BR112020022119B1

BR112020022119B1 - Sistema de perfuração de fundo de poço e método para determinar as características da formação com um sistema de perfuração de fundo de poço

Info

Publication number: BR112020022119B1
Application number: BR112020022119-8A
Authority: BR
Inventors: Burkay Donderici; Reza Khalaj Amineh; Ilker R. Capoglu
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2024-01-30
Also published as: US20210199005A1; BR112020022119A2; US11795817B2; AR115401A1; WO2019245545A1

Abstract

um sistema de perfuração de fundo de poço divulgado pode incluir uma broca de perfuração eletricamente acoplada a um circuito de geração de pulsos para gerar arcos elétricos entre o primeiro e o segundo eletrodos durante as operações de perfuração pulsada, um sensor para registrar respostas a ondas eletromagnéticas ou acústicas produzidas pelos arcos elétricos, e um sistema de análise de sensor. os arcos elétricos ocorrem em diferentes locais azimutais entre os eletrodos. o sistema de análise de sensor pode obter uma pluralidade de medições que representam as primeiras respostas registradas pelo sensor durante uma operação de perfuração pulsada, gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos com base nas medições, obter uma medição adicional que representa uma segunda resposta registrada pelo sensor durante a operação e determinar uma característica de uma formação perto da broca de perfuração usando uma inversão com base no modelo e na medição adicional. a característica determinada pode ser usada para determinar parâmetros de imersão ou construir imagens da formação.

Description

Campo da técnica

[001] A presente divulgação se refere geralmente a operações de perfuração pulsadas e, mais particularmente, a sistemas e métodos para determinar as características de formação usando modelagem de arco elétrico.

Fundamentos

[002] A perfuração de 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 de 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 2A é um vista em perspectiva de componentes exemplificativos de uma composição de fundo de poço para um sistema de perfuração de energia pulsada; A FIGURA 2B é um vista em perspectiva de componentes exemplificativos de uma composição de fundo para um sistema de perfuração de energia pulsada; A FIGURA 3 é um fluxograma ilustrando um método exemplificativo para realizar uma operação de perfuração pulsada; A FIGURA 4 é uma vista em elevação de um sistema de medição exemplificativo associado a um sistema de perfuração pulsado. A FIGURA 5 é um fluxograma que ilustra um método exemplificativo para determinar as características da formação usando modelagem de arco elétrico; 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 subsistema de detecção acústica distribuído exemplificativo; 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; 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; A FIGURA 9A é uma vista de baixo para cima de componentes exemplificativos de uma broca de perfuração de energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado. A FIGURA 9B é um gráfico que ilustra compartimentos para medições de múltiplos sensores azimutalmente distribuídos em torno de uma linha central da composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração de energia pulsada. A FIGURA 10 é um diagrama de blocos que ilustra um modelo exemplificativo para uma fonte de arcos elétricos; As FIGURAS 11A a 11C são imagens exemplificativas produzidas usando sensores de múltiplos componentes de um sistema de perfuração de energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado; A FIGURA 12 é uma vista em elevação de uma ferramenta de perfuração exemplificativa de um sistema de perfuração de energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado; e A FIGURA 13 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de análise de sensor exemplificativo associado a um sistema de perfuração de energia 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 de energia pulsada é excitada por um trem de pulsos elétricos de alta energia que produzem altas descargas de energia 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. 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 dentro das camadas da formação 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 de energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado pode implementar técnicas de perfilagem durante a perfuração que incluem modelagem estatística da fonte dos arcos elétricos (faíscas) gerados durante o processo de perfuração, uma análise das direções de excitação dos arcos elétricos para sensibilidade azimutal que produz uma representação referida como um armazenamento azimutal e/ou uma normalização dos dados registrados por vários sensores eletromagnéticos ou acústicos. A normalização pode ser realizada tomando proporções ou médias das respostas registradas pelos sensores. As medições da resistência dos arcos elétricos ao longo de vários ângulos azimutais podem ser inseridas em um processo de inversão para determinar as características de uma formação nas proximidades da broca de perfuração. Outras entradas para um processo de inversão podem incluir um modelo determinístico da fonte dos arcos elétricos ou dados que representam um armazenamento azimutal dos arcos elétricos. As medições que representam respostas registradas pelos sensores e/ou resultados de um processo de inversão cujas entradas incluem tais medições podem ser usadas para construir imagens da formação ou para determinar parâmetros de imersão em um limite entre duas camadas de formação.

[006] Existem inúmeras maneiras nas quais as características de formação, imagens de formação e/ou parâmetros de imersão podem ser determinados em um sistema de perfuração de energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado. Assim, as modalidades da presente divulgação e suas vantagens são mais bem compreendidas por referência às FIGURAS 1 a 13, em que números semelhantes são usados para indicar partes semelhantes e correspondentes.

[007] 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.

[008] 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 de 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.

[009] A broca de perfuração de 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 voltagem através do segundo capacitor aumenta, a voltagem através dos eletrodos da broca de perfuração aumenta.

[0010] 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 furo abaixo de um segundo componente pode estar localizado mais perto da broca de perfuração 114 e/ou do fundo 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 118 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 e/ou ondas acústicas e/ou 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.

[0011] 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. 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.

[0012] Embora a broca de perfuração de energia pulsada 114 seja descrita acima como implementando a perfuração de eletroesmagamento, a broca de energia pulsada 114 também pode ser usada para a perfuração eletro-hidráulica. Na 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 à extremidade de fundo do 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.

[0013] O subsistema de detecção acústica distribuída (DAS) 155 pode ser posicionado na superfície para uso com o sistema de perfuração de 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 de 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. Um subsistema DAS de exemplo é ilustrado na FIGURA 7 e descrito em mais detalhes abaixo.

[0014] O sistema de análise de sensor 150 pode estar posicionado na superfície para uso com o sistema de perfuração de 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 exemplo de sistema de análise de sensor está ilustrado na FIGURA 13 e descrito em mais detalhes a seguir.

[0015] 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. A fibra óptica 160 pode ser carregada 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.

[0016] A FIGURA 2A é um vista em perspectiva de componentes exemplificativos de uma composição de fundo de poço para um sistema de perfuração de 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.

[0017] 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.

