30 e facilita o transporte de detritos e fragmentos e cascalhos do fundo de um poço 14. Em particular, o fluido de perfuração 38 sai da broca de perfuração 30 e se mistura com os fragmentos e cascalhos de perfuração, detritos e outros fluidos presentes na formação geológica que compõe a seção inferior 20 do poço 14. Esta mistura é tipicamente referida como lama de perfuração 40 e flui de volta para a superfície 32 através de um espaço 44 definido entre a coluna de perfuração 22 e a formação geológica que compõe a seção inferior 20, como geralmente indicado pelas setas mostradas na FIG. 1. Em algumas modalidades, a lama de perfuração 40 é filtrada e retornada à fonte de fluido 42.

[00026] Na modalidade exemplificativa, a coluna de perfuração 22 inclui o detector 12 e é tipicamente referida como uma ferramenta de perfilagem durante a perfuração (LWD) e coleta uma variedade de dados relacionados à avaliação da formação geológica da formação geológica que constitui a seção inferior 20 do poço 14. Em uma coluna de ferramenta de cabo de aço (não mostrada na FIG. 1), uma ferramenta semelhante monitora fluidos para perfilagem de produção ou inspeciona revestimento e cimento para aplicações de integridade de poço. Por exemplo, e sem limitação, o detector 12 na coluna de perfuração 22 é configurado para medir as propriedades físicas da formação geológica que compõe a seção inferior 20 do poço 14, como densidade, porosidade, resistividade, litologia e assim por diante. Em algumas modalidades, o detector 12 na coluna de perfuração 22 também pode incluir componentes que permitem que ele funcione como uma ferramenta de medição durante a perfuração (MWD) e pode medir certos parâmetros de perfuração, como temperatura, pressão, orientação da coluna de perfuração 22 e assim por diante. Na modalidade exemplificativa, o detector 12 é um detector de radiação de conversão direta reforçado configurado para detectar radiação (por exemplo, nêutrons, raios gama, raios-x e assim por diante). Por exemplo, os dados coletados incluem contagens e/ou energias detectadas de radiação que entram no detector 12 a partir da formação geológica que compõe a seção inferior 20 do poço 14. Deve-se notar que, embora o detector 12 seja descrito a título de exemplo em uma configuração de perfilagem durante a perfuração (LWD), qualquer outro meio adequado de transporte de dados pode ser empregado (por exemplo, cabo de aço, cabo liso, tubagem espiralada, e assim por diante).

[00027] Uma ferramenta de perfuração na coluna de perfuração 22, incluindo o detector 12, é configurada para coletar os dados e armazenar e/ou processar os dados na placa eletrônica do detector 12 durante as operações de perfuração. Em modalidades alternativas, os dados coletados são enviados para um dispositivo de computação 46 localizado na superfície 32 para armazenamento e/ou processamento. Os dados podem ser transmitidos ao dispositivo de computação 46, por exemplo, e sem limitação, por sinais elétricos através da formação geológica que compõe a seção inferior 20 do poço 14 ou via telemetria de pulso de lama usando a lama de perfuração 40. Na modalidade exemplificativa, os dados são recuperados diretamente do detector 12 ao retornar à superfície 32 e extração do poço 14.

[00028] A FIG. 2 é um diagrama de blocos de uma modalidade exemplificativa do detector 12 adequado para uso com o sistema de perfuração 10 (mostrado na FIG. 1). A FIG. 3 é uma vista esquemática em corte de um elemento detector exemplificativo 50 para uso no detector 12 (mostrado na FIG. 2). Na modalidade exemplificativa, o detector 12 inclui uma pluralidade de elementos detectores 50 dispostos em uma matriz retangular, o que facilita a resolução vertical e azimutal aprimorada e/ou aumentada em comparação com os detectores de cintilação típicos. Alternativamente, a pluralidade de elementos detectores 50 pode ser disposta em qualquer configuração que permita ao detector 12 funcionar como aqui descrito. Na modalidade exemplificativa, cada um dos elementos detectores 50 opera no modo de conversão direta (ou semicondutor) a temperaturas elevadas, como, por exemplo, até 250 graus Celsius. Isso é vantajoso em aplicações de fundo de poço, onde as temperaturas operacionais podem ser de até 175 graus Celsius ou mais.

