BR112020020974B1

BR112020020974B1 - Sistema e método de perfuração de fundo de poço

Info

Publication number: BR112020020974B1
Application number: BR112020020974-0A
Authority: BR
Inventors: Neal Gregory Skinner; Burkay Donderici; Charles Richard Thomas Hay; Ilker R. Capoglu
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2023-10-03
Also published as: US20210164332A1; BR112020020974A2; US11629587B2; WO2019245544A1; AR115404A1

Abstract

sistema e método de perfuração de fundo de poço. um sistema de perfuração de fundo de poço é divulgado. o sistema de perfuração de fundo de poço pode incluir um circuito de geração de pulso, uma broca de perfuração incluindo um primeiro par de eletrodos eletricamente acoplado ao circuito de geração de pulso para receber um primeiro pulso elétrico do circuito de geração de pulso e formar um primeiro arco elétrico entre as primeiro par de eletrodos durante uma operação de perfuração pulsada; um sensor para registrar respostas para o primeiro pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada; e um sistema de análise de sensor acoplado comunicativamente ao sensor, o sistema de análise de sensor configurado para obter uma primeira medição do sensor, representando as respostas registradas pelo sensor durante a operação de perfuração pulsada e determinar um primeiro valor da constante dielétrica associada com uma porção de uma formação próxima à broca de perfuração, o primeiro valor é baseado na primeira medição.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente divulgação se refere geralmente a perfuração por energia pulsada no fundo do poço e, mais particularmente, sistemas e métodos para mapeamento dielétrico durante a perfuração por energia pulsada.

FUNDAMENTOS

[002] A perfuração por eletroesmagamento usa tecnologia de energia pulsada para perfurar um furo de poço em uma formação de rocha. A tecnologia de energia pulsada aplica repetidamente um alto potencial elétrico através dos eletrodos de uma broca de perfuração por energia pulsada, o que finalmente faz a rocha circundante fraturar. A rocha fraturada é transportada para longe da broca pelo fluido de perfuração e a broca avança furo abaixo. Operações de perfuração por eletroesmagamento também podem ser chamadas de operações de perfuração por energia pulsada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[003] Para uma compreensão mais completa da presente divulgação e de suas características e vantagens, agora será feita referência à seguinte descrição, tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: A FIGURA 1 é uma vista em elevação de um sistema de perfuração por energia pulsada exemplificativo usado em um ambiente de furo de poço; A FIGURA 2 é um vista em perspectiva de componentes exemplificativos de uma composição de fundo de poço para um sistema de perfuração por energia pulsada; A FIGURA 2B é um vista em perspectiva de componentes exemplificativos de uma composição de fundo de poço para um sistema de perfuração por energia pulsada; A FIGURA 3 é um diagrama de fluxo de um método exemplificativo para realizar uma operação de perfuração pulsada; A FIGURA 4 é um diagrama de blocos que ilustra uma vista em elevação de um sistema de medição exemplificativo para perfuração pulsada; A FIGURA 5 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de análise de sensor exemplificativo associado a um sistema de perfuração por energia pulsada; A FIGURA 6 é um diagrama de fluxo que ilustra um processo de inversão exemplificativo; A FIGURA 7 é um diagrama de blocos que ilustra um modelo exemplificativo para uma fonte de arcos elétricos; A FIGURA 8A é uma vista em elevação de componentes exemplificativos de um sistema de medição incluindo uma única antena que está associada com a composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração por energia pulsada; A FIGURA 8B é uma vista em elevação de componentes exemplificativos de um sistema de medição incluindo múltiplas antenas que estão associadas com a composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração por energia pulsada; A FIGURA 8C é uma vista em elevação de componentes exemplificativos de um sistema de medição incluindo múltiplos magnetômetros que estão associados com a composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração por energia pulsada; A FIGURA 9A é uma vista em seção transversal de componentes exemplificativos de uma composição de fundo de poço do sistema de perfuração por energia pulsada que está associado a um sistema de análise de sensor; A FIGURA 9B é um gráfico que ilustra caixas com respostas de múltiplos sensores azimutalmente distribuídos em torno de uma linha central da composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração por energia pulsada; A FIGURA 10 é um gráfico que ilustra um pulso elétrico de alta energia e uma resposta de corrente entre os eletrodos de uma broca de perfuração por energia pulsada associada a um sistema de mapeamento dielétrico; A FIGURA 11 é um diagrama de fluxo que ilustra um método exemplificativo para determinar as características dielétricas usando a captura de respostas do sensor durante as operações de perfuração pulsada; e A FIGURA 12 é um diagrama de fluxo que ilustra um método exemplificativo para determinar uma direção média de arcos elétricos usando respostas de sensor capturadas durante uma operação de perfuração pulsada.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[004] A perfuração por eletroesmagamento pode ser usada para formar furos de poços em formações de rocha subterrâneas para recuperar hidrocarbonetos, tal como petróleo e gás, destas formações. A perfuração por eletroesmagamento usa tecnologia de energia pulsada para fraturar a formação de rocha fornecendo repetidamente arcos elétricos ou ondas de choque de alta energia para a formação de rocha. Mais especificamente, uma broca de perfuração de um sistema de perfuração por energia pulsada é excitada por um trem de pulsos elétricos de alta energia que produz descargas através da formação na extremidade de fundo de poço da broca de perfuração. Os pulsos elétricos de alta energia fornecem informações sobre as propriedades da formação e/ou fluido de perfuração, como o valor da constante dielétrica. As descargas produzidas pelos pulsos elétricos de alta energia, por sua vez, fraturam parte da formação próxima à broca de perfuração e produzem ondas eletromagnéticas e acústicas que transportam informações adicionais sobre as propriedades da formação. Os ângulos azimutais sobre os quais as descargas ocorrem entre os eletrodos na ponta da broca de perfuração podem ocorrer aleatoriamente ao longo dos ângulos azimutais para os quais a formação ainda está intacta.

[005] Conforme descrito em detalhes neste documento, um sistema de perfuração por energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado pode implementar técnicas de perfilagem durante a perfuração que incluem realizar o mapeamento de uma formação usando sensores elétricos e/ou eletromagnéticos localizados na superfície e/ou no fundo do poço para registrar respostas aos sinais recebidos, incluindo, mas não se limitando a, pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos e ondas eletromagnéticas que são recebidas durante uma operação de perfuração pulsada. A forma e a magnitude dos pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos ou ondas eletromagnéticas recebidas pelos sensores carregam informações que podem ser usadas para estimar as características das camadas de formação através das quais os arcos elétricos ou ondas passaram. Por exemplo, o valor dielétrico da formação próxima à broca de perfuração por energia pulsada pode ser estimado usando as respostas registradas pelos sensores.

[006] Os sensores podem converter as respostas registradas em uma ou mais medições em uma forma adequada para análise por um sistema de análise de sensor. As medições resultantes podem representar tensões, correntes, razões de tensão para corrente, medições de força do campo magnético ou qualquer combinação das mesmas que estão associadas ao fluxo de carga entre dois eletrodos da broca de perfuração de energia pulsada. As medições podem ser fornecidas pelos sensores para um sistema de análise de sensor, onde podem ser analisadas ou armazenadas para processamento subsequente. Por exemplo, o sistema de análise de sensor pode processar as medições recebidas dos sensores para determinar o valor dielétrico da formação próxima à broca de perfuração de energia pulsada, a direção média dos arcos elétricos em torno da broca de perfuração de energia pulsada e/ou para outros propósitos com base nas medições recebidas dos sensores. O valor dielétrico pode ser inserido em um processo de inversão para determinar um valor dielétrico resultante, que pode ser usado para mapear o valor dielétrico da formação ou para modificar a operação de perfuração pulsada, tal como alterando o fluido de perfuração.

[007] Existem inúmeras maneiras nas quais um sistema de mapeamento dielétrico pode determinar os valores da constante dielétrica para a formação próxima à broca de perfuração de energia pulsada com base nas respostas registradas durante uma operação de perfuração pulsada. Assim, as modalidades da presente divulgação e suas vantagens são mais bem compreendidas por referência às FIGURAS 1 a 12, em que números semelhantes são usados para indicar partes semelhantes e correspondentes.

[008] A FIGURA 1 é uma vista em elevação de um sistema de perfuração por energia pulsada exemplificativo usado para formar um furo de poço em uma formação subterrânea. Embora a FIGURA 1 mostre o equipamento baseado em terra, ferramentas de fundo de poço que incorporam os ensinamentos da presente divulgação podem ser satisfatoriamente usadas com o equipamento localizado em plataformas offshore, navios de perfuração, semissubmersíveis e barcaças de perfuração (não expressamente mostradas). Adicionalmente, embora o furo de poço 116 seja mostrado como sendo um furo de poço geralmente vertical, o furo de poço 116 pode ser de qualquer orientação incluindo geralmente horizontal, multilateral ou direcional.

[009] O sistema de perfuração 100 inclui plataforma de perfuração 102 que suporta a torre 104 tendo catarina 106 para elevar e baixar uma coluna de perfuração 108. O sistema de perfuração 100 também pode incluir bomba 125, que circula o fluido de perfuração 122 através de um tubo de alimentação para o kelly 110 que, por sua vez, transporta o fluido de perfuração 122 furo abaixo através de canais internos da coluna de perfuração 108 e através de uma ou mais portas de fluxo de fluido na broca de perfuração por energia pulsada 114. O fluido de perfuração 122 circula de volta para a superfície através do espaço anular 126 formado entre a coluna de perfuração 108 e as paredes laterais do furo de poço 116. As porções fraturadas da formação são transportadas para a superfície pelo fluido de perfuração 122 para remover as porções do furo de poço 116.

[0010] A broca de perfuração por energia pulsada 114 é fixada à extremidade distal da coluna de perfuração 108 e pode ser uma broca de perfuração por eletroesmagamento ou uma broca de perfuração eletro- hidráulica. A energia pode ser fornecida para a broca de perfuração 114 de componentes de fundo de poço, componentes na superfície e/ou uma combinação de componentes de fundo de poço e na superfície. Por exemplo, o gerador 140 pode gerar energia elétrica e fornecer essa energia para a unidade de condicionamento de energia 142. A unidade de condicionamento de energia 142 pode, então, transmitir energia elétrica no fundo do poço através do cabo de superfície 143 e um cabo de subsuperfície (não expressamente mostrado na FIGURA 1) contido dentro da coluna de perfuração 108 ou fixado ao lado da coluna de perfuração 108. Um circuito de geração de pulso dentro da BHA 128 pode receber a energia elétrica da unidade de condicionamento de energia 142 e pode gerar pulsos de alta energia elétrica para acionar a broca de perfuração 114. O circuito de geração de pulso pode incluir uma entrada de fonte de energia, incluindo dois terminais de entrada e um primeiro capacitor acoplado entre os terminais de entrada. O circuito de geração de pulso também pode incluir um interruptor, um transformador e um segundo capacitor cujos terminais são acoplados aos respectivos eletrodos da broca de perfuração 114. O comutador pode incluir um comutador mecânico, um comutador de estado sólido, um comutador magnético, um comutador de gás ou qualquer outro tipo de comutador adequado para abrir e fechar o caminho elétrico entre a entrada de fonte de energia e um primeiro enrolamento do transformador. O transformador gera uma corrente através de um segundo enrolamento quando a chave está fechada e a corrente flui através do primeiro enrolamento. A corrente através do segundo enrolamento carrega o segundo capacitor. Conforme a tensão através do segundo capacitor aumenta, a tensão através dos eletrodos da broca de perfuração aumenta.

[0011] O circuito de geração de pulso dentro da BHA 128 pode ser utilizado para aplicar repetidamente um grande potencial elétrico, por exemplo, até ou ultrapassando 150 kV através dos eletrodos da broca de perfuração 114. Cada aplicação de potencial elétrico é referida como um pulso. Quando o potencial elétrico através dos eletrodos de broca de perfuração 114 for aumentado o suficiente durante um pulso para gerar um campo elétrico suficientemente alto, um arco elétrico se forma através de uma formação de rocha 118 no fundo do furo de poço 116. O arco forma temporariamente um acoplamento elétrico entre os eletrodos da broca de perfuração 114, permitindo que corrente elétrica flua através do arco dentro de uma porção da formação de rocha no fundo do furo de poço 116. O arco aumenta muito a temperatura e a pressão da porção de formação de rocha através da qual o arco flui e da formação e dos materiais circundantes. A temperatura e a pressão são suficientemente altas para quebrar a rocha em pequenos pedaços ou fragmentos e cascalhos. Esta rocha fraturada é removida, tipicamente pelo fluido de perfuração 122 que move a rocha fraturada para longe dos eletrodos e furo acima. Os termos "furo acima" e "fundo de poço" podem ser usados para descrever a localização de vários componentes do sistema de perfuração 100 em relação à broca de perfuração 114 ou em relação ao fundo do furo de poço 116 mostrado na FIGURA 1, em vez de descrever direções relativas em termos de mais para cima ou para baixo. Portanto, se o furo de poço 116 for um furo de poço horizontal ou de outra forma inclinado para longe da vertical, o termo "furo acima" pode se referir à direção para longe da broca de perfuração 114, independentemente de essa direção ser para a direita, para a esquerda, para cima ou para baixo em relação à broca de perfuração 114. Por exemplo, um primeiro componente descrito como furo acima a partir de um segundo componente pode estar mais afastado da broca de perfuração 114 e/ou da base do furo de poço 116 do que o segundo componente. De modo semelhante, um primeiro componente descrito como estando no fundo de poço de um segundo componente pode estar localizado mais perto da broca de perfuração 114 e/ou da base do furo de poço 116 do que o segundo componente. O arco elétrico também pode gerar ondas acústicas e/ou eletromagnéticas que são transmitidas dentro da formação rochosa 188 e/ou fluido de perfuração 122. Os sensores colocados dentro do furo de poço 116 e/ou na superfície podem registrar respostas a pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos ou a ondas eletromagnéticas. O sistema de análise de sensor 150 pode receber medições que representam as respostas registradas e pode analisar as medições para determinar as características da formação rochosa 118 ou para outros fins.

[0012] O furo de poço 116, que penetra várias formações rochosas subterrâneas 118, é criado conforme a broca de perfuração 114 fratura repetidamente a formação rochosa e o fluido de perfuração 122 move a rocha fraturada furo acima do furo de poço 116. O furo de poço 116 pode ser qualquer furo formado em uma formação subterrânea ou em uma série de formações subterrâneas para fins de exploração ou extração de recursos naturais como, por exemplo, hidrocarbonetos ou com a finalidade de injeção de fluidos como, por exemplo, água, água residual, salmoura ou água misturada com outros fluidos. Adicionalmente, o furo de poço 116 pode ser qualquer furo perfurado em uma formação subterrânea ou em uma série de formações subterrâneas para fins de geração de energia geotérmica.