[0018] 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 10,16 mm (0,4 polegada) e a uma distância máxima do anel de aterramento 250 de aproximadamente 101,6 mm (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 10,16 mm (0,4 polegada), pelo menos 25,4 mm (1 polegada), pelo menos 38,09 mm (1,5 polegada) ou pelo menos 50,8 mm (2 polegadas).

[0019] Com referência à FIGURA 1 e FIGURA 2A, o fluido de perfuração 122 é tipicamente circulado através do sistema de perfuração 100 a uma taxa de fluxo 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 210 na broca de perfuração 114. 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 de 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.

[0020] 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.

[0021] A FIGURA 2B é um vista em perspectiva de componentes exemplificativos de uma outra composição de fundo de poço para um sistema de perfuração de 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.

[0022] 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 10,16 mm (0,4 polegada) e a uma distância máxima do anel de aterramento 250 de aproximadamente 101,6 mm (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 10,16 mm (0,4 polegada), pelo menos 25,4 mm (1 polegada), pelo menos 38,09 mm (1,5 polegada) ou pelo menos 50,8 mm (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 51 mm e aproximadamente 254 mm (isto é, entre aproximadamente 2 e aproximadamente 10 polegadas). 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.

[0023] 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 de 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.

[0024] Como descrito anteriormente com referência às FIGURAS 1, 2A e 2B, quando o potencial elétrico através de eletrodos de uma broca de perfuração de 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.

[0025] Sistemas de perfuração de 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 de 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 de 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.

[0026] Os sistemas de perfuração de 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.

[0027] 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.

[0028] 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 voltagem (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.

[0029] 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 voltagem através do capacitor aumenta, a voltagem através do primeiro elétrodo e do segundo elétrodo aumenta. Conforme descrito anteriormente com referência às FIGURAS 1, 2A e 2B, quando a voltagem 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 voltagem acumulada através do capacitor.

[0030] Em 308, as medições associadas ao arco elétrico 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 uma 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 1300 ilustrado na FIGURA 13.

[0031] 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 de fundo de poço 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.

[0032] 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, tal como o sistema de análise de sensor 150 na FIGURA 1, pode usar as medições para determinar as características da formação usando modelagem de arco elétrico, construir imagens de uma formação e/ou determinar parâmetros de imersão em um limite entre duas camadas de formação. A análise pode incluir uma ou mais inversões, conforme descrito em relação à FIGURA 5 e FIGURA 6.

[0033] 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.

[0034] 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 de energia pulsada pode incluir broca de perfuração por energia pulsada 402 localizada na extremidade distal do furo de poço 424. Durante as operações de perfuração pulsada, ondas eletromagnéticas 404 e ondas acústicas 426 podem ser criadas por pulsos gerados na 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 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 e/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 ou ondas eletromagnéticas e/ou acústicas 404 criadas durante uma operação de perfuração pulsada. Os sensores podem enviar uma ou mais medições que representam as respostas registradas gravadas para o sistema de análise de sensor 422, que analisa os dados de medição. 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.

[0035] Durante operações 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.

[0036] 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) é gerada no domínio da frequência. As frequências discretas podem ser usadas para medir, mapear e/ou criar imagens de características subterrâneas.

[0037] 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, 434. Um limite que define a extensão de uma camada subterrânea individual e/ou que define uma transição entre duas camadas subterrâneas pode ser referido como um limite de leito. Embora a FIGURA 4 ilustre uma formação com três camadas, a formação subterrânea pode incluir qualquer número de camadas 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 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.

[0038] Os sensores 406, 410 e/ou 414 registram respostas aos sinais recebidos, incluindo, mas não se limitando a, pulsos elétricos de alta energia, arcos elétricos ou ondas eletromagnéticas e/ou acústicas. Os sensores 406, 410 e 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. Embora três sensores sejam ilustrados, o sistema de medição 400 pode incluir qualquer número de sensores de qualquer tipo adequado para detectar, receber e/ou medir um campo elétrico e/ou magnético. Os sensores podem incluir qualquer tipo de sensor que registra respostas de ondas eletromagnéticas e/ou acústicas, incluindo, mas não se limitando a, os sensores ilustrados nas FIGURAS 8A-8B, 9A e 12 e descritos abaixo.

[0039] 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.

[0040] 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 404, 410 e 414 podem medir ondas eletromagnéticas determinando uma voltagem 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.

[0041] 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 à 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 em que 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 operações de 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 6.000 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.

[0042] 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.

[0043] 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.

[0044] O sistema de análise de sensor 422 pode processar medições recebidas dos sensores 406, 410, 414 e/ou 418 para determinar as características da formação circundante e para gerar previsões sobre as camadas de formação do fundo do poço da broca de perfuração 402. Por exemplo, as técnicas de análise de sensor aqui descritas podem ser usadas para detectar e analisar características geológicas consideradas perigos de perfuração. A detecção de tais perigos facilita o uso de estratégias de perfuração ou direções de perfuração mais eficientes que podem, por sua vez, reduzir o custo do processo de perfuração enquanto aumenta a taxa de penetração (ROP). Os dados coletados por vários sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos ou arranjos de sensores podem ser usados para otimizar o processo de perfuração. Por exemplo, velocidade de perfuração, tipo de lama, configuração de BHA (por exemplo, posições do estabilizador) e/ou outros parâmetros operacionais podem ser modificados para otimizar um processo de perfuração com base nas características da formação que são determinadas usando os dados do sensor.

[0045] A FIGURA 5 é um fluxograma que ilustra um método exemplificativo 500 para determinar as características da formação usando modelagem de arco elétrico. O método 500 pode incluir, em 502, registrar, por um sensor, medições associadas a ondas eletromagnéticas e/ou acústicas produzidas por arcos elétricos gerados durante uma operação de perfuração pulsada. Por exemplo, uma operação de perfuração pulsada pode ser realizada em um furo de poço usando uma broca de perfuração acoplada a um circuito de geração de pulso para gerar arcos elétricos e usando um sensor para registrar respostas a ondas eletromagnéticas e/ou acústicas produzidas pelos arcos elétricos. A broca de perfuração pode incluir pelo menos dois eletrodos eletricamente acoplados ao circuito de geração de pulso para gerar arcos elétricos entre os eletrodos com base em sinais de perfuração de pulso produzidos pelo circuito de geração de pulso durante as operações de perfuração pulsada. Os arcos elétricos podem ocorrer em diferentes locais azimutais entre os eletrodos. Por exemplo, para um primeiro ciclo do circuito de geração de pulso, um arco elétrico pode ser gerado em um primeiro local azimutal, e para um segundo ciclo do circuito de geração de pulso, um arco elétrico pode ser gerado em um segundo local azimutal.