[00029] A pluralidade de elementos detectores 50 do detector 12 são encerrados em um compartimento flexível 52, que é descrito aqui mais adiante. A pluralidade de elementos detectores 50 é acoplada a uma fonte de voltagem 54, como mostrado na FIG. 3. Na modalidade exemplificativa, o detector 12 inclui um processador 56 e um dispositivo de memória 58 acoplado ao processador 56. O processador 56 é acoplado em comunicação à fonte de voltagem 54 e pode incluir uma ou mais unidades de processamento, como, sem limitação, uma configuração de múltiplos núcleos. Enquanto a fonte de voltagem 54, o processador 56, o dispositivo de memória 58 e a interface de comunicação 60 são mostrados na FIG. 2 como blocos separados do alojamento 52, note-se que isso é apenas para ilustração. Cada fonte de voltagem 54, processador 56, dispositivo de memória 58 e interface de comunicação 60 podem ser integrados e/ou acoplados ao alojamento 52 para formar um detector integral 12.

[00030] Na modalidade exemplificativa, o processador 56 pode incluir qualquer tipo de processador que permita ao detector 12 funcionar como descrito aqui. Em algumas modalidades, as instruções executáveis são armazenadas no dispositivo de memória 58. O processador 56 é configurável para executar uma ou mais instruções executáveis aqui descritas pela programação do processador 56. Por exemplo, o processador 56 pode ser programado codificando uma operação como uma ou mais instruções executáveis e fornecendo as instruções executáveis no dispositivo de memória 58. Na modalidade exemplificativa, o dispositivo de memória 58 é um ou mais dispositivos que permitem o armazenamento e a recuperação de informações como, sem limitação, instruções executáveis e/ou dados recebidos da pluralidade de elementos detectores 50. O dispositivo de memória 58 pode incluir um ou mais meios legíveis por computador, não transitórios e tangíveis, como, sem limitação, memória de acesso aleatório (RAM), RAM dinâmica, RAM estática, um disco de estado sólido, um disco rígido, somente leitura (ROM), ROM programável apagável, ROM programável eletricamente apagável ou memória RAM não volátil. Os tipos de memória acima são apenas exemplificativos e, portanto, não limitam os tipos de memória utilizáveis para armazenamento de um programa de computador.

[00031] Na modalidade exemplificativa, uma interface de comunicação 60 é acoplada ao processador 56 e é configurada para ser acoplada em comunicação com um ou mais outros dispositivos, tais como, sem limitação, o dispositivo de computação 46 e para executar operações de entrada e saída em relação a tais dispositivos enquanto atua como um canal de entrada/saída. Por exemplo, a interface de comunicação 60 pode incluir, sem limitação, um adaptador de rede com fio, um adaptador de rede sem fio, um adaptador de telecomunicações móveis, um adaptador de comunicação serial ou um adaptador de comunicação paralelo. A interface de comunicação 60 pode receber um sinal de dados de ou transmitir um sinal de dados para um ou mais dispositivos remotos. A interface de comunicação 60 é capaz de fornecer informações adequadas para uso com os métodos aqui descritos, como, sem limitação, fornecer informações ao dispositivo de computação 46 e/ou processador 56. Por conseguinte, como descrito, a interface de comunicação 60 pode ser referida como um dispositivo de saída. Da mesma forma, a interface de comunicação 60 é capaz de receber informações adequadas para uso com os métodos aqui descritos e pode ser referida como um dispositivo de entrada.

[00032] Como mostrado na FIG. 3, o elemento detector 50 inclui um semicondutor de material detector de raios gama 62 formado a partir de um material semicondutor responsivo à radiação, que em várias modalidades é um material de conversão direta, por exemplo, e sem limitação, cristais CMT (por exemplo, telureto de cádmio e magnésio (CdMgTe) ou telureto de cádmio e manganês (CdMnTe)). Note-se que, como aqui utilizado, um material de conversão direta geralmente inclui qualquer material detector que converte diretamente (em uma única etapa de conversão) fótons ou outra energia de raios gama de alta frequência em sinais ou cargas elétricas, em vez de em um processo de várias etapas, como ao usar um cintilador (por exemplo, NaI(Tl) (iodeto de sódio dopado com tálio)) e um dispositivo de foto-conversão (por exemplo, um fotodiodo). Na modalidade exemplificativa, o semicondutor CMT 62 é um material de conversão direta (DCM) que possui boas interrupções de potência de parada e folgas de energia adequadas para operação em temperaturas, por exemplo, até 250 graus Celsius. O semicondutor CMT 62 tem uma densidade aumentada em comparação com o detector de cintilação típico, que permite um detector compacto. Por exemplo, em uma modalidade, o semicondutor CMT 62 tem uma densidade de cerca de 5 gramas por centímetro cúbico (g/cm3) e um tamanho de matriz de cerca de 4 milímetros (mm) x 4 mm x 1 mm. Enquanto em um detector de cintilação típico, o cintilador NaI(Tl) tem uma densidade de cerca de 3,8 g/cm3 e também requer o uso de um dispositivo de foto-conversão separado, como um tubo de fotodiodo ou fotomultiplicador.