[0013] Embora a broca de perfuração por energia pulsada 114 seja descrita anteriormente como implementando perfuração por eletroesmagamento, a broca de perfuração por energia pulsada 114 também pode ser usada para perfuração eletro-hidráulica, em vez de gerar um arco elétrico dentro da rocha, a broca de perfuração 114 aplica um grande potencial elétrico através de um ou mais eletrodos e um anel de aterramento para formar um arco através do fluido de perfuração próximo da extremidade de fundo de poço do furo de poço 116. A alta temperatura do arco vaporiza a porção do fluido de perfuração que circunda imediatamente o arco, o que, por sua vez, gera uma onda de choque de alta energia no fluido remanescente. O um ou mais eletrodos da broca de perfuração eletro-hidráulica podem ser orientados de modo que a onda de choque gerada pelo arco seja transmitida em direção ao fundo do furo de poço 116. Quando a onda de choque entra em contato e salta da rocha no fundo do furo de poço 116, a rocha fratura. Por conseguinte, o furo de poço 116 pode ser formado na formação subterrânea 118 usando a broca de perfuração 114 que implementa qualquer uma de perfuração por eletroesmagamento ou eletro-hidráulica.

[0014] O subsistema de detecção acústica distribuída (DAS) 155 pode ser posicionado na superfície para uso com o sistema de perfuração por energia pulsada 100 ou em qualquer outro local adequado. O subsistema DAS 155 pode ser acoplado à fibra óptica 160, que está posicionada dentro de uma porção do sistema de perfuração por energia pulsada 100. Por exemplo, a fibra óptica 160 pode estar posicionada dentro do furo de poço 116. Qualquer número adequado de subsistemas DAS (cada um acoplado a uma fibra óptica 160 localizada no fundo do poço) pode ser colocado dentro ou adjacente ao furo de poço 116. Com a fibra óptica 160 posicionada dentro de uma porção do furo de poço 116, o subsistema DAS 155 pode determinar as características associadas à formação 118 com base nas mudanças na deformação causadas por ondas acústicas. O subsistema DAS 155 pode estar configurado para transmitir pulsos ópticos para a fibra óptica 160 e para receber e analisar reflexos do pulso óptico para detectar mudanças na deformação causadas por ondas acústicas.

[0015] O sistema de análise de sensor 150 pode estar posicionado na superfície para uso com o sistema de perfuração por energia pulsada 100, conforme ilustrado na FIGURA 1, ou em qualquer outro local adequado. Qualquer sistema de telemetria adequado pode ser usado para comunicar sinais de vários sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos na superfície ou no fundo do poço para o sistema de análise de sensor 150 durante uma operação de perfuração pulsada. Por exemplo, o sistema de análise de sensor 150 pode ser acoplado à fibra óptica 160 que se estende no fundo do poço no furo de poço 116. Mais especificamente, uma ou mais interfaces de entrada/saída do sistema de análise de sensor 150 podem ser acopladas à fibra óptica 160 para comunicação para e de sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos posicionados no fundo do poço. Por exemplo, os sensores podem transmitir medições para o sistema de análise de sensor 150. Qualquer número adequado de sistemas de análise de sensor 150 (cada um dos quais pode ser acoplado a uma fibra óptica localizada no fundo do poço) pode ser colocado dentro ou adjacente ao furo de poço 116. Um sistema de análise de sensor exemplificativo está ilustrado na FIGURA 5 e descrito em mais detalhes a seguir.

[0016] A fibra óptica 160 pode estar contida dentro de um cabo, corda, linha ou fio. Mais especificamente, a fibra óptica 160 pode estar contida dentro de um cabo liso, cabo de aço, tubulação espiralada ou outro meio de transporte adequado para suspender uma ferramenta de fundo de poço no furo de poço 116. O cabo de fibra óptica 160 pode ser carregado por um laser para fornecer energia ao subsistema DAS 155, sistema de análise de sensor 150 ou sensores localizados dentro do furo de poço 116.

[0017] A FIGURA 2 é um vista em perspectiva de componentes exemplificativos de uma composição de fundo para um sistema de perfuração por energia pulsada. A BHA 128 pode incluir a ferramenta de energia pulsada 230 e a broca de perfuração 114. Para as finalidades da presente divulgação, a broca de perfuração 114 pode ser integrada dentro da BHA 128, ou pode ser um componente separado acoplado à BHA 128.

[0018] A ferramenta de energia pulsada 230 pode proporcionar energia elétrica pulsada para a broca de perfuração 114. A ferramenta de energia pulsada 230 recebe energia elétrica de uma fonte de energia através do cabo 220. Por exemplo, a ferramenta de energia pulsada 230 pode receber energia elétrica através do cabo 220 de uma fonte de energia localizada na superfície como descrito anteriormente com referência à FIGURA 1, ou de uma fonte de energia localizada no fundo de poço, tal como um gerador alimentado por uma turbina de lama. A ferramenta de potência pulsada 230 também pode receber energia elétrica através de uma combinação de uma fonte de energia localizada na superfície e uma fonte de energia localizada no fundo de poço. A broca de perfuração 114 pode incluir anel de aterramento 250, mostrado em parte na FIGURA 2A. O anel de aterramento 250 pode funcionar como um eletrodo. A ferramenta de potência pulsada 230 converte a energia elétrica recebida da fonte de energia em pulsos elétricos de alta potência que são aplicados entre os eletrodos 208 e o anel de aterramento 250 da broca de perfuração 114. A ferramenta de energia pulsada 230 também pode aplicar pulsos elétricos de alta potência através do eletrodo 210 e do anel de aterramento 250 de uma maneira semelhante à descrita para o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250. A ferramenta de energia pulsada 230 pode incluir um circuito de geração de pulso conforme descrito anteriormente com referência à FIGURA 1.

[0019] Embora ilustrado como um anel contíguo na FIGURA 2A, o anel de aterramento 250 pode ser eletrodos distintos não contíguos e/ou implementado em diferentes formas. Cada um dos eletrodos 208 e 210 pode estar posicionado a uma distância mínima do anel de aterramento 250 de aproximadamente 0,4 polegada e a uma distância máxima do anel de aterramento 250 de aproximadamente 4 polegadas. A distância entre os eletrodos 208 ou 210 e o anel de aterramento 250 pode ser baseada nos parâmetros da operação de perfuração pulsada e/ou no diâmetro da broca de perfuração 114. Por exemplo, a distância entre os eletrodos 208 ou 210 e o anel de aterramento 250, no seu espaçamento mais próximo, pode ser de pelo menos 0,4 polegada, pelo menos 1 polegada, pelo menos 1,5 polegada ou pelo menos 2 polegadas.

[0020] O fluido de perfuração 122 é tipicamente circulado através do sistema de perfuração 100 a uma vazão suficiente para remover rocha fraturada da vizinhança da broca de perfuração 114. Além disso, o fluido de perfuração 122 pode estar sob pressão suficiente em um local no furo de poço 116, particularmente um local perto de um depósito de hidrocarboneto, gás, água ou outro depósito, para evitar fluxo descontrolado. O fluido de perfuração 122 pode sair da coluna de perfuração 108 através das aberturas 209 em torno de cada um dos eletrodos 208 e 210. O fluxo de fluido de perfuração 122 para fora das aberturas 209 permite que os eletrodos 208 e 210 sejam isolados pelo fluido de perfuração. Um isolante sólido (não expressamente mostrado) pode envolver os eletrodos 208 e 201. A broca de perfuração 114 também pode incluir uma ou mais portas de fluxo de fluido 260 na face da broca de perfuração 114 através da qual o fluido de perfuração 122 sai da coluna de perfuração 108, por exemplo, portas de fluxo de fluido 260 no anel de aterramento 250. As portas de fluxo de fluido 260 podem ser furos simples ou elas podem ser bocais ou outras características modeladas. Uma vez que partículas finas não são tipicamente geradas durante a perfuração por energia pulsada, ao contrário da perfuração mecânica, o fluido de perfuração 122 pode não precisar sair da broca de perfuração a uma pressão tão alta quanto o fluido de perfuração na perfuração mecânica. Como resultado, bocais e outras características usadas para aumentar a pressão do fluido de perfuração podem não ser necessários na broca de perfuração 114. No entanto, bocais ou outras características para aumentar a pressão do fluido de perfuração 122 ou para direcionar fluido de perfuração podem ser incluídos para alguns usos. Adicionalmente, a forma de um isolante sólido, se presente, pode ser selecionada para intensificar o fluxo do fluido de perfuração 122 em torno dos componentes da broca de perfuração 114.

[0021] Se o sistema de perfuração 100 experimentar bolhas de vaporização no fluido de perfuração 122 perto da broca de perfuração 114, as bolhas de vaporização podem ter efeitos prejudiciais. Por exemplo, as bolhas de vaporização perto dos eletrodos 208 ou 210 podem impedir a formação do arco na rocha. O fluido de perfuração 122 pode ser circulado a uma vazão também suficiente para remover bolhas de vaporização da vizinhança da broca de perfuração 114. As portas de fluxo de fluido 260 podem permitir o fluxo de fluido de perfuração 122 juntamente com qualquer rocha fraturada ou bolhas de vaporização longe dos eletrodos 208 e 210 e furo acima.

[0022] A FIGURA 2B é um vista em perspectiva dos componentes exemplificativos de uma composição de fundo de poço para um sistema de perfuração por energia pulsada. A BHA 128 pode incluir a ferramenta de energia pulsada 230 e a broca de perfuração 115. Para as finalidades da presente divulgação, a broca de perfuração 115 pode ser integrada dentro da BHA 128, ou pode ser um componente separado que está acoplado à BHA 128. A BHA 128 e a ferramenta de energia pulsada 230 podem incluir características e funcionalidades semelhantes às discutidas anteriormente na FIGURA 2A.

[0023] A broca de perfuração 115 pode incluir o corpo da broca 255, o eletrodo 212, o anel de aterramento 250 e o isolante sólido 270. O eletrodo 212 pode ser colocado aproximadamente no centro da broca de perfuração 115. O eletrodo 212 pode estar posicionado a uma distância mínima do anel de aterramento 250 de aproximadamente 0,4 polegada e a uma distância máxima do anel de aterramento 250 de aproximadamente 4 polegadas. A distância entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250 pode ser baseada nos parâmetros da operação de perfuração pulsada e/ou no diâmetro da broca de perfuração 115. Por exemplo, a distância entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250, no seu espaçamento mais próximo, pode ser de pelo menos 0,4 polegada, pelo menos 1 polegada, pelo menos 1,5 polegada ou pelo menos 2 polegadas. A distância entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250 pode ser geralmente simétrica ou pode ser assimétrica de tal modo que o campo elétrico que circunda a broca de perfuração tenha uma forma simétrica ou assimétrica. A distância entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250 permite que o fluido de perfuração 122 flua entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250 para remover as bolhas de vaporização da área de perfuração. O eletrodo 212 pode ter qualquer diâmetro adequado com base na operação de perfuração pulsada, na distância entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250 e/ou no diâmetro da broca de perfuração 115. Por exemplo, o eletrodo 212 pode ter um diâmetro entre aproximadamente 2 e aproximadamente 10 polegadas (isto é, entre aproximadamente 51 e aproximadamente 254 milímetros). O anel de aterramento 250 pode funcionar como um eletrodo e proporcionar localização na broca de perfuração onde um arco elétrico pode iniciar e/ou terminar.

[0024] A broca de perfuração 115 também pode incluir uma ou mais portas de fluxo de fluido na face da broca de perfuração através da qual fluido de perfuração sai da coluna de perfuração 108. Por exemplo, o anel de terra 250 da broca de perfuração 115 pode incluir uma ou mais portas de fluxo de fluido 260 de modo que fluido de perfuração 122 flua através das portas de fluxo de fluido 260 transportando rocha fraturada e bolhas de vaporização para longe da área de perfuração. As portas de fluxo de fluido 260 podem ser furos simples ou elas podem ser bocais ou outras características modeladas. O fluido de perfuração 122 é tipicamente circulado através do sistema de perfuração 100 a uma vazão suficiente para remover rocha fraturada da vizinhança da broca de perfuração 115. Além disso, o fluido de perfuração 122 pode estar sob pressão suficiente em um local no furo de poço 116, particularmente um local perto de um depósito de hidrocarboneto, gás, água ou outro depósito, para evitar fluxo descontrolado. O fluido de perfuração 122 pode sair da coluna de perfuração 108 através da abertura 213 circundando o eletrodo 212. O fluxo de fluido de perfuração 122 para fora da abertura 213 permite que o eletrodo 212 seja isolado pelo fluido de perfuração. Uma vez que partículas finas não são tipicamente geradas durante a perfuração por energia pulsada, ao contrário da perfuração mecânica, o fluido de perfuração 122 pode não precisar sair da broca de perfuração a uma pressão tão alta quanto o fluido de perfuração na perfuração mecânica. Como resultado, bocais e outras características usadas para aumentar a pressão do fluido de perfuração podem não ser necessários na broca de perfuração 115. No entanto, bocais ou outras características para aumentar a pressão do fluido de perfuração 122 ou para direcionar fluido de perfuração podem ser incluídos para alguns usos. Adicionalmente, a forma do isolante sólido 270 pode ser selecionada para intensificar a vazão do fluido de perfuração 122 em torno dos componentes da broca de perfuração 115.

[0025] Como descrito anteriormente com referência às FIGURAS 1, 2A e 2B, quando o potencial elétrico através de eletrodos de uma broca de perfuração por energia pulsada se torna suficientemente grande, forma-se um arco elétrico através da formação de rocha e/ou do fluido de perfuração que está próximo aos eletrodos. O arco proporciona um curto-circuito elétrico temporário entre os eletrodos e, assim, permite que corrente elétrica circule através do arco dentro de uma porção da formação de rocha e/ou do fluido de perfuração no fundo do furo de poço. O arco aumenta a temperatura da porção da formação de rocha através da qual o arco flui e da formação e dos materiais circundantes. A temperatura é suficientemente alta para vaporizar qualquer água ou outros fluidos que possam estar perto do arco e também pode vaporizar parte da própria rocha. O processo de vaporização cria um gás de alta pressão que expande e, por sua vez, fratura a rocha circundante.