[0046] O sensor pode incluir pelo menos um dentre um sensor eletromagnético, um sensor acústico ou um sensor elétrico. O sensor pode incluir um sistema de detecção acústica distribuída (DAS), como o sistema DAS 700 ilustrado na FIGURA 7 e descrito em detalhes abaixo. As medições podem representar voltagens, correntes, medições de intensidade de campo elétrico, medições de intensidade de campo magnético ou qualquer combinação das mesmas. As medições podem ser fornecidas pelos sensores para um sistema de análise de sensor, onde podem ser analisadas ou armazenadas para processamento subsequente. O sensor pode ser um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos ao longo de uma direção azimutal em uma primeira posição axial dentro e/ou ao longo de um conjunto de fundo de poço, cada um dos quais registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas por os arcos elétricos. O sensor pode incluir, ou ser um de, uma pluralidade de antenas posicionadas em diferentes orientações azimutais dentro e/ou ao longo de uma composição de fundo, cada uma das quais registra respostas a ondas eletromagnéticas e/ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos. As medições podem representar respostas registradas pelo sensor no domínio do tempo e/ou no domínio da frequência. Em um exemplo, as medições podem representar respostas registradas pelo sensor com um período de aproximadamente 250 milissegundos (ms) ou menos. Em outro exemplo, as medições podem ser medições de domínio de frequência de valor complexo na faixa de frequência de aproximadamente 10 a aproximadamente 1000 Hertz (Hz).

[0047] O método 500 pode incluir, em 504, gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos com base em uma primeira pluralidade de medições registradas pelo sensor. Por exemplo, um sistema de análise de sensor pode ser configurado para estimar um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação com base nas respostas registradas pelo sensor. O sensor pode estar entre vários sensores dentro de um primeiro arranjo de sensores. Em um exemplo, a geração de um modelo de uma fonte dos arcos elétricos pode incluir gerar um modelo de fonte de pulso toroidal determinístico por dados de média de tempo que representam os locais e amplitudes dos arcos elétricos. Em outro exemplo, gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos pode incluir determinar, para cada uma da primeira pluralidade de medições, um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação e determinar um respectivo número de medições dentro da primeira pluralidade de medições para as quais determinado ângulo azimutal cai dentro de cada uma de uma pluralidade de faixas de ângulo azimutal, como ilustrado na FIGURA 9B e descrito abaixo. Neste exemplo, gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos pode incluir gerar um modelo de uma fonte eficaz dos arcos elétricos calculando uma média ponderada das medições dentro da primeira pluralidade de medições com base no respectivo número de medições dentro da primeira pluralidade de medições para as quais o ângulo azimutal determinado cai dentro de cada uma da pluralidade de faixas de ângulo azimutal.

[0048] O método 500 pode incluir, em 506, determinar uma característica da formação em proximidade à broca de perfuração, como em torno ou à frente da broca, usando uma inversão com base no modelo da fonte e em uma medição adicional registrada pelo sensor. A medição adicional pode representar uma medição de ondas eletromagnéticas e/ou acústicas produzidas pelo mesmo arco elétrico ou um arco elétrico diferente gerado durante a operação de perfuração pulsada. A medição adicional pode ser do mesmo tipo que a primeira pluralidade de medições. A determinação da característica da formação pode incluir estimar um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação ao ajustar uma medição que representa uma resposta a uma onda eletromagnética e/ou uma onda acústica produzida pelo arco elétrico registrado pelo sensor para o modelo. Uma vez que as respostas do sensor foram adquiridas, um modelo direto pode ser usado para inverter as respostas medidas para os parâmetros de formação. A determinação de uma característica da formação pode incluir o sistema de análise de sensor realizando uma inversão acústica com base nas ondas acústicas registradas, realizando uma inversão eletromagnética com base nas ondas eletromagnéticas registradas ou realizando uma inversão acústica e uma inversão eletromagnética, em série ou como uma inversão conjunta. A inversão pode usar medições não modificadas que representam respostas recebidas de vários sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos, medições que foram normalizadas ou de outra forma modificadas ou qualquer combinação de medições não modificadas e modificadas que representam respostas registradas pelos sensores. Um exemplo de processo de inversão é ilustrado na FIGURA 6 e descrito abaixo.

[0049] O método 500 pode incluir, em 508, gerar uma imagem da formação que mapeia a característica determinada, ou mais de uma dessas características, com respeito ao ângulo azimutal, profundidade e/ou entre si. Por exemplo, o método pode incluir determinar um valor respectivo de uma característica da formação em dois ângulos azimutais, determinar um valor respectivo de outra característica da formação nos dois ângulos azimutais e construir uma imagem representando os valores das características da formação em relação ao ângulo azimutal. A construção da imagem pode incluir, para cada um de uma pluralidade de ângulos azimutais diferentes dos dois ângulos azimutais nos quais a primeira e a segunda características foram determinadas, interpolar entre os valores da primeira característica da formação ou da segunda característica da formação nos dois ângulos azimutais ou extrapolar um valor das características da formação em um dos dois ângulos azimutais. Exemplos desses tipos de imagens são mostrados nas FIGURAS 11A a 11C.

[0050] O método 500 pode incluir, em 510, determinar um ou mais parâmetros de imersão entre duas camadas de formação com base, pelo menos em parte, em medições feitas pelo sensor. Por exemplo, conforme descrito em mais detalhes abaixo em referência à FIGURA 12, o sistema de análise de sensor pode ser configurado para determinar pelo menos um de um ângulo de inclinação em que a broca de perfuração cruza um limite entre duas camadas dentro da formação e um ângulo de ataque em que a broca de perfuração cruza um limite entre duas camadas dentro da formação.

[0051] Modificações, adições ou omissões podem ser feitos ao método 500 sem se distanciar do escopo da divulgação. Por exemplo, em algumas modalidades da presente divulgação, uma ou ambas as operações mostradas como etapas 508 e 510 podem ser omitidas, ou os resultados da inversão realizada na etapa 506 podem ser usados para outros fins que não, ou além de, gerar uma imagem ou determinar parâmetros de imersão. A ordem das etapas ilustradas na FIGURA 5 pode ser realizada de uma 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.