[00033] Na modalidade exemplar, o elemento detector 50 inclui um ânodo 64 e um cátodo 66 operativamente acoplado a ou de outro modo formado em um lado respectivo (por exemplo, uma superfície de ânodo ou uma superfície de cátodo, respectivamente) do semicondutor CMT 62. Em algumas modalidades, o elemento detector 50, incluindo o semicondutor CMT 62, o ânodo 64 e o cátodo 66, é formado como uma estrutura pixelizada tendo uma pluralidade de pixels definidos, por exemplo, por fotolitografia ou cortando ou cortando em cubos o metal de contato para formar um pluralidade de eletrodos de ânodo de pixel. O elemento detector 50 também inclui um cátodo 66 operativamente acoplado a ou de outra forma formado em uma superfície ou lado oposto (por exemplo, uma superfície do cátodo) do semicondutor CMT 62 a partir do ânodo 64.

[00034] Em operação, a radiação ionizante 70 é medida pelo número de transportadores de carga liberados no semicondutor CMT 62. A radiação ionizante 70 emitida por uma fonte 72 produz pares de elétrons-orifícios livres 68 proporcionais à energia da radiação incidente. Quando um campo elétrico é aplicado entre o ânodo 64 e o cátodo 66, elétrons e orifícios viajam para o ânodo 64 e o cátodo 66, resultando em um pulso que pode ser medido em um circuito externo (não mostrado na FIG. 3). Deve-se notar que, em algumas modalidades, os sinais de pulso atuais são integrados durante um período de tempo predeterminado, depois medidos e digitalizados.

[00035] A FIG. 4 é uma vista em corte de uma modalidade exemplificativa do detector 12 orientado em uma orientação convexa. Conforme usado neste documento, uma orientação convexa refere-se ao detector 12 orientado de modo que os elementos detectores 50 estejam do lado de fora de um arco definido pelo circuito flexível 100, como mostrado na FIG. 4. O circuito flexível 100 inclui uma placa de circuito impresso e é referido como uma placa de circuito flexível. Na modalidade exemplificativa, cada um dos elementos detectores 50 é acoplado à placa de circuito flexível 100 por meio de uma pluralidade de conexões (não mostradas), que incluem, por exemplo, uma matriz de colisão de solda formada ao longo de uma superfície da placa de circuito flexível 100. A pluralidade de elementos detectores 50 é acoplada à placa de circuito flexível 100, por exemplo, de maneira lado a lado e define uma ou mais larguras de folga 102 entre os elementos detectores adjacentes 50. O termo "placa de circuito flexível" inclui uma placa de circuito com um material base flexível que permite um movimento de flexão repetido e, em particular, um filme de circuito flexível que pode ser curvado a partir de um plano, por exemplo, não plana. A largura da folga 102 é selecionada para permitir que o detector 12 flexione ou dobre em uma forma curva, tendo, por exemplo, um raio mínimo determinado em uma orientação côncava e/ou convexa. Em algumas modalidades, os elementos detectores 50 são acoplados à placa de circuito flexível 100 sem largura de folga 102 definida entre os mesmos. Em tal configuração, o detector 12 pode ser plano e/ou flexionado apenas em uma orientação convexa. Na modalidade exemplificativa, a placa de circuito flexível 100 é formada como um circuito flexível e inclui, por exemplo, circuito eletrônico e/ou dispositivos eletrônicos formados em um material de substrato condutor flexível adequado.

