BR112020003673B1 - Aparelho e método para inspecionar a integridade de um poço com múltiplas barreiras - Google Patents

Abstract

Trata-se de um aparelho para inspecionar a integridade de um poço com múltiplas barreiras. O aparelho inclui ao menos uma fonte para gerar radiação para impactar um volume alvo do poço. O aparelho inclui um colimador de fonte que tem uma pluralidade de canais de bloqueio e canais de passagem alternados para direcionar a radiação para impactar o volume alvo, de modo que a radiação direcionada de cada canal de passagem forma uma pluralidade de campos de visão que se estendem radialmente para o volume alvo. O aparelho inclui adicionalmente ao menos um detector para receber raios de retrodispersão decorrentes de cada respectivo campo de visão a partir da pluralidade de campos de visão e para gerar uma imagem representativa de uma porção inspecionada do poço. O aparelho é útil para inspecionar volumes muito pequenos nas múltiplas barreiras do poço e determinar a integridade do poço com base nas diferentes densidades na imagem da porção inspecionada.

Description

DECLARAÇÃO SOBRE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO PATROCINADOS PELO GOVERNO FEDERAL

[0001] Esta invenção foi realizada com o apoio do governo sob contrato número DE-FE0024293 concedido pelo Departamento de Energia. O governo possui certos direitos sobre a invenção.

ANTECEDENTES

[0002] Esta revelação se refere, em geral, a poços de produção de hidrocarboneto e, mais particularmente, a um aparelho e a métodos para inspecionar a integridade de um poço com múltiplas barreiras em relação à formação de defeitos em diferentes camadas de material ao redor do poço.

[0003] Em poços de produção de hidrocarboneto, como poços de petróleo e gás (incluindo dutos), é importante assegurar que não haja vazamento de petróleo ou de gás a partir do poço para a formação rochosa circundante. Este é um requisito de segurança de importância crítica para os poços de produção de hidrocarboneto. As consequências óbvias de explosões ou vazamentos incluem danos materiais, lesões de pessoal, perda de produção e danos ambientais, resultando em reparos dispendiosos e arriscados.

[0004] Para assegurar a segurança do poço, o poço é tipicamente construído com múltiplas camadas, cada camada inclui um revestimento de poço feito de metal, normalmente aço, circundado por uma parede de cimento, também chamada na presente invenção de anéis de cimento. Em profundidades de superfície rasas, o número de camadas é maior. Alguns defeitos podem ocorrer durante a conclusão de uma construção de poço, por exemplo defeitos de canal de fluido são formados, às vezes, quando o cimento não está substituindo toda a lama/petróleo que está presente no poço durante a operação de conclusão do poço. Uma vez que o poço de produção de hidrocarboneto tiver entrado em operação, a integridade do poço precisa ser monitorada, visto que defeitos como rachaduras, descolamento do cimento etc. começam a ocorrer durante uma vida operacional do poço de produção de hidrocarboneto.

[0005] Algumas das razões para a formação destes defeitos incluem, por exemplo, uma expansão térmica do cimento durante o processo inicial de formação da parede de cimento, que expande o revestimento do poço, e o resfriamento subsequente e a contração do cimento durante o processo de ajuste que deixa um anel ou microanel, isto é, um pequeno vão de ar, na interface de aço-cimento. Alternadamente, às vezes, durante a perfuração, a pressão hidrostática no revestimento de poço diminui, levando à contração do revestimento do poço. Isso pode resultar na criação de um defeito na interface de revestimento e cimento. Adicionalmente, uma superfície externa do revestimento do poço pode ser coberta por uma película de petróleo ou um inibidor de corrosão que pode não possibilitar a ligação adequada com cimento e um defeito pode ser formado devido à ligação imprópria. Além disso, variações de temperatura e pressão cíclicas durante a produção de hidrocarboneto também levam ao descolamento de cimento do revestimento do poço. Outros defeitos de poço podem incluir corrosão alveolar/perda de material de revestimentos de metal, defeitos de canal de fluido nos anéis de cimento (por exemplo, defeitos de lama à base de petróleo), excentricidade de revestimentos resultando em distribuição desigual de cimento, entre outros.

[0006] É importante monitorar e detectar estes defeitos que impactam na integridade do poço, de modo a assegurar uma operação segura do poço. Algumas das técnicas para detectar esses defeitos incluem o uso de ondas acústicas na região de ultrassom que viajam através do poço e de interfaces de revestimento-cimento e são refletidas de volta. As ondas refletidas são estudadas quanto à sua atenuação, amplitude, impedância, ao tempo de voo para determinar a presença de anel e a extensão de penetração do anel para dentro da parede de cimento.