[0052] As respostas registradas por sensores acústicos, elétricos e eletromagnéticos dentro ou associados a um sistema de perfuração de energia pulsada podem ser usadas em um processo de inversão conforme registrado ou podem ser processadas para gerar respostas diferenciais a serem usadas na determinação de características da formação de fundo de poço de uma ferramenta de perfuração. Um exemplo de método para obter respostas diferenciais inclui subtrair as respostas do sensor de cada uma das outras respostas no domínio de voltagem complexo ou usar um logaritmo do domínio de voltagem complexo. Um segundo método de exemplo para obter respostas diferenciais pode incluir o cálculo das diferenças entre pares de respostas registradas por cada sensor em duas posições diferentes, por meio de subtração, conforme a ferramenta avança através das camadas de formação. Um terceiro método de exemplo para obter respostas diferenciais pode incluir uma combinação do primeiro e do segundo métodos de exemplo, de modo que as diferenças sejam calculadas, por meio de subtração, entre as respostas diferenciais geradas para cada par de sensores em duas posições diferentes. As respostas diferenciais fornecidas por qualquer um desses métodos podem ser então processadas usando uma ou mais técnicas de inversão que são projetadas para operar com base em respostas diferenciais.

[0053] A determinação de uma primeira característica de uma formação nas proximidades da broca de perfuração pode incluir determinar uma característica de um limite de leito dentro da formação. A característica determinada pode incluir pelo menos uma dentre uma constante dielétrica, uma resistividade, uma impedância, uma condutividade, uma permeabilidade, uma densidade, uma velocidade, um módulo de Young e uma suscetibilidade magnética ou qualquer combinação dos mesmos. Uma inversão que resolve as propriedades elétricas da formação e/ou informações de limite de leito pode usar dados que foram armazenados azimutalmente em uma ou mais dimensões, conforme descrito em mais detalhes em relação à FIGURA 9B.

[0054] 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 e sinais recebidos 604. As entradas de geração de modelo 602 podem incluir um modelo da fonte de arcos elétricos, como um modelo de fonte toroidal determinística ou um modelo de fonte dipolo elétrico. 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 acústicas associadas ao tipo estimado de rocha, que pode incluir uma representação das propriedades de acordo com armazenamento azimutal. Os sinais estimados 606 podem incluir estimativas do tipo de rocha, conforme determinado pelo processo de inversão. Os sinais recebidos 604 podem incluir qualquer combinação de medições não modificadas que representam respostas registradas por vários sensores acústicos, 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 voltagem, uma corrente, razão de uma voltagem para uma corrente, uma intensidade do campo elétrico ou uma intensidade do campo magnético das ondas eletromagnéticas e/ou acústicas criadas durante as operações de perfuração pulsadas. A característica 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.

[0055] 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 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 do modelo para um tipo estimado de rocha e os sinais recebidos 604, as características de formação do tipo estimado de rocha podem ser emitidas como características de formação da rocha localizada à frente das informações da broca de perfuração e/ou limite de leito.

[0056] Em um exemplo, um sistema de perfuração de energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado pode incluir um segundo arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma segunda posição axial na composição de fundo de poço, cada um dos quais registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos simultaneamente com a pluralidade de sensores no primeiro arranjo de sensores. Neste exemplo, a inversão pode ser baseada em uma razão entre uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na direção azimutal dada.

[0057] Em outro exemplo, a inversão pode ser baseada em uma diferença entre uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor em um segundo arranjo de sensores na direção azimutal dada. Em ainda outro exemplo, determinar uma primeira característica de uma formação nas proximidades da broca de perfuração pode incluir ajustar uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na direção azimutal dada para o modelo da fonte dos arcos elétricos.

[0058] Embora tipos específicos de sensores eletromecânicos e acústicos sejam descritos acima em referência à FIGURA 4, em algumas modalidades, um sistema de perfuração de energia pulsada com um sistema de análise de sensor associado pode incluir um arranjo de sensor eletromagnético/acústico que é implementado usando uma fibra óptica de um sistema de detecção acústica (DAS).

[0059] A FIGURA 7 é um diagrama de blocos de um subsistema de detecção acústica distribuída (DAS) exemplificativa 700 usado para coletar e analisar dados de sensores acústicos. A detecção acústica com base em DAS pode usar a propriedade de retroespalhamento de Rayleigh de uma fibra óptica e pode detectar espacialmente distúrbios que são distribuídos ao longo do comprimento da fibra óptica. Um subsistema DAS também pode detectar reflexos de grades de fibra de Bragg (FBGs) ou espelhos parciais de fibra ótica adicionados a um cabo de fibra ótica. Esses sistemas podem contar com a detecção de mudanças de fase provocadas por mudanças na deformação (por exemplo, causadas por ondas acústicas) ao longo do comprimento de uma fibra óptica. Perturbações acústicas geradas externamente podem criar mudanças de voltagem muito pequenas, que se traduzem em mudanças de fase da luz refletida ao longo da fibra óptica. As mudanças de fase podem ser medidas tomando medidas de sinais de luz de dois pontos diferentes ao longo da fibra, a fim de determinar uma quantidade média de voltagem ao longo dessa distância.

[0060] O subsistema DAS 700 pode estar posicionado na superfície para uso com o sistema de perfuração de energia pulsada 100, conforme ilustrado na FIGURA 1, ou em qualquer outro local adequado. O subsistema DAS 700 pode ser acoplado à fibra óptica 718 que está posicionada dentro de uma porção do sistema de perfuração de energia pulsada 100. Por exemplo, a fibra óptica 718 pode ser posicionada dentro de um furo de poço, por exemplo, furo de poço 116 ilustrado na FIGURA 1. Qualquer número adequado de subsistemas DAS (cada um acoplado a uma fibra óptica 718 localizada no fundo do poço) pode ser colocado dentro ou adjacente ao furo de poço 116. Com a fibra óptica 718 posicionada dentro de uma porção do furo de poço 116, o subsistema DAS 700 pode determinar informações associadas à formação 118 com base nas mudanças na deformação causadas por ondas acústicas. O subsistema DAS 700 pode estar configurado para transmitir pulsos ópticos para a fibra óptica 718 e para receber e analisar reflexos do pulso óptico para detectar mudanças na deformação causadas por ondas acústicas.