[0026] Sistemas de perfuração por energia pulsada e ferramentas de energia pulsada podem utilizar qualquer topologia de circuito de geração de pulso adequada para gerar e aplicar pulsos elétricos de alta potência através de eletrodos dentro da broca de perfuração por energia pulsada. Tais topologias de circuito de geração pulsos podem utilizar ressonância elétrica para gerar os pulsos elétricos de alta potência necessários para a perfuração por energia pulsada. O circuito de geração de pulsos pode ser formado e dimensionado para encaixar dentro da seção transversal circular da ferramenta de energia pulsada 230 que, como descrito anteriormente com referência às FIGURAS 2A e 2B, pode fazer parte da BHA 128. O circuito de geração de pulsos pode estar contido dentro de um encapsulante, tal como um material termicamente condutor que protege o circuito de geração de pulsos da ampla faixa de temperaturas (por exemplo, de aproximadamente 10 a aproximadamente 200 graus Centígrados) dentro do furo de poço.

[0027] Os sistemas de perfuração por energia pulsada descritos neste documento podem gerar múltiplos arcos elétricos por segundo usando um perfil de corrente de excitação especificado que faz com que um arco elétrico transiente se forme e faça um arco através da porção mais condutora do fundo do furo de poço. Como descrito anteriormente, o arco faz com que essa porção do fundo do furo de poço se desintegre ou se fragmente e seja varrida para longe pelo fluxo de fluido de perfuração. Quando as porções mais condutoras do fundo do furo de poço são removidas, os arcos elétricos subsequentes podem naturalmente buscar a próxima porção mais condutora. Portanto, a obtenção de medições a partir das quais estimativas da direção de excitação podem ser geradas pode fornecer informações úteis para determinar características da formação.

[0028] A FIGURA 3 é um fluxograma que ilustra um método exemplificativo 300 para realizar uma operação de perfuração pulsada usando uma broca de perfuração por eletroesmagamento ou uma broca de perfuração eletro-hidráulica colocada no fundo do poço em um furo de poço. Por exemplo, a broca de perfuração 114 ilustrada na FIGURA 2A ou a broca de perfuração 115 ilustrada na FIGURA 2B podem ser colocadas no fundo do poço no furo de poço 116, como mostrado na FIGURA 1. O método 300 inclui, em 302, fornecer energia elétrica a um circuito de geração de pulso acoplado à broca de perfuração. Por exemplo, o circuito de geração de pulso pode ser acoplado a um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo da broca de perfuração. O primeiro eletrodo pode ser o eletrodo 208, 210 ou 212 e o segundo eletrodo pode ser o anel de aterramento 250 discutidos anteriormente em relação às FIGURAS 2A e 2B. O circuito de geração de pulso pode ser implementado dentro da ferramenta de energia pulsada 230 mostrada nas FIGURAS 2A e 2B e pode receber energia elétrica de uma fonte de energia na superfície, de uma fonte de energia localizada no fundo do poço ou de uma combinação de uma fonte de energia a superfície e uma fonte de energia localizada no fundo do poço. A energia elétrica pode ser fornecida no fundo de poço ao circuito de geração de pulos por meio de um cabo, como cabo 220 descrito anteriormente em relação às FIGURAS 2A e 2B. A potência pode ser proporcionada ao circuito de geração de pulsos dentro da ferramenta de energia pulsada 230 na entrada da fonte de energia.

[0029] Em 304, pulsos elétricos de alta potência são gerados pelo circuito de geração de pulso para a broca de perfuração, convertendo a energia elétrica recebida da fonte de energia em pulsos elétricos de alta potência. Por exemplo, o circuito de geração de pulsos pode usar ressonância elétrica para converter uma fonte de energia de baixa tensão (por exemplo, aproximadamente 1kV a aproximadamente 5kV) em pulsos elétricos de alta potência capazes de aplicar pelo menos 150kV nos eletrodos da broca de perfuração.

[0030] Em 306, o circuito de geração de pulso carrega um capacitor entre os eletrodos da broca de perfuração, causando um arco elétrico. Por exemplo, um comutador localizado no fundo de poço dentro do circuito de geração de pulso pode fechar para carregar um capacitor que está acoplado eletricamente entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. O comutador pode fechar para gerar um pulso elétrico de alta potência e pode ser aberto entre os pulsos. O comutador pode ser um comutador mecânico, um comutador de estado sólido, um comutador magnético, um comutador de gás ou qualquer outro tipo de comutador. Consequentemente, à medida que a tensão através do capacitor aumenta, a tensão através do primeiro elétrodo e do segundo elétrodo aumenta. Conforme descrito anteriormente com referência às FIGURAS 1, 2A e 2B, quando a tensão através dos eletrodos se torna suficientemente grande, um arco elétrico pode se formar através do fluido de perfuração e/ou uma formação de rocha que está próxima aos eletrodos. O arco pode fornecer um curto elétrico temporário entre os eletrodos e, assim, pode descarregar, em um alto nível de corrente, a tensão acumulada através do capacitor.

[0031] Em 308, as medições que representam as respostas registradas são obtidas. Por exemplo, um ou mais sensores acústicos, elétricos e/ou eletromagnéticos podem registrar respostas aos sinais recebidos incluindo, mas não se limitando a, pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos ou ondas acústicas e/ou eletromagnéticas produzidas pelo arco elétrico durante um operação de perfuração pulsada e pode fornecer medições que representam as respostas registradas para um sistema de análise de sensor, tal como sistema de análise de sensor 150 ilustrado na FIGURA 1 ou sistema de análise de sensor 500 ilustrado na FIGURA 5.

[0032] Conforme descrito anteriormente com referência às FIGURAS 1, 2A e 2B, o arco elétrico aumenta muito a temperatura da porção da formação rochosa através da qual o arco flui, bem como a formação circundante e os materiais, de modo que a formação rochosa no fundo do furo de poço possa ser fraturada com o arco elétrico. A temperatura pode ser suficientemente alta para vaporizar qualquer água ou outros fluidos que possam estar tocando ou perto do arco e também pode vaporizar parte da própria rocha. O processo de vaporização cria um gás de alta pressão que expande e, por sua vez, fratura a rocha circundante. Em 310, a rocha fraturada pelo arco elétrico pode ser removida da extremidade do furo de poço. Por exemplo, como descrito anteriormente com referência à FIGURA 1, o fluido de perfuração 122 pode mover a rocha fraturada para longe dos eletrodos e furo acima da broca de perfuração. Conforme descrito anteriormente em relação às FIGURAS 2A e 2B, o fluido de perfuração 122 e a rocha fraturada podem fluir para longe dos eletrodos através das portas de fluxo de fluido 260 na face da broca de perfuração ou em um anel de aterramento da broca de perfuração.

[0033] Em 312, as medições obtidas em 308 são analisadas para determinar as características da formação rochosa ou para outros fins. Por exemplo, um sistema de análise de sensor, como o sistema de análise de sensor 150 na FIGURA 1, pode usar medições, como uma tensão, corrente, razão de tensão para corrente ou intensidade do campo magnético que representa uma ou mais respostas registradas por um ou mais sensores, para determinar o valor dielétrico em torno da broca de perfuração de energia pulsada. A análise pode incluir uma ou mais inversões, conforme descrito em relação à FIGURA 6, FIGURA 11 e/ou FIGURA 12.

[0034] Modificações, adições ou omissões podem ser feitos ao método 300 sem se distanciar do escopo da divulgação. Por exemplo, a ordem das etapas pode ser realizada de maneira diferente da descrita e algumas etapas podem ser realizadas ao mesmo tempo. Além disso, cada etapa individual pode incluir etapas adicionais sem fugir do escopo da presente divulgação. As operações do método 300 ilustradas na FIGURA 3 podem ser repetidas, conforme necessário, para realizar uma operação de perfuração pulsada.

[0035] A FIGURA 4 é uma vista em elevação de um sistema de medição exemplificativo associado a um sistema de perfuração pulsado. O sistema de medição 400 pode incluir o sistema de análise de sensor 422 que recebe dados de um ou mais dos sensores 406, 410, 414 e 418 por meio de uma ou mais das interfaces 408, 412, 416 e 420. Um sistema de perfuração por energia pulsada pode incluir uma broca de perfuração por energia pulsada 402 que está localizada na extremidade distal do furo de poço 424. Durante uma operação de perfuração pulsada, ondas eletromagnéticas 404 e ondas acústicas 426 podem ser criadas por arcos elétricos formados próximo à broca de perfuração 402. As ondas eletromagnéticas 404 podem se propagar através de uma ou mais das camadas subterrâneas 438, 436, 434 antes de atingir a superfície 432. As ondas acústicas 426 podem se propagar através de uma ou mais camadas subterrâneas e furo acima ao longo do furo de poço 424 da broca de perfuração 402 para a superfície 432 e viajar através de uma ou mais das camadas subterrâneas 438, 436, 434. Um ou mais dos sensores 406, 410, 414 e 418 podem estar localizados no furo de poço 424 ou na superfície 432. Os sensores podem estar localizados a uma distância conhecida da broca de perfuração 402. Os sensores podem registrar respostas aos sinais recebidos incluindo, mas não se limitando a, pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos, ondas eletromagnéticas 404 e/ou ondas acústicas 426 criadas durante uma operação de perfuração pulsada. Os sensores podem enviar uma ou mais medições que representam as respostas registradas para o sistema de análise de sensor 422, que analisa as medições. Um ou mais componentes do sistema de análise de sensor 422 podem estar localizados na superfície 432, no furo de poço 424 e/ou em um local remoto. Por exemplo, o sistema de análise de sensor 422 pode incluir um subsistema de processamento de medição no furo de poço 424 que processa as medições fornecidas por um ou mais dos sensores e transmite os resultados do processamento furo acima para outro componente do sistema de análise de sensor 422 para armazenamento e/ou processamento adicional.

[0036] Durante uma operação de perfuração pulsada, pulsos elétricos de alta energia são aplicados aos eletrodos da broca de perfuração 402 para acumular carga elétrica nos eletrodos. A rocha na formação circundante fratura quando um arco elétrico se forma na broca de perfuração 402. Ondas eletromagnéticas 404 são criadas pela corrente associada ao arco elétrico e/ou à carga elétrica acumulada nos eletrodos da broca de perfuração 402. Além disso, ondas acústicas 426 são criadas pelo arco elétrico e fraturamento subsequente da rocha na formação próxima à broca de perfuração.

[0037] A duração de um arco elétrico criado durante uma operação de perfuração pulsada pode ser de aproximadamente 100 μs. A duração do arco elétrico pode ser mais curta do que a duração dos pulsos elétricos de alta energia que são aplicados aos eletrodos da broca de perfuração 402, que podem se repetir na ordem de várias a algumas centenas de hertz. Como a duração do arco elétrico é menor do que o período de repetição dos pulsos, os arcos elétricos que são gerados na broca de perfuração 402 podem ser representados por uma série de impulsos em que cada impulso tem uma onda eletromagnética e uma onda acústica correspondentes. O momento em que o impulso ocorre pode ser usado para medir, mapear e/ou criar imagens de características subterrâneas. Se o período de repetição da série de impulsos for Ts, a transformada de Fourier dos impulsos no domínio da frequência consiste em impulsos que ocorrem em múltiplos de uma frequência base (f0) igual a 2nπ /Ts. Se a broca de perfuração 402 fornecer pulsos a uma frequência constante, uma faixa de frequências discretas correspondentes (por exemplo, f0, 2f0, 3f0) será gerada no domínio da frequência. As frequências discretas podem ser usadas para medir, mapear e/ou criar imagens de características subterrâneas.

[0038] Ondas eletromagnéticas 404 e/ou ondas acústicas 426 se originam de e/ou na proximidade da broca de perfuração 402 na extremidade distal do furo de poço 424 e se propagam para fora. Por exemplo, ondas eletromagnéticas 404 e/ou ondas acústicas 426 podem se propagar através de uma ou mais das camadas subterrâneas 438, 436 e/ou 434. Embora a FIGURA 4 ilustre uma formação com três camadas, a região subterrânea pode incluir qualquer número de camadas e/ou formações adequadas para perfuração pulsada. Ondas eletromagnéticas 404 e/ou ondas acústicas 426 criadas em e/ou nas proximidades da broca de perfuração 402 podem se propagar da camada 438 para a superfície 432 através das camadas 434 e/ou 436. Embora as ondas eletromagnéticas 404 e as ondas acústicas 426 sejam ilustradas na FIGURA 4 como se propagando em certas direções, as ondas eletromagnéticas 404 e as ondas acústicas 426 podem se propagar em qualquer direção.

[0039] Os sensores 406, 410 e/ou 414 podem registrar respostas aos sinais recebidos, incluindo, mas não se limitando a, pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos ou ondas eletromagnéticas e/ou acústicas. Cada um dos sensores pode incluir uma antena. Por exemplo, os sensores 406 e 410 podem incluir antenas dipolo lineares e o sensor 414 pode incluir uma antena de laço. Antenas dipolo lineares podem ser usadas para registrar respostas a campos elétricos, incluindo campos elétricos que se propagam da broca de perfuração 402. Antenas dipolo lineares podem ser orientadas em várias direções para registrar respostas a campos elétricos com polarizações variadas, enquanto antenas de laço podem ser usadas para registrar respostas a campos magnéticos. Por exemplo, a antena dipolo linear no sensor 406 pode ser orientada paralelamente à propagação de ondas eletromagnéticas 404, enquanto a antena dipolo linear no sensor 410 pode ser orientada perpendicularmente à propagação de ondas eletromagnéticas 404. Embora três sensores eletromagnéticos sejam ilustrados, o sistema de medição 400 pode incluir qualquer número de sensores de qualquer tipo adequado para registrar respostas a um campo elétrico e/ou magnético. Os sensores podem ser orientados em qualquer direção adequada para registrar respostas a um campo elétrico e/ou magnético com qualquer polarização. Por exemplo, um sensor pode incluir uma antena coaxial ou em espiral inclinada para registrar respostas a dados eletromagnéticos. Como outro exemplo, o sensor pode ser um magnetômetro para registrar respostas ao campo magnético. Como um exemplo adicional, o sensor pode ser um sensor elétrico, como um sensor com uma antena monopolo, antena dipolo ou par de eletrodos que estão espaçados. O sensor pode ser girado em torno da linha central de uma composição de fundo de poço (BHA) de um furo de poço, como o furo de poço 424, para fornecer informações sobre a formação em várias posições azimutais. O sistema de medição 400 pode usar mais de um sensor simultaneamente para fornecer diversidade de polarização com antenas orientadas em diferentes direções.