[0007] A limitação da técnica baseada em ultrassom sendo usada é que o petróleo e outros fluidos de poço e assinaturas de cimento para atenuação são similares e, por isso, é difícil determinar com precisão a presença de defeitos ou a extensão dos danos. Além disso, onda de ultrassom de uma frequência específica pode não ser capaz de atravessar todas as camadas, limitando assim a sua utilização quando múltiplas camadas estão presentes entre o transmissor e o receptor. Adicionalmente, algumas dessas técnicas empregam processamento de sinal estatístico complexo, tornando-as um procedimento complexo.

[0008] Existem algumas outras técnicas que usam reflexões baseadas em raios X e raios gama para detectar os defeitos, mas elas enfrentam limitações relacionadas a restrições de espaço do poço, e é um desafio ter as configurações de fonte e detector que se encaixem em uma ferramenta de inspeção que possa atravessar o poço em um ambiente de alta pressão e alta temperatura e forneça imagens confiáveis e discerníveis a partir das quais defeitos possam ser detectados.

BREVE DESCRIÇÃO

[0009] Em um aspecto, um aparelho para inspecionar a integridade de um poço com múltiplas barreiras é descrito. O aparelho inclui ao menos uma fonte para gerar radiação para impactar um volume alvo do poço. O aparelho inclui um colimador de fonte que tem uma pluralidade de canais de bloqueio e canais de passagem alternados para direcionar a radiação para impactar o volume alvo, de modo que a radiação direcionada de cada canal de passagem forma uma pluralidade de campos de visão que se estendem radialmente para o volume alvo. O aparelho inclui adicionalmente ao menos um detector para receber raios de retrodispersão decorrentes de cada respectivo campo de visão a partir da pluralidade de campos de visão e para gerar uma imagem representativa de uma porção inspecionada do poço.

[0010] Em um outro aspecto, um método para inspecionar um poço é descrito na presente invenção. O método inclui uma etapa para posicionar o aparelho descrito anteriormente neste documento para inspecionar o poço proximal a um volume alvo no poço e gerar radiação a partir da ao menos uma fonte para impactar o volume alvo do poço através da pluralidade de campos de visão que se estendem radialmente para o volume alvo. O método inclui adicionalmente uma etapa para receber raios de retrodispersão a partir da pluralidade de campos de visão no ao menos um detector. O método inclui, então, uma etapa para transmitir a um processador um sinal representativo dos raios de retrodispersão; e uma etapa para gerar, com o uso do processador, uma imagem representativa do volume alvo do poço.

DESENHOS

[0011] Esses e outros aspectos, características e vantagens da presente revelação serão mais bem compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos em anexo nos quais caracteres similares representam partes similares ao longo dos desenhos, sendo que:

[0012] A Figura 1 é uma representação diagramática de um poço de produção de hidrocarboneto que tem um poço com múltiplas barreiras que é inspecionado com o uso de uma sonda de inspeção para buscar defeitos, de acordo com diferentes modalidades;

[0013] a Figura 2 é uma representação em diagrama de blocos de diferentes componentes acoplados à sonda de inspeção para possibilitar a inspeção do poço;

[0014] a Figura 3 é uma representação diagramática de um aparelho para inspecionar a integridade de um poço com múltiplas barreiras posicionado dentro da sonda de inspeção;

[0015] a Figura 4 é uma representação diagramática de um colimador de fonte usado no aparelho da Figura 3;

[0016] a Figura 5 é uma representação diagramática que mostra a radiação projetada a partir da fonte e direcionada através de cada canal de passagem do colimador de fonte do aparelho da Figura 3;

[0017] a Figura 6 é uma representação diagramática que mostra diferentes campos de visão de colimador de fonte que são gerados com o uso do colimador de fonte do aparelho da Figura 3;

[0018] a Figura 7 é uma vista diagramática de uma modalidade do aparelho da Figura 3 que mostra uma configuração exemplificadora da fonte e do colimador de fonte;

[0019] a Figura 8 é uma vista diagramática de uma outra modalidade do aparelho da Figura 3 que mostra uma outra configuração exemplificadora da fonte e do colimador de fonte;

[0020] a Figura 9 é uma vista diagramática para explicar uma disposição de colimadores de múltiplas fontes para fazer uma varredura de uma porção circular completa do poço ao redor da fonte;

[0021] a Figura 10 e a Figura 11 são vistas diagramáticas de diferentes configurações que usam a disposição descrita na Figura 9;

[0022] a Figura 12 e a Figura 13 são ainda outros exemplos de diferentes configurações que usam a disposição descrita na Figura 9, que também mostram campos de visão de detector; e

[0023] a Figura 14 é uma representação em fluxograma de um método para inspecionar o poço com o uso do aparelho descrito nas Figuras 3 a 13.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] A descrição anteriormente mencionada direcionada a modalidades específicas descritas na presente invenção tem o propósito de ilustração e explicação. Será evidente, entretanto, ao versado na técnica que muitas modificações e alterações nas modalidades apresentadas acima são possíveis sem que se desvie do escopo e do espírito da revelação. Pretende-se que as reivindicações a seguir sejam interpretadas de modo a abranger todas essas modificações e alterações.