[0061] O subsistema DAS 700 pode incluir o controlador de interrogação 702 que direciona vários componentes do subsistema DAS 700 para realizar a detecção acústica distribuída. O controlador de interrogação 702 pode incluir processador 704, memória 706 e armazenamento 708, acoplados comunicativamente um ao outro. O controlador de interrogação 702 também pode ser acoplado comunicativamente à fonte de luz 710, ao receptor de reflexo 712 e à saída 716. Em algumas modalidades, o controlador de interrogação 702 pode ser configurado para direcionar a fonte de luz 710, o receptor de reflexo 712 e/ou a saída 716 para realizar tarefas associadas à detecção acústica distribuída. A fonte de luz 710 pode gerar pulsos ópticos de interrogação usando luz de um laser.

[0062] Dentro do controlador de interrogação 702, o processador 704 pode processar instruções (por exemplo, da memória 706 e/ou armazenamento 708) e realizar cálculos associados à detecção acústica distribuída. O processador 704 pode incluir 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. O processador 704 pode ser configurado para interpretar e/ou executar instruções de programa e/ou dados armazenados na memória 706 para realizar detecção acústica distribuída. Por exemplo, as instruções de programa armazenadas na memória 706 podem constituir porções de software para usar refletometria no domínio do tempo e/ou refletometria no domínio da frequência para detectar informações sobre a formação 118 com base nas mudanças detectadas na deformação no cabo de fibra óptica 718 causadas por ondas acústicas.

[0063] Também dentro do controlador de interrogação 702, a memória 706 pode armazenar dados e instruções usados pelo processador 704 na realização da detecção acústica distribuída. Como tal, a memória 706 pode incluir qualquer sistema, dispositivo ou aparelho configurado para conter e/ou alojar um ou mais módulos de memória. Por exemplo, a memória 706 pode incluir memória somente leitura, memória de acesso aleatório, memória de estado sólido ou memória baseada em disco. Cada módulo de memória pode incluir qualquer sistema, dispositivo ou aparelho configurado para reter instruções de programa e/ou dados por um período de tempo (por exemplo, meio legível por computador não transitório).

[0064] Também dentro do controlador de interrogação 702, a unidade de armazenamento 708 pode fornecer e/ou armazenar dados e instruções usados pelo processador 704 para realizar a detecção acústica distribuída. Em particular, a unidade de armazenamento 708 pode armazenar dados que podem ser carregados na memória 706 durante a operação. A unidade de armazenamento 708 pode ser implementada 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, estrutura de dados, serviço, software como serviço ou qualquer outro mecanismo adequado. A unidade de armazenamento 708 pode armazenar e/ou especificar quaisquer parâmetros adequados que podem ser usados para realizar a detecção acústica distribuída. Por exemplo, a unidade de armazenamento 708 pode fornecer informações usadas para direcionar os componentes do subsistema DAS 700 para transmitir pulsos ópticos, receber reflexos dos pulsos ópticos e/ou analisar os reflexos para detectar informações sobre a formação 118 com base em mudanças detectadas na deformação no cabo de fibra óptica 718 causadas por ondas acústicas. A unidade de armazenamento 708 pode fornecer informações usadas para transmitir pulsos ópticos com temporização adequada, como temporizar os pulsos ópticos a serem transmitidos próximos um do outro, mas não tão próximos que os reflexos dos pulsos ópticos se sobreponham. As informações armazenadas na unidade de armazenamento 708 também podem facilitar a correlação de reflexos recebidos com tempos específicos e locais físicos correspondentes e a análise de reflexos para detectar mudanças na voltagem no cabo de fibra óptica 718 causadas por ondas acústicas e resolver os locais em que as ondas acústicas são afetadas por características particulares da formação 118. A unidade de armazenamento 708 também pode ser usada para registrar e/ou armazenar informações sobre pulsos ópticos transmitidos, reflexos recebidos e/ou informações derivadas da análise dos reflexos para uso posterior ou análise adicional.

[0065] Como mostrado, a saída 716 pode ser configurada para transmitir informações determinadas pelo controlador de interrogação 702 para operadores no local e/ou externos associados às operações em andamento no sistema de poço. Por exemplo, a saída 716 pode ser acoplada comunicativamente ao controlador de interrogação 702 e pode incluir um ou mais consoles de exibição ou registros de saída configurados para exibir informações sobre a formação 118 com base em mudanças detectadas na deformação no cabo de fibra óptica 718 causadas por ondas acústicas. Especificamente, a saída 716 pode exibir ou de outra forma fornecer informações como uma característica da formação 118, um local no qual as ondas acústicas são afetadas por uma característica particular da formação 118 ou outras informações recolhidas pelo controlador de interrogação 702 com base em sua análise.

[0066] O subsistema DAS 700 também pode incluir fonte de luz 710. A fonte de luz 710 pode ser qualquer componente configurado para gerar e/ou condicionar um pulso óptico para detecção acústica distribuída. Por exemplo, a fonte de luz 710 pode incluir, sem limitação, uma fonte de laser (por exemplo, uma fonte de laser coerente) que gera o pulso óptico, um amplificador óptico semicondutor que alterna a fonte de laser, um amplificador de reforço, como um amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) que aumenta a potência máxima do pulso óptico e/ou um ou mais filtros ativos ou passivos que estreitam e de outra forma condicionam o pulso óptico.

[0067] O subsistema DAS 700 também pode incluir um receptor de reflexo 712. O receptor de reflexo 712 pode ser qualquer componente configurado para receber reflexos ópticos (por exemplo, retroespalhamento de Rayleigh) e/ou converter os reflexos ópticos em sinais elétricos analógicos ou digitais que podem ser analisados pelo controlador de interrogação 702. Por exemplo, o receptor de reflexo 712 pode incluir um fotodiodo configurado para converter a luz dos reflexos recebidos em um sinal elétrico. O receptor de reflexo 712 também pode realizar condicionamento de sinal nos reflexos ópticos e/ou no sinal elétrico convertido. Por exemplo, o receptor de reflexo 712 pode incluir um ou mais componentes de filtragem configurados para filtrar certas bandas laterais para diminuir o ruído e estreitar em um sinal de transporte de informações em uma frequência central dos reflexos. Desta forma, o receptor de reflexo 712 pode tentar aumentar uma razão sinal- ruído, o que pode facilitar a análise dos reflexos para detectar informações sobre a formação 118 com base em mudanças detectadas na deformação no cabo de fibra óptica 718 causadas por ondas acústicas.