[0040] Os sensores 406, 410 e/ou 414 podem converter as respostas registradas em medições e enviar as medições para o sistema de análise de sensor 422. As medições podem ser representações digitais das respostas registradas. O sensor 406 pode ser acoplado comunicativamente via interface 408 ao sistema de análise de sensor 422, o sensor 410 pode ser acoplado comunicativamente via interface 412 ao sistema de análise de sensor 422 e o sensor 414 pode ser acoplado comunicativamente via interface 416 ao sistema de análise de sensor 422. Cada sensor pode fornecer dados de medição diferencial ou de extremidade única para o sistema de análise de sensor 422 por meio de uma interface. Por exemplo, o sensor 406 é ilustrado com a interface 408 tendo duas subinterfaces para transmitir dados de medição diferencial para o sistema de análise de sensor 422.

[0041] O sistema de análise de sensor 422 pode receber medições de um ou mais dos sensores 406, 410 e 414 e armazenar as medições em função do índice de pulso e tempo ou frequência. O índice de pulso pode começar em um e ser incrementado cada vez que um novo pulso for gerado na broca de perfuração 402 durante uma operação de perfuração pulsada. As medições podem ser representadas no domínio do tempo ou no domínio da frequência. No domínio do tempo, os sensores 406, 410 e 414 podem medir ondas eletromagnéticas determinando uma tensão ou corrente e podem medir ondas acústicas determinando uma pressão ou deslocamento. No domínio da frequência, um sensor pode medir a amplitude e a fase registrando respostas para o sinal recebido, como um sinal monocromático de estado estacionário, ou realizando uma transformada de Fourier do sinal, como um sinal de banda larga.

[0042] As ondas acústicas 426 se originam na ou perto da broca de perfuração 402 e se propagam furo acima ao longo do furo de poço 424 para a superfície 432 durante uma operação de perfuração pulsada. O sensor 418 pode estar localizado próximo à superfície 432 e pode registrar respostas para a onda acústica para fornecer medições ao sistema de análise de sensor 422 via interface 420 de modo que o sistema de análise de sensor 422 possa calcular o tempo de quando o arco elétrico é formado. Cada onda acústica pode viajar furo acima para a superfície ao longo do revestimento do furo de poço 424 e coluna de perfuração 440 a uma velocidade conhecida. Por exemplo, a onda acústica viaja a uma velocidade de aproximadamente 5.000 m/s se o revestimento e a coluna de perfuração 440 forem formados de aço. Outros materiais adequados para perfuração pulsada com velocidades de propagação acústica conhecidas podem ser usados para o revestimento e coluna de perfuração 440. Por exemplo, a velocidade de propagação acústica está entre 50 e 2.000 m/s para borracha, na ordem de 5.000 m/s para titânio e na ordem de 4.000 m/s para ferro. O tempo da formação do arco elétrico pode ser determinado com base na velocidade de propagação conhecida do material usado para formar o revestimento e a coluna de perfuração 440 e a distância entre a superfície 432 e a broca de perfuração 402. A distância entre a broca de perfuração 402 e a superfície 432 pode ser determinada por informações de profundidade e posição geradas por técnicas de levantamento de fundo de poço conhecidas para perfuração vertical, perfuração direcional, perfuração multilateral e/ou perfuração horizontal.

[0043] Embora a FIGURA 4 ilustre um sensor acústico na superfície, qualquer número de sensores acústicos adequados para medir, mapear e/ou criar imagens de características subterrâneas podem ser posicionados em um ou mais locais na superfície ou em outro lugar. Por exemplo, um arranjo de sensores acústicos pode ser usado dentro do furo de poço. Os sensores acústicos no arranjo podem ser posicionados em diferentes locais dentro do furo de poço e podem ser orientados em diferentes direções para registrar as respostas às ondas acústicas propagadas. O arranjo pode fornecer informações sobre a formação circundante em várias profundidades suficientes para o sistema de análise de sensor 422 formar uma imagem tridimensional das características subterrâneas circundantes.

[0044] O equipamento mostrado na FIGURA 4 pode ser um equipamento ou ferramentas terrestres ou não terrestres que incorporam os ensinamentos da presente divulgação. Por exemplo, alguns ou todos os equipamentos podem estar localizados em plataformas offshore, navios de perfuração, semissubmersíveis ou barcaças de perfuração (não mostrados expressamente). Adicionalmente, embora o furo de poço seja mostrado como sendo um furo de poço geralmente vertical, o furo de poço pode ter qualquer orientação incluindo geralmente horizontal, multilateral ou direcional.

[0045] O sistema de análise de sensor 422 pode processar medições recebidas dos sensores 406, 410, 414 e/ou 418 para determinar um ou mais valores para a constante dielétrica próxima à broca de perfuração 402. Os valores para a constante dielétrica podem ser usados para determinar a quantidade relativa de água e hidrocarboneto na formação, a porosidade cheia de água e/ou salinidade da água na formação e/ou um fluido de perfuração diferente para perfuração por energia pulsada.

[0046] A FIGURA 5 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de análise de sensor exemplificativo associado a um sistema de perfuração por energia pulsada. O sistema de análise de sensor 500 pode estar posicionado na superfície para uso com o sistema de perfuração por energia pulsada 100, conforme ilustrado na FIGURA 1, ou em qualquer outro local adequado. O sistema de análise de sensor 500 pode estar configurado para determinar um ou mais valores para a constante dielétrica próxima à broca, incluindo, mas não se limitando à constante dielétrica do fluido de perfuração e/ou a constante dielétrica de uma porção da formação próxima à broca de perfuração, uma mudança dielétrica, uma direção média de arcos elétricos e/ou uma distribuição dielétrica próxima à broca de perfuração.

[0047] Na modalidade ilustrada, o sistema de análise de sensor 500 pode incluir uma unidade de processamento 510 acoplada a uma ou mais interfaces de entrada/saída 520 e armazenamento de dados 518 ao longo de uma interconexão 516. A interconexão 516 pode ser implementada usando qualquer mecanismo ou protocolo de interconexão de sistema de computação adequado. A unidade de processamento 510 pode estar configurada para determinar um ou mais valores para a constante dielétrica com base, pelo menos em parte, nas entradas recebidas pelas interfaces de entrada/saída 520, algumas das quais podem incluir medições que representam as respostas registradas por vários sensores dentro de um furo de poço, como tensões, correntes, razões de tensões para corrente ou campos magnéticos detectados por um ou mais sensores. Por exemplo, a unidade de processamento 510 pode estar configurada para realizar uma ou mais inversões para determinar um ou mais valores para a constante dielétrica próxima à broca de perfuração de energia pulsada com base em medições dentro de um furo de poço de perfuração por energia pulsada.

[0048] A unidade de processamento 510 pode incluir processador 512 que é qualquer sistema, dispositivo ou aparelho configurado para interpretar e/ou executar instruções de programa e/ou processar dados associados ao sistema de análise de sensor 500. O processador 512 pode ser, sem limitações, um microprocessador, microcontrolador, processador de sinal digital (DSP), circuito integrado específico de aplicação (ASIC) ou qualquer outro circuito digital ou analógico configurado para interpretar e/ou executar instruções de programa e/ou dados de processo. Em algumas modalidades, o processador 512 pode interpretar e/ou executar instruções de programa e/ou processar dados armazenados em uma ou mais mídias legíveis por computador 514 incluídas na unidade de processamento 510 para executar qualquer um dos métodos descritos neste documento.

[0049] A mídia legível por computador 514 pode ser acoplada comunicativamente ao processador 512 e pode incluir qualquer sistema, dispositivo ou aparelho configurado para reter instruções de programa e/ou dados por um período de tempo (por exemplo, mídia legível por computador). A mídia legível por computador 514 pode incluir memória de acesso aleatório (RAM), memória somente leitura (ROM), memória de estado sólido, memória somente leitura programável apagável eletricamente (EEPROM), memória baseada em disco, um cartão PCMCIA, memória flash, magnética armazenamento, armazenamento optomagnético ou qualquer seleção adequada e/ou arranjo de memória volátil ou não volátil que retém dados após a energia para a unidade de processamento 510 ser desligada. De acordo com algumas modalidades da presente divulgação, a mídia legível por computador 514 pode incluir instruções para determinar uma ou mais características de uma formação, como a formação 118 na FIGURA 1, ou a constante dielétrica em torno da broca de perfuração de energia pulsada com base em sinais recebidos de vários sensores por interfaces de entrada/saída 520.

[0050] Conforme descrito anteriormente, as interfaces de entrada/saída 520 podem ser acopladas a uma fibra óptica através da qual pode enviar e receber sinais. Os sinais recebidos pelas interfaces de entrada/saída 520 podem incluir medições que representam respostas registradas por vários sensores na superfície ou no fundo do poço durante uma operação de perfuração pulsada. Por exemplo, os sinais recebidos pelas interfaces de entrada/saída 520 podem incluir medições que representam respostas registradas por sensores elétricos ou eletromagnéticos. Essas medições podem incluir, sem limitação, medições de tensão, corrente, intensidade do campo elétrico ou intensidade do campo magnético.

[0051] O armazenamento de dados 518 pode fornecer e/ou armazenar dados e instruções usados pelo processador 512 para executar qualquer um dos métodos descritos neste documento para coletar e analisar dados de sensores elétricos ou eletromagnéticos. Em particular, o armazenamento de dados 518 pode armazenar dados que podem ser carregados em mídia legível por computador 514 durante a operação do sistema de análise de sensor 500. O armazenamento de dados 518 pode ser implementado de qualquer maneira adequada, como por funções, instruções, lógica ou código, e pode ser armazenado, por exemplo, em um banco de dados relacional, arquivo, interface de programação de aplicativo, biblioteca, biblioteca compartilhada, registro, dados estrutura, serviço, software como serviço ou qualquer outro mecanismo adequado. O armazenamento de dados 518 pode armazenar e/ou especificar quaisquer parâmetros adequados que podem ser usados para realizar os métodos descritos. Por exemplo, o armazenamento de dados 518 pode fornecer informações usadas para direcionar os componentes do sistema de análise de sensor 500 para analisar as medições que representam as respostas registradas por vários sensores elétricos ou eletromagnéticos durante uma operação de perfuração pulsada para determinar uma ou mais características de uma formação, tal como a formação 118 como mostrado na FIGURA 1, ou um ou mais valores para a constante dielétrica próxima à broca de perfuração de energia pulsada. As informações armazenadas no armazenamento de dados 518 também podem incluir um ou mais modelos gerados ou acessados pela unidade de processamento 510. Por exemplo, o armazenamento de dados 518 pode armazenar um modelo estatístico para uma fonte de arco elétrico ou um modelo usado em um processo de inversão, conforme descrito em relação à FIGURA 6.

[0052] Os elementos mostrados na FIGURA 5 são apenas exemplificativos e o sistema de análise de sensor 500 pode incluir menos elementos ou elementos adicionais em outras modalidades. Modificações, adições ou omissões podem ser feitas no sistema de análise de sensor 500 sem se afastar do escopo da presente divulgação. Por exemplo, o sistema de análise de sensor 500 ilustra uma configuração particular de componentes, mas qualquer configuração adequada de componentes pode ser usada. Os componentes do sistema de análise de sensor 500 podem ser implementados como componentes físicos ou lógicos. Além disso, em algumas modalidades, a funcionalidade associada aos componentes do sistema de análise de sensor 500 pode ser implementada com circuitos ou componentes especiais e/ou de uso geral. Os componentes do sistema de análise de sensor 500 também podem ser implementados por instruções de programa de computador.

[0053] A FIGURA 6 é um diagrama de fluxo que ilustra um processo de inversão exemplificativo. Neste exemplo, as entradas para o processo de inversão 600 incluem entradas de geração de modelo 602, sinais estimados 606 e sinais recebidos 604. As entradas de geração de modelo 602 podem incluir estimativas iniciais de um ou mais valores para a constante dielétrica entre um ou mais eletrodos. Por exemplo, a estimativa inicial pode ser a constante dielétrica efetiva (εr, eff) como mostrado na equação (5) para a descrição da FIGURA 10. Além disso, as entradas de geração de modelo 602 podem incluir estimativas iniciais de um valor para a constante dielétrica em um azimute arbitrário, conforme descrito para a FIGURA 10. As entradas de geração de modelo 602 podem ser usadas para determinar uma resposta de modelo, como mostrado em 630, incluindo vários parâmetros de modelo e sinais estimados 606. Por exemplo, a resposta do modelo pode incluir propriedades elétricas e/ou magnéticas associadas a um modelo de um capacitor, tal como um capacitor de placa paralela ou um capacitor cilíndrico, um modelo da constante dielétrica para a formação e/ou fluido de perfuração, e/ou um modelo da geometria da broca de perfuração. Os sinais estimados 606 podem incluir estimativas iniciais de um ou mais valores para a constante dielétrica. Os sinais estimados 606 podem ser estimados em relação ao azimute. Os sinais recebidos 604 incluem qualquer combinação de medições não modificadas que representam respostas registradas por vários sensores elétricos ou eletromagnéticos e/ou medições derivadas de informações brutas registradas pelos sensores, por exemplo, sinais que foram normalizados ou de outra forma modificados como descrito neste documento. Os sinais recebidos podem incluir uma ou mais medições, como uma tensão, uma corrente, razão de uma tensão para uma corrente, ou um campo magnético, das ondas eletromagnéticas ou do fluxo elétrico da carga criado durante uma operação de perfuração por energia pulsada. A medição pode representar um valor no domínio do tempo ou da frequência. No domínio da frequência, por exemplo, os valores absolutos dos sinais recebidos 604 podem ser usados em frequências discretas. Como outro exemplo, as razões de sinais recebidos 604 em diferentes frequências podem ser usadas na inversão. A razão de sinais recebidos 604 pode reduzir ou filtrar qualquer fator indesejável em sinais recebidos 604, como o efeito ou amplitude de poço e/ou flutuações de fase na excitação do pulso elétrico ou arco elétrico. A inversão pode considerar a razão dos sinais recebidos 604 em diferentes frequências como um sinal recebido em uma frequência.