[0025] De acordo com aspectos da revelação aqui descritos, a detecção de defeitos no poço com múltiplas barreiras, que inclui compartimento de metal, cimento e as camadas de interface de revestimento-cimento, e o revestimento-leito rochoso como barreiras, é importante para determinar a integridade do poço em poços de hidrocarboneto. O aparelho e o método para determinar a integridade do poço de um poço de produção de hidrocarboneto aqui descritos usam configurações de detector de fonte baseadas em radiação de alta energia (raio X ou, alternadamente, raio gama) para investigar volumes muito pequenos nas diferentes barreiras, de uma maneira que possibilitam diferenciar diferentes densidades dos volumes sondados e, desse modo, determinar com alta precisão quaisquer defeitos em qualquer das camadas de barreira ou qualquer das camadas de interface entre as camadas de barreira. Na descrição aqui fornecida, os defeitos são também chamados de parâmetros de integridade do poço e incluem pelo menos um dentre um espaço vazio, uma rachadura, uma deformação, um anel, um microanel ou um descolamento do cimento. Para cada um desses parâmetros, podem ser adicionalmente determinadas características de integridade do poço que podem incluir, mas não se limitam a, uma presença ou ausência de defeitos, bem como comprimento e espessura de defeitos incluindo descolamento do cimento.

[0026] Voltando agora para a Figura 1, uma representação diagramática de um poço de produção de hidrocarboneto 100 perfurado na formação 220 é mostrada. O poço 110 tem uma série de camadas de revestimento de metal cilíndrico e parede de cimento 120, 130; 140, 150; 160, 180; e 190, 200. Conforme é visto na Figura 1, em profundidades rasas, os números de camadas são maiores e, conforme a profundidade aumenta, o número de camadas ao redor do poço reduz, e em profundidades de cerca de 1.000 a 3.000 metros, por exemplo, o número de camadas ao redor do poço é de tipicamente uma ou duas. Em um exemplo, o orifício de poço pode ter dimensões de cerca de 80 a 360 mm e pode ser preenchido com petróleo, gás, água ou salmoura e ter uma temperatura de até 180 graus e uma pressão de 15.000 a 20.000 psi. O revestimento de aço 120 pode ter 8 a 36 mm de espessura e ter um conteúdo de carbono de 0,1 a 0,5%, e a parede de cimento 130 pode ter uma espessura de 25 a 55 milímetros, por exemplo.

[0027] O aparelho e o método aqui descritos são úteis para a inspeção da integridade do poço em profundidades de superfície rasas onde múltiplos revestimentos e anéis de cimento estão presentes e a inspeção através dessas múltiplas camadas é um desafio. Para poços terrestres, a integridade do poço ao redor da camada de água subterrânea (profundidade de poucos milhares de pés) é de importância muito crítica para a segurança ambiental. Para poços marítimos, a inspeção através da tubulação de produção (inspeção através de tubulação) tornaria a tamponagem e o abandono de poços marítimos mais rápidos e mais baratos. A verificação da vedação adequada e da boa integridade dos poços marítimos antes do abandono permanente é de importância crítica para operadores de petróleo quando os poços atingem o fim de sua vida útil. Os aspectos aqui descritos são úteis para inspeção tanto de poços terrestres quanto de poços marítimos. Conforme mostrado na Figura 1, uma sonda de inspeção 230 atravessa para dentro do poço 110 para determinar a integridade do poço de produção de hidrocarboneto. A sonda de inspeção 230 é implantada em diferentes profundidades dentro do poço 110 e, portanto, tem integridade estrutural e material para suportar altas pressões e altas temperaturas nessas profundidades.

[0028] A Figura 2 é uma representação em diagrama de blocos 300 que mostra a sonda de inspeção 230 acoplada a componentes como uma fonte de alimentação 310, uma unidade de controle 320 que tem um processador 330 e uma memória 340 como componentes tangíveis não transitórios e uma unidade de comunicação 350 para possibilitar uma operação da sonda de inspeção 230. Os componentes, a fonte de alimentação 310, a unidade de controle 320 e a unidade de comunicação 350 podem residir parcial ou totalmente na sonda de inspeção 230, ou ser uma parte de uma unidade de superfície, completamente externa em relação à sonda de inspeção 230, e ligada por conectividade com fio ou sem fio já que a sonda de inspeção atravessa o poço ou duto com múltiplas barreiras 110.