[0068] O subsistema DAS 700 também pode incluir circulador de energia 714. O circulador de energia 714 pode ser qualquer componente adequado que transmita simultaneamente energia óptica para uma fibra óptica enquanto recebe energia óptica da fibra óptica. O circulador de energia 714 pode, assim, ser configurado para operar como uma "rotatória" para a energia óptica que entra e sai da fibra óptica 718. O circulador de energia 714 pode receber energia óptica, como um pulso óptico da fonte de luz 710 e transmitir a energia para a fibra óptica 718. O circulador de energia 714 também pode receber energia óptica, como reflexos do pulso óptico da fibra óptica 718 e fornecer a energia refletida para o receptor de reflexo 712. O circulador de energia 714 pode ser acoplado à extremidade furo acima da fibra óptica 718 no conector de antepara 720 e pode transmitir e receber energia óptica através do conector de antepara 720.

[0069] Em operação, o subsistema DAS 700 pode realizar detecção acústica distribuída na fibra óptica 718 para detectar informações sobre uma formação com base em mudanças detectadas na deformação no cabo de fibra óptica 718 causadas por ondas acústicas. Especificamente, o controlador de interrogação 702 pode direcionar a fonte de luz 710 para gerar um pulso óptico. O pulso óptico pode ser transmitido para a fibra óptica 718 via circulador de energia 714 e conector de antepara 720. As assinaturas acústicas transitórias com base em ondas acústicas produzidas por uma operação de perfuração pulsada podem fazer com que reflexos do pulso óptico sejam gerados quando o pulso óptico é transmitido através da fibra óptica 718. O receptor de reflexo 712 pode receber os reflexos através do circulador de potência 714 e pode converter a energia óptica dos reflexos em um sinal elétrico que pode ser processado pelo controlador de interrogação 702. O controlador de interrogação 702 pode analisar o sinal indicativo dos reflexos recebidos usando refletometria no domínio do tempo, refletometria no domínio da frequência ou outras metodologias para detectar informações do pulso óptico. Por conseguinte, o controlador de interrogação 702 pode derivar informações de detecção de informações sobre a formação com base em mudanças detectadas na deformação no cabo de fibra óptica 718 causadas por ondas acústicas e exibir as informações para operadores humanos usando a saída 716.

[0070] Os elementos mostrados na FIGURA 7 são apenas exemplificativos e o subsistema DAS 700 pode incluir menos elementos ou elementos adicionais em outras modalidades. Modificações, adições ou omissões podem ser feitas no subsistema DAS 700 sem afastamento do escopo da presente divulgação. Por exemplo, o subsistema DAS 700 ilustra uma configuração particular de componentes, mas qualquer configuração adequada de componentes pode ser usada. Os componentes do subsistema DAS 700 podem ser implementados como componentes físicos ou lógicos. Além disso, em algumas modalidades, a funcionalidade associada aos componentes do subsistema DAS 700 pode ser implementada com circuitos ou componentes especiais e/ou de uso geral. Os componentes do subsistema DAS 700 também podem ser implementados por instruções de programa de computador.

[0071] Nos sistemas de perfuração de energia pulsada descritos neste documento, pelo menos uma antena de recepção pode ser colocada em uma composição de fundo de poço.

[0072] A FIGURA 8A é uma vista elevada de componentes exemplificativos de um sistema de perfuração incluindo um sensor associado a uma composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração. O sistema de perfuração 800 pode incluir broca de perfuração de 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 e/ou acústicas 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 1300 na FIGURA 13. 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 ou fibra óptica 718 na FIGURA 57. 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.

[0073] 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 que podem ter 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 girar durante operações de perfuração de 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.

[0074] 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 de 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 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 1300 na FIGURA 13. 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 de 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 dos arcos elétricos 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.

[0075] Nos sistemas de perfuração de energia pulsada descritos neste documento, arcos elétricos individuais podem ocorrer em locais azimutais aleatórios entre os eletrodos de uma broca de perfuração. Nestes sistemas, a BHA pode ter simetria rotacional, enquanto os arcos elétricos não. A excitação de arco elétrico aleatório pode ser estatisticamente modelada como uma fonte toroidal equivalente que geraria o mesmo sinal que um sinal de média de tempo gerado nos sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos que recebem e registram respostas às ondas acústicas e/ou eletromagnéticas produzidas pelos arcos elétricos. A média estatística pode ser realizada pelos sensores de recepção ou por arranjos de tais sensores ouvindo o sinal durante um certo 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. Detectar a direção de um arco elétrico pode envolver encontrar o máximo de todas as magnitudes de sinal registradas por sensores em um arranjo, encontrar várias magnitudes da primeira, segunda, terceira e quarta maiores magnitudes e realizar uma operação de interpolação ou combinar uma resposta a uma de um conjunto de respostas de modelagem correspondentes a diferentes azimutes.

[0076] A FIGURA 9A ilustra uma vista de baixo para cima de componentes exemplificativos de uma broca de perfuração de 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 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 de energia pulsada entre o eletrodo central 922 e os eletrodos próximos à parede externa 904.

[0077] Os arcos elétricos 906 podem ser detectados pelos sensores 908 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 5 e FIGURA 6.

[0078] A FIGURA 9B é um gráfico que ilustra compartimentos para medições de múltiplos sensores azimutalmente distribuídos em torno de uma linha central da composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração de 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 sistema de análise de sensor 150 na FIGURA 1, sistema de análise de sensor 422 na FIGURA 4 ou sistema de análise de sensor 1300 ilustrado na FIGURA 13. 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 de 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.

[0079] 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.

[0080] 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 de 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.

[0081] 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 operações de perfuração de energia pulsada 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 de fundo de poço a partir da ponta de uma ferramenta 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 G, permeabilidade ε e resistividade elétrica, que é o inverso da condutividade elétrica. Os parâmetros acústicos que podem ser estimados com base nas respostas registradas pelos sensores distribuídos azimutalmente incluem densidade d, velocidade de cisalhamento Ks, velocidade comprimida Vc, e módulo de Young.

[0082] A FIGURA 10 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 5 e FIGURA 6. Nos sistemas de perfuração de 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. 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 excitações dos pulsos elétricos podem ser calculadas 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.