[0054] Como mostrado em 610, os sinais recebidos 604 podem ser comparados com os sinais estimados 606 para determinar se há uma incompatibilidade entre os sinais recebidos 604 e os sinais estimados 606. Se em 620 houver uma incompatibilidade entre os sinais, em vez de uma convergência, os parâmetros do modelo podem ser atualizados, como mostrado em 625, e uma resposta do modelo atualizado pode ser determinada, como mostrado em 630. Quando e se houver convergência entre os sinais recebidos 604 e os sinais estimados 606, os resultados do processo de inversão podem ser emitidos, como mostrado em 640. Por exemplo, se uma correspondência for encontrada entre uma resposta de modelo para as propriedades elétricas e/ou magnéticas associadas a um modelo de um capacitor e os sinais recebidos 604, o valor resultante para a constante dielétrica representando a constante dielétrica real entre um ou mais pares de eletrodos da broca de perfuração de energia pulsada podem ser produzidos.

[0055] A FIGURA 7 é um diagrama de blocos que ilustra um modelo exemplificativo para uma fonte de arcos elétricos. O modelo pode ser usado em uma inversão, conforme descrito em relação à FIGURA 6. Nos sistemas de perfuração por energia pulsada descritos neste documento, os arcos elétricos não têm simetria rotacional em torno de uma linha central da composição de fundo de poço (BHA) e arcos elétricos individuais podem ocorrer em locais azimutais aleatórios entre os eletrodos de uma broca de perfuração. Um modelo de fonte toroidal pode ser usado para estimar estatisticamente a excitação dos arcos elétricos. Mais especificamente, o modelo de fonte toroidal pode ser usado para gerar um sinal médio de tempo que é o mesmo que as medições que representam as respostas registradas pelos sensores elétricos ou eletromagnéticos. Os sensores de recepção podem registrar respostas aos sinais recebidos incluindo, mas não se limitando a, pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos ou ondas eletromagnéticas produzidas pelos arcos elétricos. Os sensores ou arranjos de recepção de tais sensores podem realizar uma média estatística registrando respostas aos sinais recebidos ao longo de um determinado período de tempo. Por exemplo, centenas de pulsos de excitação podem ser calculados em média no sensor de recepção. Uma média móvel pode ser realizada em tempo real, uma vez que registrar todos os sinais e fazer a média deles no pós-processamento pode ter custo ou espaço proibitivo no ambiente da BHA.

[0056] Uma excitação equivalente dos arcos elétricos que gera o mesmo sinal que um sinal médio de tempo gerado nos sensores de recepção, modelados como um modelo de fonte de pulso toroidal 700, é ilustrada na FIGURA 7. Na modalidade de exemplo ilustrada na FIGURA 7, assume-se que arcos elétricos individuais podem se formar em locais aleatórios na broca de perfuração por energia pulsada. Por exemplo, arcos elétricos podem se formar entre os eletrodos 208 e 210, como ilustrado na FIGURA 2A, ou entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250, como ilustrado na FIGURA 2B. Muitos de tais arcos podem ocorrer consecutivamente no tempo, com uma frequência e intensidade determinadas pelo esquema de pulso usado para a operação de perfuração. A formação circundante e os sensores de recepção podem se comportar linearmente com a excitação de arco elétrico e as localizações dos arcos e suas flutuações de amplitude aleatória podem ser médias no tempo nos sensores de recepção para chegar ao modelo de fonte de pulso toroidal equivalente 700.

[0057] O modelo 700, que pode ser referido como um modelo de fonte determinística equivalente, inclui a fonte de tensão 720 e um ou mais eletrodos como mostrado nas FIGURAS 2A e 2B. A fonte de tensão pode fornecer carga 750 na extremidade dos eletrodos 715, 740a e 740b por meio de pulsos elétricos de alta energia. Neste modelo de fonte determinística equivalente, correntes pulsadas de amplitude constante 735 fluem furo abaixo uniformemente sobre o eletrodo central 715, passam através da formação e/ou fluido de perfuração 745 ao longo de uma superfície semitoroidal representada pelas correntes 725a e 725b e fluem furo acima uniformemente ao longo da parede externa da broca de perfuração em 710a e 710b como correntes 730a e 730b. Os dois caminhos opostos do fluxo de corrente são indicados por laços tracejados 740a e 740b mostrados na região anular entre o eletrodo central 715 e a parede externa representada por 710a e 710b. Neste modelo de fonte determinística equivalente, tanto a BHA quanto os caminhos atuais têm simetria rotacional em torno do eixo da BHA. A fonte toroidal pode se comportar como um dipolo elétrico orientado paralelamente à BHA.

[0058] A FIGURA 8A é uma vista elevada de componentes exemplificativos de um sistema de perfuração incluindo um sensor associado à composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração. O sistema de perfuração 800 pode incluir broca de perfuração por energia pulsada 806, composição de fundo de poço (BHA) 804 e coluna de perfuração 810. A broca de perfuração 806 pode receber energia por meio de cabo 812 para fornecer pulsos elétricos de alta energia para os eletrodos (não expressamente mostrados) da broca de perfuração 806. Os pulsos elétricos de alta energia criam arcos elétricos através da formação 808 em torno do furo de poço 802. Os arcos elétricos fraturam a rocha na formação 808, que é carregada pelo fluido de perfuração 814. Além de causar a fratura da rocha, os arcos elétricos geram ondas eletromagnéticas que podem ser medidas pelo sensor 816. O sensor 816 pode ser acoplado comunicativamente a um sistema de análise de sensor, como o sistema de análise de sensor 150 na FIGURA 1, o sistema de análise de sensor 422 na FIGURA 4 ou o sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5. A energia pode ser fornecida ao sensor 816, por exemplo, pelo cabo 812. Como outro exemplo, o sensor 816 pode ser alimentado por uma bateria (não mostrada expressamente). Como outro exemplo, o sensor 816 pode receber energia por um laser (não expressamente mostrado) através de uma fibra óptica implantada no fundo do poço, como a fibra óptica 160 na FIGURA 1. Uma unidade de conversão, como uma célula fotovoltaica, dentro da composição de fundo de poço 804 pode converter a luz do laser em energia elétrica para alimentar o sensor 816.

[0059] O sensor 816 pode incluir uma antena que é inclinada conforme mostrado ou que é orientada coaxialmente. O sensor 816 pode receber um sinal que representa a onda eletromagnética criada durante uma operação de perfuração pulsada e registrar respostas em uma orientação particular. A antena do sensor 816 pode ser girada ao longo da linha central da BHA 804 para que o sensor 816 registre respostas em diferentes orientações. Por exemplo, a antena no sensor 816 pode ser girada para diferentes posições azimutais de aproximadamente 0, 90, 180 e 270 graus. Qualquer número de respostas em diferentes posições azimutais pode ser registrado para gerar informações bidimensionais sobre a formação circundante, incluindo, mas não se limitando a, direção média de arcos dielétricos. A antena do sensor 816 pode ser girada de qualquer maneira adequada para fazer medições. Por exemplo, se o sensor 816 incluir uma bobina inclinada, a bobina inclinada pode ser girada girando a BHA 804 usando a coluna de perfuração 810. Embora a rotação da BHA 804 possa aumentar a interferência com as respostas registradas de ondas eletromagnéticas de baixa frequência, como ondas eletromagnéticas com uma frequência de aproximadamente 100 Hz e abaixo, a bobina inclinada exemplificativa pode ser azimutalmente sensível a ondas eletromagnéticas com uma frequência acima de aproximadamente 100 Hz. Como outro exemplo, um motor localizado próximo à antena do sensor 816 pode girar a antena a uma taxa independente da taxa na qual a BHA 804 pode ou não girar durante uma operação de perfuração por energia pulsada. O sensor 816 pode registrar respostas às ondas eletromagnéticas e enviar medições para um sistema de análise de sensor para determinar informações sobre a formação circundante, como a constante dielétrica da formação, resistividade da formação, permeabilidade magnética da formação, anisotropia de resistividade da formação, posições de camada, densidade da formação, velocidade de compressão da formação, velocidade de cisalhamento da formação ou os limites do leito ao redor e à frente da broca de perfuração 806.

[0060] A FIGURA 8B é uma vista em elevação de componentes exemplificativos de um sistema de perfuração incluindo múltiplos sensores associados a uma composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração. O sistema de perfuração 820 pode incluir broca de perfuração por energia pulsada 806, composição de fundo de poço (BHA) 804 e coluna de perfuração 810. Semelhante ao sistema de perfuração 800 na FIGURA 8A, os pulsos elétricos de alta energia podem ser fornecidos aos eletrodos (não expressamente mostrados) da broca de perfuração 806 para criar arcos elétricos através da formação 808 em torno do furo de poço (não expressamente mostrado). Os arcos elétricos fraturam a rocha na formação e geram ondas eletromagnéticas e/ou acústicas que podem ser medidas pelo conjunto de sensor 822. O conjunto de sensor 822 pode estar acoplado comunicativamente a um sistema de análise de sensor, como o sistema de análise de sensor 422 na FIGURA 4. Por exemplo, os sensores 816a, 816b e 816c podem ser alojados dentro de um ou mais conjuntos de sensores. Cada sensor pode incluir uma antena, como uma bobina inclinada, como mostrado. As antenas dentro do conjunto de sensor 822 podem ser do mesmo tipo ou de tipos diferentes. As antenas dos sensores 816a, 816b e 816c podem ser orientadas com diferentes direções azimutais para permitir a sensibilidade azimutal às ondas eletromagnéticas emitidas durante a operação de perfuração por energia pulsada. As respostas podem ser registradas por cada um dos sensores, que podem converter as respostas em medições que são enviadas para um sistema de análise de sensor. As medições que representam essas respostas podem ser subsequentemente usadas pelo sistema de análise de sensor para determinar uma direção de excitação em termos de um ângulo de azimute. Por exemplo, as medições podem ser organizadas em uma série de compartimentos que corresponde à direção azimutal recebida dos arcos elétricos, como mostrado na FIGURA 9B.

[0061] A FIGURA 8C é uma vista em elevação de componentes exemplificativos de um sistema de perfuração incluindo múltiplos magnetômetros associados à composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração. O sistema de perfuração 830 pode incluir uma broca de perfuração por energia pulsada (não mostrada expressamente), uma composição de fundo de poço (BHA) 804 e coluna de perfuração 812. Semelhante ao sistema de perfuração 800 na FIGURA 8A, os pulsos elétricos de alta energia podem ser fornecidos aos eletrodos da broca de perfuração para criar arcos elétricos através da formação 808 em torno do furo de poço (não expressamente mostrado). Os arcos elétricos fraturam a rocha na formação e geram ondas eletromagnéticas e/ou acústicas que podem ser medidas por magnetômetros 832. O conjunto de sensor 822 pode abrigar magnetômetros 832, conforme mostrado. Os magnetômetros 832 podem ser de qualquer tipo adequado que mede um campo magnético. Por exemplo, os magnetômetros podem ser magnetômetros de saturação e/ou magnetômetros rotativos que podem medir um campo magnético de baixa frequência, tal como o campo magnético correspondente às ondas eletromagnéticas criadas pela broca de perfuração por energia pulsada durante uma operação de perfuração por energia pulsada. Os magnetômetros 832 podem ser colocados individualmente em diferentes posições em torno do perímetro do conjunto de sensor 822 ou composição de fundo de poço (BHA) 804. Por exemplo, os magnetômetros 816a, 816b e 816c podem ser colocados em diferentes locais azimutais para medir o campo magnético em diferentes direções para fornecer informações bidimensionais sobre a formação circundante com base na propagação de ondas eletromagnéticas da broca de perfuração por energia pulsada. Como outro exemplo, magnetômetros 832 podem ser magnetômetros x-y que são usados para determinar a direção azimutal de arcos elétricos gerados na broca de perfuração de energia pulsada. Se magnetômetros 832 forem colocados próximos à extremidade distal da composição de fundo de poço (BHA) 804 perto da broca de perfuração, os magnetômetros 832 poderão ser amostrados para obter a direção azimutal de cada arco elétrico. Os magnetômetros 832 podem ser colocalizados com um ou mais acelerômetros (não expressamente mostrados) para compensar a direção do furo de poço em relação a uma referência gravitacional, como o norte magnético do campo magnético da Terra.

[0062] A FIGURA 9A ilustra uma vista de baixo para cima de componentes exemplificativos de uma broca de perfuração por energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado. A broca de perfuração 900 pode incluir um ou mais eletrodos centrais, como o eletrodo central 922, e um ou mais eletrodos externos, como uma pluralidade de eletrodos dispostos próximos à parede externa 904. Por exemplo, os eletrodos da broca de perfuração 900 podem ter uma configuração como mostrado nas FIGURAS 2A e 2B. Arcos elétricos 906 podem se formar durante as operações de perfuração por energia pulsada entre o eletrodo central 922 e os eletrodos próximos à parede externa 904.

[0063] Os arcos elétricos 906 podem ser detectados pelos sensores 908 que são azimutalmente distribuídos ao longo da parede externa 904. As respostas podem ser registradas por cada um dos sensores 908. Os sensores 908 podem ser magnetômetros, botões, medidores de corrente ou qualquer sensor adequado para detectar, medir e/ou registrar respostas correspondentes a arcos elétricos 906. As medições que representam essas respostas podem ser usadas para determinar uma direção de excitação em termos de um ângulo de azimute, como o ângulo azimutal 910. Por exemplo, as medições que representam respostas gravadas brutas e/ou medições modificadas podem ser entradas para um processo de inversão, conforme descrito em relação à FIGURA 6.

[0064] A FIGURA 9B é um gráfico que ilustra caixas para medições de múltiplos sensores azimutalmente distribuídos em torno de uma linha central da composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração por energia pulsada. As respostas dos sensores de azimute, como os sensores 908 na FIGURA 9A, podem ser organizadas em uma série de compartimentos que correspondem à localização azimutal ou ângulo (Φsrc) dos arcos elétricos. Por exemplo, cada um dos sensores de azimute pode ser colocado em diferentes locais azimutais. Cada sensor pode fornecer uma ou mais medições correspondentes a um arco elétrico para um sistema de análise de sensor, tal como o sistema de análise de sensor 422 na FIGURA 4 ou o sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5. Por exemplo, o sistema de análise de sensor pode comparar as medições entre os sensores para determinar a medição com a amplitude mais alta. A direção azimutal para um arco elétrico pode ser determinada com base na localização azimutal do sensor com a medição de amplitude mais alta. Como outro exemplo, a direção azimutal para um arco elétrico pode ser determinada com base em uma direção azimutal média. O sistema de análise de sensor pode calcular a média das medições entre sensores adjacentes e, em seguida, comparar as medições entre os valores médios para determinar as medições com a amplitude média mais alta. A direção azimutal para um arco elétrico pode ser determinada com base na localização azimutal média entre dois sensores adjacentes com a medição de amplitude média mais alta. As medições pelos sensores também podem ser avaliadas ao longo de muitos arcos elétricos durante as operações de perfuração por energia pulsada. O sistema de análise de sensor pode determinar a direção azimutal para um arco elétrico e incrementar a contagem de um contador correspondente à direção azimutal. Em muitos arcos elétricos, os contadores correspondentes a diferentes direções azimutais podem ser incrementados.