[00036] Na modalidade exemplar, o detector 12 inclui fonte de voltagem 54, processador 56, dispositivo de memória 58 e interface de comunicação 60 acoplada à placa de circuito flexível 100, por exemplo, em uma borda periférica da placa de circuito flexível 100 através de uma pluralidade de conexões (não mostradas ), que incluem, por exemplo, colisões de solda formados ao longo da superfície da placa de circuito flexível 100. Por exemplo, a fonte de voltagem 54, o processador 56, o dispositivo de memória 58 e a interface de comunicação 60 são acoplados à placa de circuito flexível 100 em um local fora da matriz de elementos detectores 50. Como tal, o detector 12 tem uma porção do detector geralmente contínua definida pela matriz de elementos do detector 50. Como descrito neste documento, os elementos detectores 50 podem ser colocados em qualquer arranjo que permita ao detector 12 funcionar como descrito aqui.

[00037] Na modalidade exemplificativa, a placa de circuito flexível 100 inclui uma blindagem traseira flexível 108 acoplada a um lado da placa de circuito flexível 100 oposto aos elementos detectores 50. A blindagem traseira 108 é formada a partir de um material que impede que os raios gama, como os fótons 70, passem pelo material e viajem diretamente para a matriz de elementos detectores 50 de, por exemplo, um canal de lama 92 que se estende através da coluna de perfuração 22 (mostrada na FIG. 1) e, em particular, do alojamento de ferramenta 90. Como tal, a blindagem traseira flexível 108 protege os elementos detectores 50 para facilitar a redução do efeito da dispersão de fótons no canal de lama 92. Na modalidade exemplificativa, a blindagem traseira flexível 108 pode incluir carboneto (“carbide”) ou material de chapa de aço, um filme compósito de blindagem de radiação gama e/ou qualquer outro material flexível adequado que permita que a blindagem traseira 108 funcione como descrito aqui. Em algumas modalidades, a blindagem traseira flexível 108 pode incluir uma ou mais ranhuras de alívio de tensão (não mostradas) para facilitar o aumento da flexibilidade e permitir que a blindagem traseira flexível 108 flexione com o detector 12.

[00038] Na modalidade exemplificativa, um chassi flexível 104 é acoplado a uma porção de estrutura periférica 106 e configurado para incluir a placa de circuito flexível 100 e a matriz de elementos detectores 50 nela, formando um alojamento flexível 52. Em algumas modalidades, o chassi flexível 104 e a porção da estrutura periférica 106 podem ser integralmente formados e formados a partir de um material com uma espessura que torna o alojamento 52 flexível. Por exemplo, o material pode ser um material compósito, como polieteretercetona (PEEK) e/ou qualquer outro material flexível que permita que o detector 12 funcione como descrito aqui. Note-se que o chassi flexível 104 e/ou a parte do quadro 106 é selecionada a partir de um material que é flexível, adequado para uso em temperaturas de até cerca de 250 graus Celsius, e tem uma densidade que permite a passagem de raios gama para elementos detectores 50. Em uma modalidade, o chassi flexível 104 é um material epóxi (ou PEEK) acoplado à placa de circuito flexível 100 e à pluralidade de elementos detectores 50. Como mostrado na FIG. 4, o chassi flexível 104 e a parte do quadro periférico 106 encerra a placa de circuito flexível 100 e a matriz de elementos detectores 50 em todos os lados para fornecer alojamento vedado 52.

[00039] Em operação, o detector 12 é descentralizado dentro do alojamento de ferramenta 90 e pode ser acoplado a uma parede externa 94 do alojamento de ferramenta 90 para detectar radiação da formação geológica que compõe a seção inferior 20 do poço 14 (mostrado na FIG. 1). O detector 12 está posicionado de tal modo que a pluralidade de elementos detectores 50 estão localizados em uma janela de raios gama 96 (fabricada a partir de um material de baixa densidade) formada no compartimento da ferramenta 90. Em comparação com os detectores de cintilação típicos, o detector 12 fornece um tamanho de detector reduzido com uma configuração flexível para permitir o ajuste em locais que os detectores de cintilação típicos não podem caber. A flexibilidade e o tamanho reduzido do detector 12 permitem que o detector 12 seja colocado próximo ou na broca de perfuração 30 (mostrada na FIG. 1) durante as operações de perfuração. Isso facilita a perfilagem/medição na broca de raios gama durante a perfuração do poço 14 (mostrado na FIG. 1). Além disso, o detector 12 usa elementos detectores de conversão direta 50, que são menos suscetíveis à broca de perfuração próxima à vibração e ao choque experimentado 30 durante a perfuração do poço 14. Como tal, o detector 12 tem uma vida operacional aumentada, por exemplo, superior a cerca de 2000 horas e custo de fabricação reduzido em comparação com os detectores de cintilação típicos (por exemplo, os detectores de cintilação típicos têm uma vida útil de cerca de 500 horas). Além disso, o detector 12 é operável em um ambiente de temperatura aumentada, onde outros detectores de conversão direta falham. Por exemplo, o detector 12 é operável em temperaturas de até 250 graus Celsius.