[0029] A unidade de controle 320 é usada para fornecer entradas definidas pelo usuário ou baseadas em sensor ou entradas de controle pré-programadas para a sonda de inspeção 230 para iniciar o processo de imageamento e recebe sinais da sonda de inspeção 230 que são indicativos da conclusão do imageamento ou indicativos de imageamento em andamento, ou indicativos de qualquer falha na sonda de inspeção 230. A unidade de comunicação 350 fornece uma interface para a comunicação entre a sonda de inspeção 230 e a unidade de controle 320, e adicionalmente pode proporcionar comunicação para um outro dispositivo externo. A fonte de alimentação 310 é usada para alimentar a sonda de inspeção 230, a unidade de controle 320 e a unidade de comunicação 350, e inclui baterias ou outras fontes de energia. A sonda de inspeção 230 inclui um aparelho para inspecionar a integridade do poço que tem uma ou mais fontes de radiação, colimadores e detectores com geometria de imageamento útil e em diferentes configurações, que são descritos com mais detalhes em referência à descrição apresentada mais adiante neste documento.

[0030] A Figura 3 é uma representação diagramática de um aparelho 400 para inspecionar a integridade de um poço com múltiplas barreiras, onde o aparelho 400 é posicionado no interior da sonda de inspeção 230 descrita na Figura 1 e na Figura 2. O aparelho 400 inclui ao menos uma fonte 410 para gerar radiação 420, 420’, que atravessa o colimador de fonte 430 para impactar um volume alvo 450, 450’ que forma uma porção inspecionada do poço. Um detector 460 recebe raios retrodispersos 470 do volume alvo 450 que faz com que o detector 460 gere um sinal representativo da respectiva densidade do volume alvo 450 inspecionado. O processador 330 mostrado na Figura 2 é configurado para receber o sinal representativo dos raios retrodispersos a partir do detector 460 descrito aqui e configurado para gerar a imagem representativa da porção inspecionada do poço e adicionalmente configurado para determinar um ou mais parâmetros de integridade do poço com base na distribuição de densidade na imagem. O aparelho 400, em ao menos algumas modalidades, atravessa diferentes profundidades que podem ser determinadas pelo usuário (e podem ser pré-ajustadas através da unidade de controle mostrada na Figura 2) para capturar diferentes regiões do poço com múltiplas barreiras.

[0031] A imagem aqui referida é obtida através da ordenação dos raios retrodispersos de todo o volume inspecionado do poço com múltiplas barreiras, sendo o volume inspecionado uma parte ou uma região circular completa deslocada ao redor da fonte em uma única varredura. Essa capacidade de fazer a varredura de um volume circular ao redor da fonte é muito vantajosa, uma vez que possibilita que volumes menores sejam investigados, possibilitando maior precisão e confiabilidade para capturar defeitos muito pequenos e, ao mesmo tempo, fornecer uma maior seção transversal circular a ser imageada através da geometria do colimador de fonte que é descrita com mais detalhes na Figura 4.

[0032] A Figura 4 é uma representação diagramática do colimador de fonte 430 que tem múltiplos canais de passagem 500 e canais de bloqueio 510 alternados que possibilitam inspeção de múltiplas barreiras na trajetória de radiação que irradia para fora através dos canais de passagem, criando múltiplos campos de visão enquanto impacta diferentes barreiras mencionadas anteriormente neste documento. Conforme é visto na Figura 4, as bordas 520 e 530 do canal de passagem 500 formam um primeiro ângulo, um ângulo teta (θ1) 540 (visto em relação à fonte 410) que possibilita a colimação da radiação a partir da fonte a ser espaçada no primeiro ângulo e, portanto, uma amplitude de cobertura do volume alvo também é definida pelo primeiro ângulo. Em outras palavras, cada canal de passagem tem uma largura angular definida pelo primeiro ângulo, o que implica que a escolha do primeiro ângulo possibilita selecionar os campos de visão que são adequados para capturar volumes alvo muito pequenos para cada radiação colimada.

[0033] Além disso, visto que existem múltiplos canais de passagem, uma porção conhecida de todo o volume ao redor da fonte é inspecionada em uma varredura, melhorando, dessa forma, a precisão, a velocidade e a eficiência do imageamento e da inspeção do poço. Adicionalmente, a fonte, o colimador e os detectores podem ser dispostos em configurações diferentes que também possibilitam a inspeção não apenas de uma porção selecionada do volume ao redor da fonte, mas de todo o volume ao redor da fonte. Algumas dessas modalidades são descritas mais adiante.