[0065] No gráfico mostrado na FIGURA 9B, o eixo horizontal representa a localização azimutal (Φsrc) e o eixo vertical representa o número de arcos elétricos agrupados em uma localização azimutal particular. Cada linha no gráfico representa um contador correspondente a uma direção azimutal. Por exemplo, a linha 946 representa um contador correspondendo a uma direção azimutal de 30 graus e a linha 944 representa um contador correspondendo a uma direção azimutal de 270 graus. Embora as linhas sejam mostradas representando contadores correspondentes às direções azimutais com 60 graus de distância (por exemplo, 30 graus, 90 graus, 150 graus, etc.), qualquer número de contadores pode ser usado.

[0066] Embora o gráfico mostre compartimentos que correspondem à localização azimutal dos arcos elétricos (Φsrc), o sistema de análise de sensor pode fazer determinações em relação às operações de perfuração por energia pulsada com base em compartimentos que correspondem à localização azimutal das respostas recebidas (Φrcv) conforme determinado a partir de medições por um ou mais sensores localizados furo acima da broca d perfuração, como os sensores 816a, 816b e 816c que são mostrados orientados com diferentes direções azimutais na FIGURA 8B ou sensor 816 como mostrado na FIGURA 8A. Embora o gráfico mostre medições organizadas em uma série de compartimentos, as medições dos sensores podem ser organizadas em um arranjo bidimensional de compartimentos, em que uma dimensão corresponde à direção azimutal dos arcos elétricos (Φsrc) medidos pelos sensores de azimute e outra dimensão corresponde à direção azimutal das respostas recebidas (Φrcv) conforme determinado a partir de medições por um ou mais sensores.

[0067] Como mostrado na FIGURA 9B, o sistema de análise de sensor pode organizar medições em uma série de compartimentos, em que cada compartimento corresponde a uma direção azimutal e contém um contador que representa o número de arcos elétricos formados na direção azimutal do compartimento. O sistema de análise de sensor pode fazer determinações em relação a uma operação de perfuração pulsada com base na direção azimutal associada ao contador com o maior número de contagens. As respostas registradas por sensores distribuídos azimutalmente podem ser usadas na estimativa dos valores dos parâmetros de formação em torno da broca de perfuração. Esses parâmetros de formação podem representar propriedades elétricas e/ou acústicas da formação. Por exemplo, os parâmetros elétricos que podem ser estimados com base nas respostas registradas por sensores distribuídos azimutalmente incluem condutividade elétrica o, permeabilidade ε e resistividade elétrica, que é inversa da condutividade elétrica. Os parâmetros acústicos que podem ser estimados com base nas respostas registradas pelos sensores distribuídos azimutalmente Vs incluem densidade D, velocidade de cisalhamento , velocidade comprimida Vc e módulo de Young.

[0068] O sistema de análise de sensor também pode estar configurado para estimar um parâmetro de interesse ao longo da direção azimutal em um ângulo azimutal Φ particular. Variações no valor do parâmetro de interesse em diferentes ângulos azimutais Φ podem indicar diferenças nas características de uma formação em diferentes direções em relação à broca de perfuração, que pode ser usada para direcionar ou modificar uma operação de perfuração pulsada. Por exemplo, o sistema de análise de sensor pode estar configurado para determinar uma estratégia de perfuração ou direção de perfuração mais eficiente com base nas diferenças na constante dielétrica da formação em diferentes direções em relação à broca de perfuração.

[0069] A FIGURA 10 é um gráfico que ilustra um pulso elétrico de alta energia e resposta de corrente entre os eletrodos de uma broca de perfuração por energia pulsada associada a um sistema de mapeamento dielétrico. Um sistema de perfuração por energia pulsada pode gerar pulsos elétricos de alta energia que fazem com que arcos elétricos se formem através dos eletrodos em uma broca de perfuração de energia pulsada. Por exemplo, o pulso 1002 pode representar um de uma pluralidade de pulsos elétricos de alta energia recebidos na broca de perfuração de um circuito de geração de pulso. O gráfico 1000 mostra a forma de onda de tensão 1002 em que a tensão (V(t)) em função do tempo e a forma de onda de corrente 1004 em que a corrente (I(t)) em função do tempo. Na forma de onda de tensão 1002, a tensão é mostrada no eixo vertical e o tempo é mostrado no eixo horizontal. A tensão pode começar em baixa tensão 1006 no tempo zero e aumentar para a alta tensão 1008 com o tempo 1022. O período de tempo para aumentar de baixa tensão 1006 para alta tensão 1008 pode ser referido como período de aumento 1010 (T). A alta tensão 1008 pode permanecer do tempo 1022 até o tempo 1114, ponto em que a tensão pode cair de volta para a baixa tensão 1006. Embora o pulso elétrico de alta energia 1002 possa ser modelado como uma forma de onda quadrada, como mostrado na FIGURA 10, o pulso pode incluir uma pluralidade de pulsos com um período de aumento maior, o que pode reduzir a probabilidade de ruptura dielétrica durante o período de aumento de tensão.

[0070] Carga elétrica pode se formar nos eletrodos de uma broca de perfuração de energia pulsada com base em pulsos elétricos recebidos pelo circuito de geração de pulso. Por exemplo, a carga elétrica 750 na FIGURA 7 pode se acumular na extremidade dos eletrodos 715, 710a e 710b. Os eletrodos podem ser modelados como um capacitor, como um capacitor de placa paralela ou um capacitor cilíndrico. Os eletrodos da broca de perfuração de energia pulsada podem ser separados por um ou mais materiais dielétricos, como a formação próxima à broca de perfuração e/ou fluido de perfuração. O acúmulo de carga nos eletrodos pode ser modelado pela forma de onda atual 1004. Na forma de onda atual 1004, a corrente é mostrada no eixo vertical e o tempo é mostrado no eixo horizontal. O corrente de acúmulo 1018 que representa o acúmulo de carga (IC) pode ser modelado como um impulso que atinge o pico no tempo 1012, que pode corresponder à mediana do período de aumento de 1010. O corrente de acúmulo 1018 pode ser um fluxo transitório de carga que viaja através dos eletrodos para depositar cargas negativas em um eletrodo (como o eletrodo 715) e cargas positivas em outro eletrodo (como o eletrodo 710a ou 710b). A forma de onda atual 1004 também ilustra o fluxo de carga quando um arco elétrico se forma através dos eletrodos. Em um ponto indeterminado no tempo (td), como o tempo 1016, o material dielétrico pode quebrar. A quebra pode ocorrer tipicamente durante o pulso elétrico de alta energia. Por exemplo, o dielétrico pode quebrar no tempo 1016, quando a tensão está no valor máximo 1008. O fluxo de carga correspondente ao arco elétrico, que pode ser referido como corrente de faísca (IS) 1020, pode começar no tempo 1016. Ao contrário do corrente de acúmulo 1018, a corrente de faísca 1020 pode ser proporcional à tensão de excitação, como alta tensão 1008. A corrente de faísca 1020 pode aumentar para um valor alto proporcional à tensão de excitação e continuar a fluir no valor alto até que o pulso elétrico de alta energia diminua no tempo 1014.

[0071] A quantidade de carga (QC) depositada em um dos eletrodos pelo fluxo da corrente de acúmulo 1018 pode ser determinada pela seguinte equação:

[0072] Na equação (1), T1 é o tempo no qual o impulso de corrente atinge um valor de pico (no tempo 1012), T é o período de aceleração 1010 e IC(T) é a corrente de acúmulo 1018. A quantidade de carga (QC) pode ser determinada pela integração numérica da corrente de acúmulo 1018 ao longo do período de aumento 1010. Para uma dada alta tensão 1008, a quantidade de carga depositada em um dos eletrodos pode ser proporcional à capacitância de um par de eletrodos. Consequentemente, a capacitância de um par de eletrodos é dada pela seguinte equação:

[0073] Na equação (2), QC é a quantidade de carga em um eletrodo como, por exemplo, determinado pela equação (1), e Vmax é a alta tensão 1008. A capacitância de um par de eletrodos também pode ser determinada pela seguinte equação:

[0074] Na equação (3), IC(t) é a corrente de acúmulo 1018 e DV(t) /DT é a diferenciação numérica de V (t), a função de pulso. No domínio da frequência, a capacitância pode ser definida para incluir o conteúdo de frequência de banda larga da tensão de aumento pela seguinte transformada de Fourier:

[0075] Usando as equações (3) ou (4), a capacitância pode ser determinada mesmo se a ruptura dielétrica ocorrer antes do aumento da tensão até que a alta tensão 1008 seja concluída. A capacitância pode ser calculada por um sistema de análise de sensor, como o sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5. O valor da constante dielétrica do material próximo à broca de perfuração de energia pulsada pode ser determinado com base na capacitância de um par de eletrodos da seguinte forma:

[0076] Na equação (5), ε0 é a permissividade dielétrica de espaço livre, A é a área de superfície de um dos eletrodos e D é a distância de separação entre o par de eletrodos. O material dielétrico pode incluir a formação e/ou o fluido de perfuração próximo à broca de perfuração.

[0077] A constante dielétrica efetiva, εr, eff, pode ser usada em uma inversão, tal como o processo de inversão 600 descrito na FIGURA 6, como um valor inicial estimando a constante dielétrica. A broca de perfuração de energia pulsada pode incluir vários pares de eletrodos dispostos em diferentes direções azimutais para fornecer sensibilidade azimutal para um ou mais valores para a constante dielétrica. A inversão pode incluir um modelo da geometria da broca de perfuração e do material dielétrico, como a formação e/ou fluido de perfuração próximo à broca de perfuração. Se o acoplamento entre diferentes pares de eletrodos for baixo o suficiente, a inversão pode ser realizada em pares individuais de eletrodos para resolver o valor da constante dielétrica para cada par de eletrodos de cada vez. Alternativamente, a inversão pode operar como uma inversão conjunta para resolver um ou mais valores das constantes dielétricas para todos os pares de eletrodos em paralelo. A inversão pode começar com um sinal recebido e um sinal estimado. O sinal recebido pode ser a quantidade de carga para o par de eletrodos ((QC)n) ou a constante dielétrica efetiva (εr,eff) do material dielétrico. O sinal estimado pode ser uma resposta do modelo que estima a carga ou o valor da constante dielétrica. A inversão pode determinar o valor da constante dielétrica (εr) entre os eletrodos no par de eletrodos. Se uma inversão conjunta for realizada em todos os pares de eletrodos, os sinais recebidos podem ser um conjunto de sinais para a carga ou valor para a constante dielétrica de uma pluralidade de pares de eletrodos e os sinais estimados podem ser um conjunto de sinais para a carga estimada ou valores das constantes dielétricas. A inversão conjunta pode determinar a distribuição azimutal da constante dielétrica ((εr)n) em torno da broca de perfuração de energia pulsada.

[0078] A distribuição dielétrica ((εr)n) em torno da broca de perfuração de energia pulsada pode ser apresentada ou usada como um perfil bidimensional para pós-processamento. O pós-processamento pode acoplar a distribuição dielétrica com outros métodos de interpretação, como métodos geomecânicos ou de ressonância magnética nuclear (NMR). Por exemplo, a quantidade relativa de água e hidrocarboneto na zona de descarga pode ser determinada pela saturação de água na zona de descarga (SX0), que pode ser baseada na distribuição dielétrica. Como outro exemplo, a distribuição dielétrica pode ser usada para determinar a porosidade cheia de água e/ou salinidade da água usando uma equação do Modelo de Índice de Refração Complexo (CRIM) e/ou um modelo de salinidade da água. Por exemplo, a equação CRIM pode fornecer a relação entre a porosidade cheia de água e a distribuição dielétrica com base na constante dielétrica e a porosidade total. A equação de CRIM pode ser usada com um modelo de solvatação baseado na densidade (SMD) para determinar a salinidade da água com base na temperatura e pressão. Além de acoplar a distribuição dielétrica com outros métodos de interpretação, o pós-processamento pode melhorar o desempenho de perfuração usando a distribuição dielétrica. Por exemplo, o sistema de análise de sensor pode determinar se o valor real da constante dielétrica ou a distribuição dielétrica indica que o valor da constante dielétrica para a formação e/ou fluido de perfuração próximo à broca de perfuração é menor do que o esperado em comparação ao valor real a um valor esperado. Se o valor real for menor do que o valor esperado, um operador do sistema de perfuração por energia pulsada pode selecionar um fluido de perfuração com um valor inferior para sua constante dielétrica do que o valor real para melhorar o desempenho das operações de perfuração por energia pulsada. O operador pode selecionar um fluido de perfuração com base nas informações do sistema de análise de sensor. Por exemplo, o sistema de análise de sensor pode fornecer uma indicação de que um fluido de perfuração com um valor inferior para a constante dielétrica deve ser usado para uma operação de perfuração pulsada. Como outro exemplo, o sistema de análise de sensor pode fornecer uma recomendação ao operador especificando o fluido de perfuração que deve ser usado para uma operação de perfuração pulsada. Embora um valor dielétrico ou distribuição inferior seja descrito para o fluido de perfuração selecionado, o desempenho de perfuração por energia pulsada também pode ser melhorado operando com um fluido de perfuração tendo um valor mais alto para sua constante dielétrica do que o valor real.

[0079] Mudanças relativas no valor da constante dielétrica podem ser usadas se os valores absolutos da constante dielétrica em torno da broca de perfuração de energia pulsada não forem necessários para o pós- processamento. A direção azimutal média na qual a corrente de faísca flui pode ser determinada usando um ou mais sensores de magnetômetro x-y, ou qualquer um dos sensores azimutais descritos nas Figuras 8A, 8C ou 9A. Os sensores podem ser colocalizados com um ou mais acelerômetros para acomodar a direção do furo de poço em relação a uma referência gravitacional, como o norte magnético do campo magnético da Terra.