[00040] A FIG. 5 é um sistema de perfilagem exemplificativa 500 incluindo um elemento detector flexível 502. Na modalidade exemplificativa, o elemento detector flexível 502 é substancialmente semelhante ao detector 12 (mostrado na FIG. 2). O sistema de perfilagem 500 inclui uma ferramenta de perfilagem 504 disposta em um poço 506. O poço 506 se estende através de uma formação geológica 508. A ferramenta de perfilagem 504 inclui um alojamento 510 que está suspenso dentro do poço 506 em um cabo de aço 512 que roteia através de um conjunto de cabeça de poço 514 na superfície 516. Em algumas modalidades, a ferramenta de perfilagem 504 também pode ser implantada em operações de perfuração. Além disso, em algumas modalidades, a ferramenta de perfilagem 504 também inclui uma fonte de raios gama 518 que emite raios gama na formação geológica 508. Na modalidade exemplificativa, o elemento detector flexível 502 detecta raios gama emitidos pela formação geológica 508 e ou reflexos de raios gama emitidos pela fonte de raios gama 518. Em resposta, o elemento detector flexível 502 produz um sinal elétrico analógico que corresponde à energia detectada. Os dados analógicos recebidos do elemento detector flexível 502 são amostrados e convertidos em sinais digitais usando qualquer processo de conversão analógico para digital adequado.

[00041] Na modalidade exemplificativa, a ferramenta de perfilagem 504 inclui uma fonte de voltagem 520, que é acoplada e configurada para fornecer uma voltagem ao elemento detector flexível 502. Os dados analógicos recebidos do elemento detector flexível 502 são transmitidos para um dispositivo de computação 522 via cabo de aço 512. O dispositivo de computação 522 inclui um processador 524 e uma memória 526 acoplada ao processador 524. O processador 524 é acoplado em comunicação à fonte de voltagem 520 e pode incluir uma ou mais unidades de processamento, como, sem limitação, uma configuração de múltiplos núcleos.

[00042] Na modalidade exemplificativa, o processador 524 pode incluir qualquer tipo de processador que permita ao elemento detector flexível 502 funcionar como descrito aqui. Em algumas modalidades, as instruções executáveis são armazenadas na memória 526. O processador 524 é configurável para executar uma ou mais instruções executáveis aqui descritas pela programação do processador 524. Por exemplo, o processador 524 pode ser programado codificando uma operação como uma ou mais instruções executáveis e fornecendo as instruções executáveis na memória 526. Na modalidade exemplificativa, a memória 526 é um ou mais dispositivos que permitem armazenamento e recuperação de informações como, sem limitação, instruções executáveis e/ou dados recebidos do elemento detector flexível 502. A memória 526 pode incluir um ou mais meios legíveis por computador, não transitórios e tangíveis, como, sem limitação, memória de acesso aleatório (RAM), RAM dinâmica, RAM estática, um disco de estado sólido, um disco rígido, somente leitura (ROM), ROM programável apagável, ROM programável eletricamente apagável ou memória RAM não volátil. Os tipos de memória acima são apenas exemplificativos e, portanto, não limitam os tipos de memória utilizáveis para armazenamento de um programa de computador.

[00043] Em algumas modalidades, o dispositivo de computação 522 inclui uma interface de apresentação 528 acoplada ao processador 524. A interface de apresentação 528 apresenta informações, como, sem limitação, dados que representam contagens e/ou energias detectadas de radiação que entram no elemento detector flexível 502 da formação geológica 508, para um usuário 532. Em uma modalidade, a interface de apresentação 528 inclui um adaptador de exibição (não mostrado) acoplado a um dispositivo de exibição (não mostrado), como, sem limitação, um tubo de raios catódicos (CRT), uma tela de cristal líquido (LCD), um LED orgânico (OLED) ou uma tela de "tinta eletrônica". Em algumas modalidades, a interface de apresentação 528 inclui um ou mais dispositivos de exibição. Além disso, ou alternativamente, a interface de apresentação 528 inclui um dispositivo de saída de áudio (não mostrado), por exemplo, sem limitação, um adaptador de áudio ou um alto-falante (não mostrado).