[0034] A Figura 5 é uma representação diagramática 600 que mostra as projeções de radiação possibilitadas pelo colimador de fonte 430 da Figura 4. Conforme explicado anteriormente neste documento, a radiação é projetada a partir da fonte 410 e direcionada através de cada canal de passagem (por exemplo canal de passagem 500 da Figura 4), e a radiação se estende radialmente para o volume alvo 450. Pode ser observado aqui que, apesar de a radiação colimada ser mostrada por raios individuais, por exemplo 420, a radiação colimada teria uma amplitude angular teta (θ1) 540 entre os segmentos de linha 520 e 530.

[0035] Pode ser observado aqui que as projeções de radiação, conforme mostrado na Figura 5, possibilitam a geração de múltiplos campos de visão de colimador para interrogar as diferentes barreiras no poço com múltiplas barreiras. Esses campos de visão de colimador são mostrados na Figura 6.

[0036] A Figura 6 é uma representação diagramática 600 que mostra diferentes campos de visão de colimador 610 que são gerados através de um canal de passagem 500 conforme mostrado na Figura 4 e impactam as diferentes barreiras ao redor do poço em uma direção radial através dos campos de visão que cobrem uma seção inteira, iniciando a partir do colimador de fonte (mostrado na Figura 4) iniciando a partir de uma circunferência 620 até a última barreira mostrada pela circunferência 630. Dessa maneira, uma porção precisa conhecida de todo o volume alvo das diferentes barreiras ao redor do colimador de fonte é inspecionada pelo direcionamento da radiação através de diferentes canais de passagem (por exemplo, canal de passagem 500 na Figura 4) do colimador de fonte. Também são mostrados na Figura 5 os espaços em branco 640 que são criados devido aos canais de bloqueio 510 mostrados na Figura 4.

[0037] Pode ser observado aqui que a geometria do colimador de fonte descrita anteriormente neste documento possibilita uma configuração diferente do aparelho 400 (Figura 3) que pode alcançar sem emendas e simultaneamente uma cobertura de 360 graus das camadas com múltiplas barreiras do poço sem precisar de quaisquer partes de rotação. Uma vantagem principal de tal geometria é que há espaços predefinidos entre volumes de interrogação (volumes alvo) que resultam em uma redução de interferência cruzada entre os raios refletidos recebidos pelo detector e, dessa forma, aumentam a razão sinal/ruído e, portanto, melhora, por fim, a capacidade de detecção do aparelho.

[0038] Uma configuração de colimador de fonte que possibilita os campos de visão de colimador conforme mostrado na Figura 6 é mostrada na Figura 7, a título de exemplo. O colimador de fonte 430, na implementação mostrada na Figura 7, tem uma porção de topo 710 e uma porção de fundo 720, e é axialmente alinhado com a fonte 410 que é posicionada entre a porção de topo 710 e a porção de fundo 720. De acordo com as modalidades descritas na presente invenção, ao menos uma dentre a porção de topo 710 ou a porção de fundo 720 terá canais de bloqueio e canais de passagem alternados. Em ao menos algumas implementações, a fonte 410 e colimador de fonte 430 são suportados por componentes adicionais como um suporte da fonte 740 e uma tampa 750.

[0039] Outra característica que otimiza bastante a captura de regiões de volume alvo menores é possibilitada pelo deslocamento dos canais de passagem (mostrados pelo número de referência 500 na Figura 4) através do qual a radiação 420 é projetada por um ângulo fi indicado pelo número 780, em relação a um eixo geométrico 760 que atravessa a fonte 410. Isso possibilita que o tamanho e a posição dos canais de passagem sejam projetados para otimizar o desempenho para determinados critérios, por exemplo, resolução azimutal, profundidade de investigação, resolução de profundidade, velocidade de perfilagem, etc.

[0040] Uma configuração alternativa que utiliza múltiplos colimadores de fonte similares ao colimador de fonte mostrado na implementação mostrada na Figura 7 de um modo espelhado é mostrada na Figura 8. As porções de colimador de fonte 710 e 720 são espelhadas ao redor de um eixo geométrico 830 por porções de colimador de fonte adicionais serem adicionadas, mostradas por 810 e 820. Nessa configuração, uma cobertura de 360 graus completa ao redor da fonte é alcançada.