[0083] 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 1000, é ilustrada na FIGURA 10. No exemplo ilustrado na FIGURA 10, assume-se que arcos elétricos individuais podem se formar em locais aleatórios na broca de perfuração de 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 1000.

[0084] O modelo 1000, que pode ser referido como um modelo de fonte determinística equivalente, inclui a fonte de voltagem 1020 e um ou mais eletrodos como mostrado nas FIGURAS 2A e 2B. A fonte de voltagem pode fornecer carga 1050 na extremidade dos eletrodos 1015, 1040a e 1040b por meio de pulsos elétricos de alta energia. Neste modelo de fonte determinística equivalente, correntes pulsadas de amplitude constante 1035 fluem furo abaixo uniformemente sobre o eletrodo central 1015, passam através da formação e/ou fluido de perfuração 1045 ao longo de uma superfície semitoroidal representada pelas correntes 1025a e 1025b e fluem furo acima uniformemente ao longo da parede externa da broca de perfuração em 1010a e 1010b como correntes 1030a e 1030b. Os dois caminhos opostos do fluxo de corrente são indicados por laços tracejados 1040a e 1040b mostrados na região anular entre o eletrodo central 1015 e a parede externa representada por 1010a e 1010b. 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.

[0085] Ao processar dados de medição recebidos de sensores eletromagnéticos ou acústicos para determinar características de formação, determinar parâmetros de imersão ou construir uma imagem de uma formação, reduzir ou eliminar os efeitos da aleatoriedade dos locais de arco elétrico pode simplificar o processo. Um modelo de fonte inteiramente determinístico pode ser inserido em um processo de inversão que resolve as propriedades elétricas das informações de formação, como resistividade, impedância, anisotropia de resistividade e resistividade na broca de perfuração e/ou limite de leito, como a distância até um limite de leito, a orientação de um limite de leito e as resistividades das camadas de formação em um limite de leito.

[0086] A fim de reduzir ou eliminar o efeito das variações da fonte pulsada (isto é, os arcos elétricos) com relação ao tempo, uma razão de medições pode ser usada no processamento ao invés de medições individuais. Em uma modalidade de exemplo, dois arranjos de sensores podem estar localizados em diferentes posições axiais ao longo da BHA. Razões de medições de dois sensores no mesmo azimute podem ser usadas no processo de inversão, em vez da medição de um único sensor ou arranjo de sensores. Por exemplo, se um primeiro arranjo de sensores inclui sensores S1 ...SN, e um segundo arranjo de sensores inclui sensores T1 ...TN, medições de razão de voltagem calculadas como VS1 /VT1, ... VçW /VTN podem ser usadas em vez de VS1 ou VT1, individualmente. Neste exemplo, a distância entre os sensores pode determinar a resolução vertical do sistema. Portanto, o uso de um número maior de sensores distribuídos ao longo da direção azimutal pode aumentar a resolução azimutal do sistema. Botões ou dipolos magnéticos multiaxiais podem ser usados como receptores.

[0087] Neste exemplo, o sinal recebido é passado por um processo de inversão ou outro processo de análise de sensor para converter os sinais elétricos recebidos, registrados como voltagens ou correntes, em propriedades eletromagnéticas e/ou acústicas correspondentes de uma formação. Uma tabela de consulta pode ser usada para calcular parâmetros de formação aparentes, como resistividade aparente, assumindo que as respostas em cada sensor são baseadas em ondas que passam por uma formação homogênea. Uma inversão mais complicada pode ser usada para lidar com casos em que os limites da camada também precisam ser resolvidos. Além de resolver as características de formação, a inversão ou outro processo de análise de sensor pode resolver o afastamento em função do azimute e da profundidade. O resultado da inversão ou outro processamento de análise de sensor pode ser uma determinação dos parâmetros que levam a um sinal modelado que corresponde ao sinal medido. Ao calcular o sinal modelado, qualquer uma das várias técnicas de modelagem pode ser usada incluindo, sem limitação, diferença finita, elemento finito, método de momentos ou técnicas de equação integral.

[0088] Em outro exemplo, a fim de reduzir ou eliminar o efeito das variações da fonte pulsada (ou seja, os arcos elétricos), uma média de medições pode ser usada no processamento em vez de medições individuais. Por exemplo, os resultados com base em uma série de medições podem ser calculados para obter uma medição que é equivalente a uma fonte pulsada de uma natureza azimutalmente uniforme. Como outro exemplo, uma média ponderada de cada medição pode ser usada em que os pesos são escolhidos para criar uma fonte efetivamente não azimutal (azimutalmente simétrica). Isso pode ser realizado (i) medindo a força e a direção de cada pulso usando os valores de voltagem e corrente que estão disponíveis na fonte ou são obtidos a partir de medições feitas perto da fonte; (ii) construir um vetor para cada pulso incluindo a direção e intensidade correspondentes; (iii) considerando a soma de todos os vetores incluindo coeficientes de ponderação; (iv) identificar coeficientes que levarão a um vetor de magnitude zero; e (v) aplicar os coeficientes identificados a cada uma das medições para criar sinteticamente uma medição não azimutal.

[0089] Um sistema de análise de sensor associado a um sistema de perfuração de energia pulsada pode ser 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 ser configurado para determinar uma estratégia de perfuração ou direção de perfuração mais eficiente com base nas diferenças na resistividade elétrica da formação em diferentes direções em relação à broca de perfuração.

[0090] Os dados coletados com sensores distribuídos azimutalmente podem ser usados para imagens bidimensionais ou tridimensionais do furo de poço perfurado. Uma vez que os dados adquiridos transportam informações dos parâmetros da formação ao longo da direção azimutal, imagens qualitativas podem ser construídas com base nos sensores eletromagnéticos e/ou acústicos. Além disso, técnicas de fusão de imagem podem ser usadas para combinar imagens construídas com base em respostas registradas por um arranjo de sensor eletromagnético com imagens construídas com base em respostas registradas por um arranjo de sensor acústico. Por exemplo, uma imagem pode ser construída representando valores de uma primeira característica da formação que foi determinada com base nas respostas registradas por um arranjo de sensores eletromagnéticos e uma segunda característica da formação que foi determinada com base nas respostas registradas por um arranjo de sensores acústicos com relação ao ângulo azimutal. A construção da imagem pode incluir, para cada um de uma pluralidade de ângulos azimutais diferentes dos ângulos azimutais associados a respostas particulares, interpolar entre os valores da primeira característica da formação ou a segunda característica da formação em ângulos azimutais associados a respostas particulares ou extrapolar um valor da primeira característica da formação ou a segunda característica da formação em um dos ângulos azimutais associados a uma resposta particular.