[00044] Em algumas modalidades, o dispositivo de computação 522 inclui uma interface de entrada do usuário 530. Na modalidade exemplificativa, a interface de entrada do usuário 530 é acoplada ao processador 524 e recebe entrada do usuário 532. A interface de entrada do usuário 530 pode incluir, por exemplo, sem limitação, um teclado, um dispositivo apontador, um mouse, uma caneta, um painel sensível ao toque, como, sem limitação, um touch pad ou uma tela sensível ao toque e/ou uma interface de entrada de áudio, como, sem limitação, um microfone. Um único componente, como uma tela de toque, pode funcionar como um dispositivo de exibição da interface de apresentação 528 e da interface de entrada do usuário 530.

[00045] A interface de apresentação 528 é capaz de fornecer informações adequadas para uso com os métodos aqui descritos, como, sem limitação, fornecer informações ao usuário 532. Por conseguinte, como descrito, a interface de apresentação 528 pode ser referida como um dispositivo de saída. Da mesma forma, a interface de apresentação 528 é capaz de receber informações adequadas para uso com os métodos aqui descritos e pode ser referida como um dispositivo de entrada.

[00046] Modalidades dos detectores flexíveis descritos neste documento fornecem detectores de fundo de poço de conversão direta de alta temperatura. Os detectores flexíveis são compactos e flexíveis, permitindo que os detectores sejam descentralizados e acoplados à parede externa da ferramenta de fundo de poço. Além disso, a compactação dos detectores divulgados permite o posicionamento e o uso na broca, ou seja, eles são compactos e robustos o suficiente para serem localizados próximos à broca da ferramenta de fundo de poço. Isso facilita a perfilagem/medição na broca de raios gama durante a perfuração do poço. Os detectores incluem uma variedade de detectores individuais fabricados a partir de materiais de conversão direta de semicondutores, como um material CMT, para permitir o uso em temperaturas elevadas (por exemplo, até cerca de 250 graus Celsius), como os experimentados no fundo do poço. Os materiais de conversão direta de semicondutores são menos suscetíveis à vibração e choque experimentados próximo à broca durante as operações de perfuração. Como tal, os detectores flexíveis divulgados aumentaram a vida útil e reduziram os custos de fabricação.

[00047] Modalidades exemplificativas de métodos e sistemas não estão limitadas às modalidades específicas descritas aqui, mas sim, componentes de sistemas e etapas dos métodos podem ser utilizados independentemente e separadamente de outros componentes e etapas aqui descritos. Por exemplo, os métodos também podem ser usados para fabricar outros dispositivos de medição e não se limitam à prática apenas com as ferramentas e métodos descritos aqui. Em vez disso, a modalidade exemplificativa pode ser implementada e utilizada em conexão com muitas outras aplicações, equipamentos e sistemas que podem se beneficiar das vantagens aqui descritas.

[00048] Embora características específicas de várias modalidades da divulgação possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isto é apenas para conveniência. De acordo com os princípios da divulgação, qualquer característica de um desenho pode ser referenciada e reivindicada em combinação com qualquer característica de qualquer outro desenho.

[00049] Algumas modalidades envolvem o uso de um ou mais dispositivos eletrônicos ou de computação. Esses dispositivos normalmente incluem um processador, dispositivo de processamento ou controlador, como uma unidade de processamento central (CPU), uma unidade de processamento gráfico (GPU), um microcontrolador, um processador RISC (reduced instruction set computer), um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), um circuito lógico programável (PLC), um arranjo de portas programáveis em campo (FPGA), um dispositivo de processamento de sinais digitais (DSP) e/ou qualquer outro circuito ou dispositivo de processamento capaz de executar as funções aqui descritas. Os métodos aqui descritos podem ser codificados como instruções executáveis e algoritmos incorporados num meio legível por computador tangível não transitório incluindo, sem limitação, um dispositivo de armazenamento e/ou um dispositivo de memória. Tais instruções e algoritmos, quando executadas por um processador, fazem o processador executar pelo menos uma porção dos métodos descritos aqui. Além disso, conforme usado neste documento, o termo "meio legível por computador não transitório" inclui todos os meios legíveis por computador tangíveis, como firmware, armazenamento físico e virtual, CD-ROMs, DVDs e outra fonte digital, como uma rede ou a Internet, bem como os meios digitais ainda a serem desenvolvidos, com a única exceção sendo um sinal de propagação transitório.