[0041] As Figuras 9 a 11 explicam ainda as configurações de colimadores de múltiplas fontes, incluindo a configuração da Figura 8. Pode ser observado aqui que essas modalidades fazem uso dos espaços "em branco" 640 mostrados na Figura 6 que ficam entre os volumes de interrogação com o uso de um segundo colimador de fonte/detector que é um espelho (isto é, substancialmente similar) do primeiro, deslocados por um segundo ângulo para fornecer uma cobertura de 360 graus completa do poço. O segundo ângulo é escolhido com base em requisitos de aplicação, por exemplo, um segundo ângulo menor possibilita uma melhor resolução azimutal e um segundo ângulo maior possibilita receber um sinal de detector maior. A Figura 9 é uma representação diagramática 900 que mostra orientações de três colimadores de fonte representados por 910 mostrado na Figura 9A, 920 mostrado na Figura 920 e 930 mostrado na Figura 9C que ficam integrados em um único conjunto para o aparelho para inspecionar os defeitos do poço. A Figura 9A, a Figura 9B e a Figura 9C mostram os campos de visão de colimador de fonte 610 que têm uma amplitude definida pelo primeiro ângulo 540, e o espaço em branco 640 definido pelo segundo ângulo θ2. Em modalidades selecionadas, esses três colimadores de fonte são posicionados de modo que os espaços em branco na disposição 910 sejam interrogados pelo campo de visão de colimador de fonte do arranjo em 920 e, similarmente, os espaços em branco na disposição 920 são interrogados pelo campo de visão de colimador de fonte mostrado na disposição 930. Dessa forma, com o uso de múltiplas orientações dos colimadores de fonte dessa maneira, todo o campo de visão de 360 graus ao redor da fonte pode ser completamente inspecionado conforme mostrado na Figura. 10. A Figura 10A mostra o alinhamento axial dos colimadores de fonte nas disposições 910, 920 e 930; e a Figura 10B mostra a cobertura de 360 graus eficaz de todo o volume com o uso das orientações de colimador de fonte 910, 920, 930. Pode ser observado aqui que o colimador de fonte 920 na Figura 9 e na Figura 10 será deslocado pelo segundo ângulo em relação ao colimador de fonte 910 e, similarmente, o colimador de fonte 930 será deslocado pelo segundo ângulo em relação ao colimador de fonte 920.

[0042] O exemplo acima é ilustrado adicionalmente na Figura 11, onde a configuração 3000 inclui fontes 410, colimadores 430 e detectores 460 que inspecionam as múltiplas barreiras de poço. A Figura 12 e a Figura 13 mostram vistas adicionais de configurações diferentes, a título de exemplo, que são úteis para cobertura de 360 graus do volume alvo ao redor da fonte. Pode ser observado aqui também que os detectores usados nessas configurações serão alinhados também de modo que os campos de visão de detector sejam criados para cada um dos campos de visão de colimador descritos anteriormente neste documento. Isso aprimora a profundidade de detecção e captura com precisão os raios retrodispersos de cada campo de visão de colimador.

[0043] Em referência à descrição apresentada acima, a modalidade 4000 na Figura 12 mostra fonte dupla 410 e 410’, colimadores de fonte dupla 430, 430’ e detectores duplos 460 e 460’. Os campos de visão de colimador de fonte 610 têm campos de visão de detector correspondentes mostrados por 4010 e cada campo de visão de detector captura exclusivamente a radiação retrodispersa a partir de um respectivo campo de visão de colimador de fonte.

[0044] A Figura 13 é uma outra implementação onde existe uma única fonte no aparelho 400 tendo o colimador de fonte e os detectores posicionados em ambos os lados da fonte (similar a uma porção da configuração de Figura 10A). A Figura 13 também mostra o colimador de fonte de campos de visão 610 e os campos de visão de detector 4010 correspondentes conforme descrito anteriormente neste documento.

[0045] Dessa forma, as diferentes configurações do aparelho aqui descritas com a fonte, o colimador, combinações de detector, podem ser dispostas para uma cobertura de 360 graus sem emendas do poço sem a necessidade de componentes giratórios, simplificando bastante a construção do aparelho.

[0046] Em várias modalidades, a fonte, o colimador de fonte e o detector, conforme descrito aqui, são alojados na sonda de inspeção 230 mostrada na Figura 2, que é suspensa no poço com o uso de um cabo de perfilagem.