[0080] Quando a corrente (IS) flui entre um par de eletrodos, a direção do campo magnético criado pela corrente pode ser medida pelos sensores. Ao compensar os efeitos do campo de terra dos magnetômetros, a direção média da corrente pode ser determinada por amostragem dos sensores. O azimute do valor mais baixo da constante dielétrica pode ser monitorado em tempo real durante uma operação de perfuração pulsada se a taxa de amostragem for suficiente para capturar fluxos de corrente individuais associados a arcos elétricos. Com base nos valores monitorados da constante dielétrica, a direção das operações de perfuração por energia pulsada pode ser ajustada. Por exemplo, um valor maior para a constante dielétrica em uma direção azimutal particular pode indicar que a rocha nessa direção contém mais óleo do que uma rocha aquosa com um valor mais baixo para sua constante dielétrica. O sistema de perfuração por energia pulsada pode ser automatizado para ajustar a direção de perfuração com base no valor da constante dielétrica em uma ou mais direções azimutais.

[0081] A FIGURA 11 é um diagrama de fluxo que ilustra um método exemplificativo para determinar as características dielétricas usando respostas de sensor capturadas durante uma operação de perfuração pulsada. O método 1100 pode começar e, em 1102, um pulso elétrico pode ser aplicado a um ou mais pares de eletrodos. Um circuito de geração de pulso pode gerar pulsos elétricos de alta energia, de modo que arcos elétricos sejam formados entre os pares de eletrodos. Os pulsos elétricos de alta energia podem fazer com que uma corrente de acúmulo deposite carga positiva e/ou negativa em um ou mais eletrodos em um par (como cargas 750 mostradas na FIGURA 7). Um arco elétrico pode se formar entre um par de eletrodos. Embora o arco tipicamente se forme durante a aplicação dos pulsos elétricos de alta energia, o arco pode se formar a qualquer momento. O fluxo de carga correspondente ao arco elétrico pode ser referido como uma corrente de faísca. Por exemplo, o arco elétrico pode se formar entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 na FIGURA 2A, que coletivamente podem formar um primeiro par de eletrodos e/ou entre o eletrodo 212 e o anel de aterramento 250 na FIGURA 2B, que coletivamente podem formar um segundo par de eletrodos. Os arcos elétricos são mostrados pelas correntes 725a e 725b na FIGURA 7.

[0082] Em 1104, uma ou mais respostas associadas aos pares de eletrodos podem ser registradas por um ou mais sensores. Cada resposta pode ser associada a um par de eletrodos. O sensor pode converter a resposta em uma medição, que pode ser uma tensão, corrente ou razão de tensão para corrente. Por exemplo, um arco elétrico pode se formar entre um par de eletrodos através de uma porção da formação e/ou fluido de perfuração próximo à broca de perfuração. O sensor pode registrar respostas à corrente de acúmulo que deposita a carga de um ou mais eletrodos em um par. As respostas ou medições que representam as respostas podem ser medidas no domínio do tempo ou domínio da frequência, conforme descrito nas FIGURAS 4 e 11. Por exemplo, se registrado no domínio da frequência, o sensor pode medir a amplitude e a fase da corrente de acúmulo para um ou mais eletrodos. Os sensores podem incluir um ou mais sensores na broca de perfuração de energia pulsada 806, um sensor 816 como mostrado na FIGURA 8A, ou uma pluralidade de sensores no conjunto de sensor 822 como mostrado na FIGURA 8B. Os sensores podem incluir multímetros, sensores de corrente ou qualquer sensor adequado para medir a tensão, corrente ou razão de tensão para corrente. Os sensores podem ser alimentados por cabo de alimentação 812 na FIGURA 8A, uma bateria ou um cabo de fibra óptica carregado, conforme descrito na FIGURA 8A.

[0083] Em 1106, uma ou mais medições que representam as respostas registradas por um ou mais sensores em 1104 podem ser obtidas por um sistema de análise de sensor. Por exemplo, o sistema de análise de sensor 422 na FIGURA 4 ou o sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5 podem obter ou receber as medições.

[0084] Em 1108, pode ser determinado se um arco elétrico ocorreu antes do pulso elétrico atingir a alta tensão. O pulso elétrico pode começar em uma baixa tensão e aumentar para uma alta tensão que pode ser mantida por um período de tempo antes que a tensão diminua novamente para a baixa tensão. Por exemplo, a FIGURA 10 mostra a baixa tensão 1006, um período de aumento 1010 durante o qual a tensão aumenta até a alta tensão 1008 e uma diminuição de volta para a baixa tensão 1006. O período de aumento 1010 é concluído no tempo 1022. O sistema de análise de sensor pode comparar o tempo do pulso elétrico com o tempo no qual o arco elétrico atinge uma alta tensão. Por exemplo, a FIGURA 10 mostra o tempo do arco elétrico no tempo 1016 e o tempo no qual o arco elétrico atinge a alta tensão 1008 no tempo 1022. O sistema de análise de sensor pode medir a corrente durante o período entre o tempo 1012 e o tempo 1014 na FIGURA 10 e examinar a forma de onda da corrente medida pode determinar se dois picos distintos ocorreram antes do tempo 1022. Os dois picos distintos podem corresponder à corrente de acúmulo 1018 e à corrente de faísca 1022 na FIGURA 10. Como outro exemplo, o sistema de análise de sensor pode medir a impedância de entrada na broca de perfuração para determinar se um arco elétrico ocorreu com base em uma baixa impedância de entrada. O tempo de baixa impedância de entrada pode ser comparado ao tempo em que o pulso elétrico atingiu a alta tensão.

[0085] Em 1110, se o arco ocorreu antes de o aumento do pulso elétrico de alta energia para a alta tensão ter sido concluído, o método 1100 pode prosseguir para 1112. Caso contrário, o método 1100 pode prosseguir para 1114.

[0086] Em 1112, uma quantidade de carga depositada em um ou mais eletrodos na broca de perfuração pode ser determinada com base em uma ou mais medições obtidas em 1106. Durante a aplicação do pulso elétrico de alta energia, a carga pode se acumular em um ou mais eletrodos em um par, como as cargas positiva e negativa 750 mostradas na FIGURA 7. Um sensor pode registrar as respostas correspondentes à corrente de acúmulo associada ao período de acúmulo do pulso elétrico de alta energia. Conforme descrito pela equação (1), por exemplo, a quantidade de carga é determinada realizando uma integração numérica da corrente de acúmulo ao longo do período de aumento de pulso elétrico de alta energia. A quantidade de carga pode ser usada para determinar a capacitância em um eletrodo na broca de perfuração de energia pulsada que, por sua vez, pode ser usada para determinar o valor da constante dielétrica para a formação e/ou fluido de perfuração próximo à broca de perfuração de energia pulsada. A quantidade de carga pode representar a carga em um eletrodo em um par de eletrodos. Embora a quantidade de carga seja descrita para um eletrodo, a quantidade de carga pode ser determinada para qualquer eletrodo incluindo, mas não se limitando a, quantidade de carga em um eletrodo em outro par de eletrodos na broca de perfuração de energia pulsada.

[0087] Em 1114, uma derivada de tempo do pulso elétrico de alta energia pode ser determinada conforme descrito nas equações (3) ou (4). A determinação pode ser realizada dentro de um sensor ou sistema de análise de sensor. Se V (t) for a função de pulso elétrico de alta energia no domínio do tempo, a derivada do tempo pode ser tomada para determinar a capacitância nos eletrodos da broca de perfuração de energia pulsada. Se uma transformada de Fourier for aplicada à resposta ou medição registrada, representa o equivalente a DV(t)/DT no domínio da frequência. As equações (3) ou (4) podem ser usadas mesmo se a ruptura dielétrica associada ao arco elétrico ocorrer antes que o aumento do pulso elétrico de alta energia para a alta tensão tenha sido concluído. A derivada de tempo pode então ser usada para determinar a capacitância na broca de perfuração de energia pulsada.

[0088] Em 1116, um ou mais valores para a constante dielétrica podem ser determinados com base nas medições. A determinação pode ser realizada por um ou mais sensores e/ou o sistema de análise de sensor. O valor da constante dielétrica pode ser baseado na capacitância de um eletrodo na broca de perfuração, conforme descrito na equação (5). A capacitância pode ser calculada usando a quantidade de carga em um eletrodo em um par de eletrodos conforme determinado em 1112 ou a derivada de tempo conforme determinado em 1114. A capacitância também pode ser calculada usando o valor de permissividade dielétrica de espaço livre, a área de superfície de um dos eletrodos e/ou a distância de separação entre o primeiro par de eletrodos. Os valores para a constante dielétrica podem ser uma constante dielétrica eficaz.

[0089] Em 1118, uma ou mais inversões podem ser realizadas por um sistema de análise de sensor, tal como sistema de análise de sensor 422 na FIGURA 4 ou sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5. A inversão (tal como o processo de inversão 600 na FIGURA 6) pode ser baseada no valor determinado da constante dielétrica e um valor conhecido da constante dielétrica associada com a formação e/ou fluido de perfuração. Por exemplo, o valor determinado pode ser inserido como sinais recebidos 604 e o valor conhecido pode ser inserido como sinais estimados 606 na FIGURA 6. A inversão pode gerar um ou mais valores resultantes para a constante dielétrica, em que cada valor pode representar o valor real da constante dielétrica associada à formação e/ou fluido de perfuração. Embora uma inversão de um par de eletrodos seja descrita, a inversão pode ser realizada em qualquer número de pares individuais de eletrodos na broca de perfuração de energia pulsada. A inversão pode ser realizada em cada par de eletrodos individualmente se o acoplamento entre os pares de eletrodos for suficientemente baixo. Alternativamente, uma inversão conjunta pode ser realizada usando valores para a constante dielétrica. Um primeiro valor pode representar a constante dielétrica entre um primeiro par de eletrodos e o segundo valor pode representar a constante dielétrica entre um segundo par de eletrodos. A inversão conjunta usando o primeiro e o segundo valores como entradas (como os sinais recebidos 604 na FIGURA 6) pode gerar uma distribuição dielétrica em torno da broca de perfuração, conforme descrito na FIGURA 10.

[0090] Em 1120, um ou mais valores de mudança de uma constante dielétrica podem ser determinados com base no valor resultante e um valor anterior da constante dielétrica. A determinação pode ser realizada por um sensor (como o sensor 816 nas FIGURAS 9A-C) ou um sistema de análise de sensor (como o sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5). Por exemplo, o valor resultante da constante dielétrica pode representar a constante dielétrica entre um par de eletrodos conforme determinado em 1118 e o valor anterior pode ser o valor da constante dielétrica entre o mesmo par de eletrodos em um ponto anterior no tempo durante operação de perfuração pulsada. O valor anterior da constante dielétrica pode ser baseado em medições anteriores obtidas por um sistema de análise de sensor de um ou mais sensores que registraram respostas anteriores associadas ao par de eletrodos. Por exemplo, os sensores podem ser correntes de acúmulo registradas associadas a pulsos elétricos de alta energia anteriores. Um valor de mudança dielétrica pode ser usado para determinar uma direção para uma operação de perfuração pulsada em 1122 se os valores resultantes da constante dielétrica próximos à broca de perfuração não forem necessários para o pós-processamento.

[0091] Em 1122, uma direção para uma operação de perfuração pulsada pode ser determinada. Por exemplo, a broca de perfuração pode ser orientada em uma direção particular. A determinação pode ser realizada por um sensor ou sistema de análise de sensor (tal como sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5). A direção pode ser baseada em um ou mais valores da constante dielétrica conforme determinado em 1116, um ou mais valores resultantes da constante dielétrica ou uma distribuição dielétrica conforme determinado em 1118, ou um ou mais valores de mudança da constante dielétrica conforme determinado em 1120. O pós-processamento, que pode ser realizado no sistema de análise de sensor, pode acoplar um ou mais valores da constante dielétrica com outros métodos de interpretação, tais como métodos geomecânicos ou NMR. O pós-processamento pode determinar a direção com base em uma série de considerações. Por exemplo, a direção pode ser baseada na quantidade relativa de água e hidrocarboneto na zona de descarga. Como outro exemplo, a direção pode ser baseada na porosidade cheia de água e/ou salinidade da água. A direção determinada em 1122 pode ser usada para orientar a broca de perfuração de energia pulsada para melhorar o desempenho de perfuração por energia pulsada ajustando o fluido de perfuração usado para alinhar com um ou mais valores determinados em 1116 a 1120. Subsequentemente, o método 1100 pode terminar.

[0092] Modificações, adições ou omissões podem ser feitas ao método 1100 sem se afastar do escopo da divulgação. Por exemplo, a ordem das etapas pode ser realizada de maneira diferente da descrita e algumas etapas podem ser realizadas ao mesmo tempo. Além disso, cada etapa individual pode incluir etapas adicionais sem fugir do escopo da presente divulgação. Por exemplo, a capacitância pode ser calculada com base na quantidade de carga (1112) ou na derivada do tempo do pulso elétrico de alta energia (1114). Uma das duas abordagens pode ser usada sem a necessidade da abordagem alternativa. O método 1100 também pode se repetir. Por exemplo, cada pulso elétrico ou arco elétrico pode seguir o método 1100. O método 1100 pode ser realizado para uma pluralidade de pulsos elétricos ou arcos elétricos.

[0093] A FIGURA 12 é um diagrama de fluxo que ilustra um método exemplificativo para determinar uma direção média de arcos elétricos usando respostas de sensor capturadas durante uma operação de perfuração pulsada. O método 1200 pode começar e, em 1202, um ou mais sensores podem registrar uma ou mais respostas associadas a um campo magnético gerado por um arco elétrico durante uma operação de perfuração pulsada. Por exemplo, um magnetômetro x-y pode registrar uma resposta do campo magnético, como a magnitude e a direção azimutal do campo.

[0094] Em 1206, uma ou mais medições que representam as respostas registradas em 1202 podem ser obtidas por um sistema de análise de sensor. Por exemplo, o sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5 pode obter ou receber as medições. O sensor ou sistema de análise de sensor (como o sistema 500 na FIGURA 5) pode converter as respostas brutas em uma medição. Por exemplo, a medição pode ser uma representação digital da resposta. Como outro exemplo, a medição pode ser um valor médio de tempo de uma pluralidade de respostas.

[0095] Em 1215, uma direção média associada ao campo magnético gerado pelos arcos elétricos pode ser determinada com base nas medições. A direção azimutal pode ser monitorada em tempo real durante uma operação de perfuração pulsada se a taxa na qual o magnetômetro ou o sistema de análise de sensor registra as respostas for suficiente para capturar o fluxo de carga associado a arcos elétricos individuais. A direção azimutal pode indicar a direção em que o valor da constante dielétrica é o mais baixo, porque os arcos elétricos normalmente se formam entre eletrodos com a constante dielétrica mais baixa.