[00050] Esta descrição escrita utiliza exemplos para divulgar as modalidades, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer versado na técnica pratique as modalidades, incluindo fazer e usar qualquer dispositivo ou sistema e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da divulgação é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrerem para aqueles versados na técnica. Tais outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se eles tiverem elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações, ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Claims (13)

1. Detector de radiação (12) utilizável em uma ferramenta de fundo de poço configurada para ser posicionada em um poço (14), o referido detector de radiação (12) compreendendo: uma placa de circuito impresso (100); pelo menos um elemento detector (50) acoplado à referida placa de circuito impresso (100), o referido pelo menos um elemento detector (50) compreendendo: um material de conversão direta de semicondutores (62) para converter diretamente raios gama em sinais elétricos, o referido material de conversão direta de semicondutores compreendendo uma superfície de cátodo e uma superfície de ânodo; um cátodo (66) conectado operativamente à superfície do cátodo; e um ânodo (64) acoplado operativamente à superfície do ânodo; uma fonte de energia (54) conectada a uma placa de circuito e configurada para fornecer uma voltagem a dito pelo menos um elemento detector (50), caracterizado pelo fato de que dita placa de circuito impresso (100) é uma placa de circuito impresso flexível (100); e em que dito detector de radiação (12) compreende: um alojamento flexível (52) compreendendo uma porção de estrutura periférica (106) e um chassi flexível (104) acoplado à referida porção de estrutura periférica (106), dito chassi flexível (104) e porção de estrutura periférica (106) encerrando a referida placa de circuito impresso flexível (100) e o referido pelo menos um elemento detector (50).

2. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido material de conversão direta de semicondutor (62) compreende pelo menos um dos seguintes itens: telureto de cádmio e magnésio (CdMgTe), telureto de cádmio e manganês (CdMnTe) e telureto de cádmio e magnésio e manganês (CdMgMnTe).

3. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um elemento detector (502) é operável no modo de conversão direta a uma temperatura de até 250 graus Celsius.

4. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a placa de circuito impresso flexível tem uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície, em que a referida placa de circuito impresso flexível é posicionável entre uma primeira orientação na qual a referida placa de circuito impresso flexível é plana e uma segunda orientação na qual a referida placa de circuito impresso flexível é não plana.

5. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um elemento detector (50) compreende: um primeiro elemento detector acoplado à primeira superfície da referida placa de circuito impresso flexível; e um segundo elemento detector acoplado à primeira superfície da referida placa de circuito impresso flexível adjacente ao referido primeiro elemento detector.

6. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um espaço definido entre o referido primeiro elemento detector e o referido segundo elemento detector.

7. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma largura (102) da referida folga é selecionada para permitir que o referido detector de radiação se dobre em uma forma curva, com um raio mínimo determinado.

8. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma blindagem traseira flexível (108) acoplada à segunda superfície da referida placa de circuito impresso flexível (100), a referida blindagem traseira flexível fabricada a partir de um material configurado para impedir que os raios gama passem através da referida blindagem traseira flexível.

9. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a blindagem traseira flexível (108) inclui carboneto, material de chapa de aço ou um filme compósito de blindagem de radiação gama.

10. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a blindagem traseira flexível (108) inclui uma ou mais ranhuras de alívio de tensão para facilitar o aumento da flexibilidade e permitir que a blindagem traseira flexível (108) se flexione com o detector (12).

11. Detector de radiação (12), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 4 ou 8, caracterizado pelo fato de que o referido alojamento flexível (52) fabricado a partir de um material com uma espessura que torna flexível o referido detector de radiação.

12. Detector de radiação (12), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o referido alojamento flexível (52) é fabricado a partir de um ou mais de um epóxi, um material compósito e polieteretercetona (PEEK).

13. Detector de radiação (12), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 4, ou 8 a 12, caracterizado pelo fato de que chassi flexível (104) e porção de estrutura periférica (106) são formados integralmente e formados a partir de um material tendo uma espessura que torna o alojamento (52) flexível.