[0047] Voltando agora para a Figura 13, um fluxograma 6000 ilustra um método para inspecionar o poço com o uso do aparelho descrito nas Figuras 3 a 12. O método inclui uma etapa 6002 para posicionar o aparelho para inspecionar o poço proximal a um volume alvo no poço. Então, na etapa 6004, o método inclui gerar radiação a partir da ao menos uma fonte através de um colimador de fonte que tem uma pluralidade de canais de bloqueio e canais de passagem alternados para direcionar a radiação para impactar o volume alvo do poço através dos diferentes campos de visão que se estendem radialmente para o volume alvo. Na etapa 6006, o método inclui receber raios de retrodispersão a partir da pluralidade de campos de visão no ao menos um detector. O método inclui, então, uma etapa 6008 para transmitir a um processador um sinal representativo dos raios de retrodispersão; e uma etapa 6010 para gerar, com o uso do processador, uma imagem representativa do volume alvo do poço. Pode ser observado aqui que múltiplos volumes alvo pequenos são combinados para fornecer uma visão completa de 360 graus de uma porção inspecionada do poço.

[0048] O método inclui adicionalmente a etapa 6012 para determinar, com o uso do processador (e da memória), um parâmetro de integridade do poço (de um defeito como uma rachadura, uma deformação, descolamento do cimento, ou qualquer outro) com base na distribuição de densidade na imagem. A determinação inclui a localização e dimensão de defeitos que são indicadores de integridade do poço.

[0049] Seria entendido pelos versados na técnica que o processador a que se refere aqui pode incluir ao menos uma unidade lógica e aritmética, microprocessador, controlador para uso geral ou outras matrizes de processador para executar computações e/ou recuperar dados armazenados na memória. Em uma modalidade, o processador pode ser um processador de múltiplos núcleos. O processador processa sinais de dados e podem incluir várias arquiteturas de computação incluindo uma arquitetura de computador com conjunto de instruções complexas (CISC - complex instruction set computer), uma arquitetura de computador com conjunto de instruções reduzidas (RISC - reduced instruction set computer) ou uma arquitetura que implementa uma combinação de conjuntos de instruções.

[0050] Em uma modalidade, a memória descrita anteriormente neste documento pode ser uma mídia de armazenamento não transitório. Por exemplo, a memória pode ser um dispositivo de memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM - dynamic random access memory), um dispositivo de memória de acesso aleatório estática (SRAM - static random access memory), memória flash ou outros dispositivos de memória. A memória pode incluir também um dispositivo de memória não volátil, ou de armazenamento permanente similar, e mídia como uma unidade de disco rígido, uma unidade de disquete, um dispositivo de disco compacto com memória somente de leitura (CD-ROM), um dispositivo de disco digital versátil com memória somente de leitura (DVD-ROM), um dispositivo de disco digital versátil com memória de acesso aleatório (DVD-RAM), um dispositivo de disco digital versátil regravável (DVD-RW), um dispositivo de memória flash ou outros dispositivos de armazenamento não volátil.

[0051] Seria adicionalmente observado que, de acordo com uma outra modalidade, um aplicativo de programa de computador armazenado em memória não volátil ou mídia legível por computador (por exemplo, memória de registro, cache de processador, memória RAM, memória ROM, disco rígido, memória flash, CD-ROM, mídia magnética, etc.) pode incluir código ou instruções executáveis que quando executado(as) pode(m) instruir e/ou fazer com que uma unidade de controle ou um controlador ou processador execute o método discutido anteriormente neste documento. A mídia legível por computador pode ser uma mídia não transitória legível por computador incluindo todas as formas e os tipos de memória e todas as mídias legíveis por computador, exceto para um sinal de propagação transitório. Em uma implementação, a memória não volátil ou mídia legível por computador pode ser memória externa.

[0052] De modo geral, as diferentes modalidades do aparelho e do método descritas anteriormente neste documento envolvem uma única ou múltiplas fontes de radiação, colimadores de fonte e detectores ou conjuntos de detectores que são configurados para desempenho otimizado em relação a resolução azimutal aprimorada, velocidade de perfilagem aumentada ou resolução de profundidade otimizada. Especificamente, a configuração de colimador de fonte é bastante vantajosa com canais de passagem e canais de bloqueio alternados que possibilitam a redução de interferência cruzada, uma vez que a saída de fonte é colimada na vertical, bem como na direção azimutal para excitar seletivamente pequenos volumes da estrutura do poço.

[0053] Conforme mencionado anteriormente neste documento, as diferentes modalidades aqui descritas possibilitam a inspeção de defeitos em poços com múltiplas barreiras com base em variação de densidade nas imagens dos volumes inspecionados. Essas modalidades podem operar vantajosamente em poços preenchidos com fluido bem como com gás. Ainda outra vantagem inclui eliminar uma necessidade de partes giratórias para inspecionar toda a varredura de 360 graus no poço, e as modalidades descritas na presente invenção fornecem um projeto mais robusto e mais simples para operação em ambiente agressivo que está presente nas profundidades variáveis no poço.