[0096] Além disso, a medição do magnetômetro x-y pode ser usada para determinar a direção média da corrente associada aos arcos elétricos. Por exemplo, magnetômetros 832 na FIGURA 8C podem ser magnetômetros x-y. Os magnetômetros x-y, ou o sistema de análise de sensor ao qual eles podem ser acoplados comunicativamente, podem ser colocalizados com um ou mais acelerômetros para acomodar a direção do furo de poço em relação a uma referência gravitacional. As medições pelos magnetômetros x-y podem ser compensadas para levar em conta os efeitos do campo de terra.

[0097] Em 1222, uma direção para uma operação de perfuração pulsada pode ser determinada. Por exemplo, a broca de perfuração pode ser orientada em uma direção particular. A determinação pode ser realizada por um sensor ou sistema de análise de sensor (tal como sistema de análise de sensor 500 na FIGURA 5). A direção pode ser baseada em um ou mais valores descritos em 1122 na FIGURA 11 e na direção média dos arcos elétricos. O pós-processamento pode ser realizado conforme descrito na FIGURA 11. Subsequentemente, o método 1200 pode terminar.

[0098] Modificações, adições ou omissões podem ser feitas ao método 1200 sem se afastar do escopo da divulgação. Por exemplo, a ordem das etapas pode ser realizada de maneira diferente da descrita e algumas etapas podem ser realizadas ao mesmo tempo. Além disso, cada etapa individual pode incluir etapas adicionais sem fugir do escopo da presente divulgação.

[0099] As modalidades neste documento podem incluir: A. Um sistema de perfuração de fundo de poço incluindo um circuito de geração de pulso, uma broca de perfuração incluindo um primeiro par de eletrodos eletricamente acoplado ao circuito de geração de pulso para receber um primeiro pulso elétrico do circuito de geração de pulso e formar um primeiro arco elétrico entre o primeiro par de eletrodos durante uma operação de perfuração pulsada; um sensor para registrar respostas para o primeiro pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada; e um sistema de análise de sensor acoplado comunicativamente ao sensor, o sistema de análise de sensor configurado para obter uma primeira medição do sensor, a primeira medição representando as respostas registradas pelo sensor durante a operação de perfuração pulsada e determinar um primeiro valor da constante dielétrica associada com uma porção de uma formação próxima à broca de perfuração, o primeiro valor é baseado na primeira medição. B. Um método incluindo formar, por uma broca de perfuração, um primeiro arco elétrico entre um primeiro par de eletrodos aplicando um primeiro pulso elétrico ao primeiro par de eletrodos durante uma operação de perfuração pulsada; registrar respostas para o primeiro pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada; obter uma primeira medição que representa as respostas registradas; e determinar um primeiro valor da constante dielétrica associada a uma porção de uma formação na proximidade da broca de perfuração, o primeiro valor com base na primeira medição. C. Um sistema de análise de sensor incluindo um processador de computador e uma mídia legível por computador para armazenar instruções, as instruções quando lidas e executadas pelo processador de computador fazem com que o processador: receba uma primeira medição de um sensor, a primeira medição representando as respostas registradas por o sensor, as respostas ao primeiro pulso elétrico aplicado a um primeiro par de eletrodos em uma broca de perfuração durante a operação de perfuração pulsada; e determine um primeiro valor da constante dielétrica associada a uma porção de uma formação na proximidade da broca de perfuração, o primeiro valor com base na primeira medição.

[00100] Cada uma das modalidades A, B e C pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: Elemento 1: em que o sistema de análise de sensor está configurado ainda para determinar uma quantidade de carga depositada no primeiro par de eletrodos com base na primeira medição, o primeiro valor da constante dielétrica ainda com base na quantidade de carga depositada em pelo menos um eletrodo no primeiro par de eletrodos; Elemento 2: em que o sistema de análise de sensor está configurado ainda para determinar uma derivada de tempo associada ao primeiro pulso elétrico, o primeiro valor da constante dielétrica ainda com base na derivada de tempo; Elemento 3: em que o primeiro valor da constante dielétrica é ainda baseado em uma distância entre o primeiro par de eletrodos; Elemento 4: em que o sistema de análise de sensor está configurado ainda para realizar uma inversão no primeiro valor da constante dielétrica para gerar um valor resultante da constante dielétrica com base em um valor conhecido da constante dielétrica para a formação; Elemento 5: em que o sistema de análise de sensor está configurado ainda para determinar um valor de mudança da constante dielétrica com base no primeiro valor da constante dielétrica e um segundo valor da constante dielétrica, o segundo valor com base em uma medição anterior associada a um pulso que ocorreu antes do primeiro pulso elétrico e determinar uma direção para a broca de perfuração durante a operação de perfuração pulsada com base no valor de mudança; Elemento 6: compreendendo ainda um segundo sensor para registrar as respostas a um segundo pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada, em que o primeiro par de eletrodos está associado a um primeiro local azimutal, a broca de perfuração inclui ainda um segundo par de eletrodos eletricamente acoplado ao circuito de geração de pulso para receber o segundo pulso elétrico do circuito de geração de pulso e formar um segundo arco elétrico entre o segundo par de eletrodos durante a operação de perfuração pulsada, o segundo par de eletrodos está associado a um segundo local azimutal e o sensor sistema de análise é ainda configurado para obter uma segunda medição do segundo sensor, a segunda medição representando as respostas registradas pelo segundo sensor durante a operação de perfuração pulsada, determinar um segundo valor da constante dielétrica associada com a porção da formação próxima à broca de perfuração, o segundo valor com base na segunda medição e realizar uma inversão no primeiro valor da constante dielétrica e no segundo valor da constante dielétrica para gerar uma distribuição dielétrica em torno da broca de perfuração; Elemento 7: em que o sistema de análise de sensor está configurado ainda para obter uma medição associada a um campo magnético de um magnetômetro, a medição representando uma resposta para o campo magnético, o campo magnético gerado pelo primeiro arco elétrico formado entre o primeiro par de eletrodos durante a operação de perfuração pulsada e determinar uma direção média associada ao primeiro arco elétrico com base na medição que representa a resposta para o campo magnético; Elemento 8: em que a primeira medição inclui uma amplitude e fase de uma corrente associada ao primeiro pulso elétrico; Elemento 9: em que a primeira medição é selecionada a partir de um grupo que consiste em correntes, tensões, razões de tensão e corrente e suas combinações; e Elemento 10: em que o sistema de análise de sensor está configurado ainda para determinar se o primeiro valor da constante dielétrica for menor do que um valor conhecido da constante dielétrica e fornece uma indicação para usar um fluido de perfuração para a operação de perfuração pulsada com base em uma determinação de que o primeiro valor é menor que o valor conhecido, uma constante dielétrica do fluido de perfuração é menor que o primeiro valor da constante dielétrica.

[00101] Embora a presente divulgação tenha sido descrita com várias modalidades, várias mudanças e modificações podem ser sugeridas aos versados na técnica. Pretende-se que a presente divulgação englobe tais mudanças e modificações que caem dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Sistema de perfuração de fundo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: um circuito de geração de pulso; uma broca de perfuração incluindo um primeiro par de eletrodos (208, 210) eletricamente acoplado ao circuito de geração de pulso para receber um primeiro pulso elétrico do circuito de geração de pulso e formar um primeiro arco elétrico entre o primeiro par de eletrodos (208, 210) durante uma operação de perfuração pulsada; um sensor (406, 410, 414, 418) para registrar as respostas para o primeiro pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada; e um sistema de análise de sensor (422) acoplado comunicativamente ao sensor (406, 410, 414, 418), o sistema de análise de sensor (422) configurado para: gerar uma estimativa de uma constante dielétrica; obter uma primeira medição do sensor (422), a primeira medição representando as respostas registradas pelo sensor (406, 410, 414, 418) durante a operação de perfuração pulsada; determinar um valor medido da constante dielétrica com base na primeira medição; determinar que a estimativa da constante dielétrica e o valor medido da constante dielétrica convergem; e emitir um primeiro valor de uma constante dielétrica associada a uma porção de uma formação (118) em proximidade à broca de perfuração com base, pelo menos em parte, na convergência.

2. Sistema de perfuração de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o sistema de análise de sensor (422) é configurado ainda para determinar uma quantidade de carga depositada no primeiro par de eletrodos (208, 210) com base na primeira medição; o primeiro valor da constante dielétrica ainda com base em pelo menos um dentre: a quantidade de carga depositada em pelo menos um eletrodo no primeiro par de eletrodos (208, 210) e uma distância entre o primeiro par de eletrodos (208, 210); e opcionalmente a primeira medição: inclui uma amplitude e fase de uma corrente associada ao primeiro pulso elétrico; ou é selecionada a partir de um grupo que consiste em uma corrente, uma tensão, uma razão de tensão e corrente e suas combinações.

3. Sistema de perfuração de fundo de poço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de análise de sensor (422) é configurado ainda para realizar uma inversão no primeiro valor da constante dielétrica para gerar um valor resultante da constante dielétrica com base em um valor conhecido da constante dielétrica para a formação (118).

4. Sistema de perfuração de fundo de poço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de análise de sensor (422) é configurado ainda para: determinar um valor de mudança da constante dielétrica com base no primeiro valor da constante dielétrica e um segundo valor da constante dielétrica, o segundo valor com base em uma medição anterior associada a um pulso elétrico que ocorreu antes do primeiro pulso elétrico; e determinar uma direção para a broca de perfuração durante a operação de perfuração pulsada com base no valor de mudança.

5. Sistema de perfuração de fundo de poço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um segundo sensor para registrar respostas a um segundo pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada, em que: o primeiro par de eletrodos (208, 210) está associado a um primeiro local azimutal; a broca de perfuração inclui ainda um segundo par de eletrodos eletricamente acoplado ao circuito de geração de pulso para receber o segundo pulso elétrico do circuito de geração de pulso e formar um segundo arco elétrico entre o segundo par de eletrodos durante a operação de perfuração pulsada, o segundo par de eletrodos associados a um segundo local azimutal; e o sistema de análise de sensor (422) está acoplado comunicativamente ao segundo sensor, o sistema de análise de sensor (422) configurado para: obter uma segunda medição do segundo sensor, a segunda medição representando as respostas registradas pelo segundo sensor durante a operação de perfuração pulsada; determinar um segundo valor da constante dielétrica associada a outra porção da formação na proximidade da broca de perfuração, o segundo valor com base na segunda medição; e realizar uma inversão conjunta no primeiro valor da constante dielétrica e no segundo valor da constante dielétrica para gerar uma distribuição dielétrica em torno da broca de perfuração.

6. Sistema de perfuração de fundo de poço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de análise de sensor (422) é configurado ainda para: obter uma medição associada a um campo magnético de um magnetômetro, a medição representando uma resposta para o campo magnético, o campo magnético gerado pelo primeiro arco elétrico formado entre o primeiro par de eletrodos (208, 210) durante a operação de perfuração pulsada; e determinar uma direção média associada ao primeiro arco elétrico com base na medição que representa a resposta para o campo magnético.

7. Sistema de perfuração de fundo de poço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de análise de sensor (422) é configurado ainda para: determinar se o primeiro valor da constante dielétrica é menor do que um valor conhecido da constante dielétrica; e fornecer uma indicação para usar um fluido de perfuração para a operação de perfuração pulsada com base na determinação de que o primeiro valor é menor do que o valor conhecido, em que a constante dielétrica do fluido de perfuração é menor que o primeiro valor da constante dielétrica.

8. Método de perfuração de fundo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: formar, por uma broca de perfuração, um primeiro arco elétrico entre um primeiro par de eletrodos aplicando um primeiro pulso elétrico ao primeiro par de eletrodos durante uma operação de perfuração pulsada; registrar as respostas para o primeiro pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada; gerar uma estimativa de uma constante dielétrica; obter uma primeira medição que representa as respostas registradas; determinar um valor medido da constante dielétrica com base na primeira medição; determinar que a estimativa da constante dielétrica e o valor medido da constante dielétrica convergem; e determinar um primeiro valor de uma constante dielétrica associada a uma porção de uma formação em proximidade à broca de perfuração com base, pelo menos em parte, na convergência.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma quantidade de carga depositada no primeiro par de eletrodos (208, 210) com base na primeira medição, em que: o primeiro valor da constante dielétrica ainda com base em pelo menos um dentre: a quantidade de carga depositada em pelo menos um eletrodo no primeiro par de eletrodos (208, 210) e uma distância entre o primeiro par de eletrodos (208, 210); e opcionalmente a primeira medição: inclui uma amplitude e fase de uma corrente associada ao primeiro pulso elétrico; ou é selecionada a partir de um grupo que consiste em correntes, tensões, razões de tensão e corrente e suas combinações.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar uma derivada de tempo associada ao primeiro pulso elétrico, o primeiro valor da constante dielétrica ainda com base na derivada de tempo.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: realizar uma inversão no primeiro valor da constante dielétrica; e gerar um valor resultante da constante dielétrica com base em um valor conhecido da constante dielétrica para a formação (118).

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar um valor de mudança da constante dielétrica com base no primeiro valor da constante dielétrica e um segundo valor da constante dielétrica, o segundo valor com base em uma medição anterior associada a um pulso elétrico que ocorreu antes do primeiro pulso elétrico; e determinar uma direção para a broca de perfuração durante a operação de perfuração pulsada com base no valor de mudança.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: formar, pela broca de perfuração, um segundo arco elétrico entre um segundo par de eletrodos aplicando um segundo pulso elétrico ao segundo par de eletrodos durante a operação de perfuração pulsada; registrar as respostas para o segundo pulso elétrico durante a operação de perfuração pulsada; obter uma segunda medição que representa as respostas registradas para o segundo pulso elétrico; determinar um segundo valor da constante dielétrica associada a outra porção da formação na proximidade da broca de perfuração, o segundo valor com base na segunda medição; e realizar uma inversão conjunta no primeiro valor da constante dielétrica e no segundo valor da constante dielétrica para gerar uma distribuição dielétrica em torno da broca de perfuração.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: registrar respostas a um campo magnético, o campo magnético gerado pelo primeiro arco elétrico formado entre o primeiro par de eletrodos (208, 210) durante a operação de perfuração pulsada; obter uma medição que representa as respostas registradas para o campo magnético; e determinar uma direção média associada ao primeiro arco elétrico com base na medição que representa as respostas registradas para o campo magnético.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar se o primeiro valor da constante dielétrica é menor do que um valor conhecido da constante dielétrica; e fornecer uma indicação para usar um fluido de perfuração para a operação de perfuração pulsada com base na determinação de que o primeiro valor é menor do que o valor conhecido, o fluido de perfuração tendo a constante dielétrica que é menor que o primeiro valor.