[0054] Embora apenas determinadas características da revelação tenham sido ilustradas e descritas na presente invenção, muitas modificações e alterações ocorrerão aos versados na técnica. Deve- se, portanto, compreender que as reivindicações anexas se destinam a cobrir todas essas modificações e alterações à medida que estão dentro do verdadeiro espírito da revelação.

Claims (17)

1. Aparelho para inspecionar a integridade de um poço com múltiplas barreiras, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende: ao menos uma fonte para gerar radiação para impactar um volume alvo do poço; um colimador de fonte que tem uma pluralidade de canais de bloqueio e canais de passagem alternados para direcionar a radiação para impactar o volume alvo, sendo que a radiação direcionada de cada canal de passagem forma uma pluralidade de campos de visão que se estendem radialmente para o volume alvo, em que cada canal de passagem tem uma largura angular definida por um primeiro ângulo; e ao menos um detector para receber raios de retrodispersão decorrentes de cada respectivo campo de visão a partir da pluralidade de campos de visão e para gerar uma imagem representativa de uma porção inspecionada do poço; em que ao menos duas fontes são associadas aos respectivos colimadores de fonte e respectivos detectores, sendo que os colimadores de fonte são deslocados por um segundo ângulo um em relação ao outro e sendo que as ao menos duas fontes são alinhadas axialmente.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o volume alvo é através de múltiplas barreiras, sendo que as múltiplas barreiras compreendem ao menos uma camada de metal circundada por uma camada de cimento.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os respectivos detectores são deslocados pelo segundo ângulo.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ao menos dois colimadores de fonte associados aos respectivos detectores, sendo que os dois colimadores de fonte são deslocados pelo segundo ângulo um em relação ao outro e sendo que a ao menos uma fonte está entre os ao menos dois colimadores de fonte e os respectivos detectores.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os respectivos detectores são deslocados pelo segundo ângulo.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada canal de passagem é deslocado por um ângulo fi em relação a um eixo geométrico que atravessa ao menos uma fonte, e sendo que a ao menos uma fonte e o colimador de fonte são axialmente alinhados.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção inspecionada do poço é uma porção circular completa do poço ao redor da ao menos uma fonte.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o colimador de fonte compreende uma porção de topo e uma porção de fundo, sendo que a ao menos uma fonte é posicionada entre a porção de topo e a porção de fundo.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ao menos uma dentre a porção de topo ou a porção de fundo compreende a pluralidade de canais de bloqueio e canais de passagem alternados.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ao menos uma fonte, o colimador de fonte e o ao menos um detector são alojados em uma sonda de inspeção.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a radiação é ao menos uma dentre radiação de raios X ou radiação gama.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um processador configurado para receber um sinal representativo dos raios retrodispersos a partir do detector e configurado para gerar a imagem representativa da porção inspecionada do poço e adicionalmente configurado para determinar um parâmetro de integridade do poço com base na distribuição de densidade na imagem.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de integridade do poço é representativo de ao menos um dentre um espaço vazio, uma rachadura, uma deformação, um microanel ou um descolamento do cimento.

14. Método para inspecionar um poço, caracterizado pelo fato de que o método compreende: posicionar um aparelho para inspecionar o poço proximal a um volume alvo no poço, sendo que o aparelho compreende: ao menos uma fonte para gerar radiação para impactar o volume alvo do poço, um colimador de fonte que tem uma pluralidade de canais de bloqueio e canais de passagem alternados para direcionar a radiação para impactar o volume alvo, sendo que a radiação direcionada de cada canal de passagem forma uma pluralidade de campos de visão que se estendem radialmente para o volume alvo, em que cada canal de passagem tem uma largura angular definida por um primeiro ângulo, ao menos um detector para receber raios de retrodispersão decorrentes de cada respectivo campo de visão a partir da pluralidade de campos de visão, em que ao menos duas fontes são associadas aos respectivos colimadores de fonte e respectivos detectores, sendo que os colimadores de fonte são deslocados por um segundo ângulo um em relação ao outro e sendo que as ao menos duas fontes são alinhadas axialmente; gerar radiação a partir da ao menos uma fonte para impactar o volume alvo do poço através da pluralidade de campos de visão que se estendem radialmente para o volume alvo; receber raios de retrodispersão a partir da pluralidade de campos de visão no ao menos um detector; transmitir a um processador um sinal representativo dos raios de retrodispersão; e gerar, com o uso do processador, uma imagem representativa do volume alvo do poço.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar, com o uso do processador, um parâmetro de integridade do poço com base na imagem.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de integridade do poço é representativo de ao menos um dentre uma rachadura, uma deformação, descolamento do cimento ou outro tipo de defeitos de revestimento ou anel.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o volume alvo faz uma varredura de um círculo completo ao redor da ao menos uma fonte.