[0091] Uma imagem pode ser produzida usando sensores de imagem de indução de múltiplos componentes através da obtenção de medições que representam respostas registradas por um ou mais arranjos de sensores eletromagnéticos/acústicos distribuídos de forma azimutal, processando as medições, por exemplo, calculando uma média ponderada das medições ou calculando razões entre pares de respostas de sensor e geração de imagens bidimensionais da formação ao longo das direções azimutais e de profundidade com base nas medições processadas.

[0092] As FIGURAS 11A a 11C ilustram imagens exemplificativas produzidas usando sensores de múltiplos componentes. Neste exemplo, as imagens construídas com base em respostas registradas por dois arranjos diferentes de sensores (por exemplo, um arranjo de sensores acústicos e um arranjo de sensores eletromagnéticos), mostradas nas FIGURAS 11A e 11C, são fundidas para construir a imagem ilustrada na FIGURA 11B. Mais especificamente, a imagem 1110 na FIGURA 11A ilustra uma imagem na qual as medições da forma 1/?zz para uma primeira característica de uma formação Z são representadas por seu brilho relativo e são representadas contra o ângulo de azimute (em graus) ao longo do eixo x e profundidade (em polegadas) ao longo do eixo y. Da mesma forma, a imagem 1130 na FIGURA 11B ilustra uma imagem na qual as medições da forma 1/?xx para uma segunda característica de uma formação X são representadas por seu brilho relativo e são representadas contra o ângulo de azimute (em graus) ao longo do eixo x e profundidade (em polegadas) ao longo do eixo y. A imagem 1120 na FIGURA 11B ilustra uma imagem na qual as medições combinadas da forma para as duas características da formação são representadas por seu brilho relativo e são representadas contra o ângulo de azimute (em graus) ao longo do eixo x e profundidade (em polegadas) ao longo o eixo y. Outros métodos para construir imagens com base em respostas registradas por um único sensor acústico ou eletromagnético, um único arranjo de sensores acústicos ou eletromagnéticos, múltiplos arranjos de um único tipo de sensor ou múltiplos arranjos de sensores de diferentes tipos podem ser aplicadas em várias modalidades da presente divulgação.

[0093] Os dados coletados por um arranjo de sensores distribuídos azimutalmente podem ser usados para otimizar o processo de perfuração. Por exemplo, a velocidade de perfuração, tipo de lama e/ou configuração de BHA (por exemplo, posições do estabilizador) podem ser otimizados com base nas características da formação que são determinadas usando os dados do sensor e parâmetros de afastamento. Os parâmetros elétricos e/ou acústicos estimados podem ser usados para determinar os parâmetros de imersão entre duas camadas de formação. Esses parâmetros de imersão podem incluir o ângulo de inclinação e o ângulo de ataque. O ângulo de inclinação é o ângulo do furo de poço em relação a uma linha vertical definida pelo vetor de gravidade da Terra no ponto de medição. A magnitude da inclinação da horizontal é muitas vezes referida como a imersão. O ângulo de ataque representa o azimute (por exemplo, em relação ao Norte verdadeiro) da interseção de uma camada de formação com uma superfície horizontal. A imersão máxima é medida perpendicularmente ao ângulo de ataque.

[0094] A FIGURA 12 é uma vista em elevação de uma ferramenta de perfuração exemplificativa de um sistema de perfuração e medição por eletroesmagamento de fundo de poço. Na FIGURA 12, a ferramenta de perfuração 1208 é mostrada dentro do furo de poço 1202. A ponta da ferramenta de perfuração está cruzando a superfície limite 1212 entre duas camadas de formação 1214 e 1216 durante uma operação de perfuração pulsada. Neste exemplo, a camada de formação 1214 tem resistividade R1 e permeabilidade dielétrica ? 1 e a camada de formação 1216 tem resistividade R2 e permeabilidade dielétrica ? 2 . A ferramenta de perfuração 1208 inclui eletrodos 1204, incluindo um eletrodo central e um eletrodo ao longo da parede externa da ferramenta de perfuração.

[0095] Durante a operação de perfuração pulsada, um trem de pulsos elétricos de alta energia é aplicado entre os eletrodos 1204, produzindo descargas de alta energia através da formação na extremidade de fundo de poço da broca de perfuração. Os arcos elétricos gerados entre os eletrodos 1204 produzem ondas eletromagnéticas e acústicas 1210. Sensores eletromagnéticos e acústicos, mostrados como 1206, registram respostas a ondas eletromagnéticas e acústicas 1210 produzidas pela operação de perfuração pulsada. Os sensores 1206 podem incluir um ou mais arranjos de sensores distribuídos azimutalmente. As medições que representam as respostas registradas pelos sensores 1206 podem ser processadas para fornecer estimativas dos parâmetros de imersão entre a camada de formação 1214 e a camada de formação 1216. Por exemplo, os dados registrados por esses sensores podem ser processados para estimar a força da descarga elétrica ao longo do ângulo correspondente, assumindo que os sensores sejam colocados perto da região de descarga. Respostas com magnitudes variáveis podem ser obtidas a partir dos sensores distribuídos ao longo da direção azimutal, como descrito acima em referência às FIGURAS 9A e 9B. O ângulo de inclinação e o ângulo de ataque podem ser calculados com base nas diferenças nas medições da força da descarga elétrica obtidas dos respectivos sensores devido a diferenças nas características das camadas de formação 1214 e 1216.

[0096] A FIGURA 13 é um diagrama de blocos que ilustra um sistema de análise de sensor exemplificativo 1300 associado a um sistema de perfuração de energia pulsada. O sistema de análise de sensor 1300 pode estar posicionado na superfície para uso com o sistema de perfuração de energia pulsada 100, conforme ilustrado na FIGURA 1, ou em qualquer outro local adequado. O sistema de análise de sensor 1300 pode ser configurado para determinar as características de formação usando modelagem de arco elétrico. O sistema de análise de sensor pode usar os resultados para determinar parâmetros de imersão ou para construir imagens que representam uma ou mais características de uma formação em relação ao ângulo de azimute, profundidade ou entre si.

[0097] Na modalidade ilustrada, o sistema de análise de sensor 1300 pode incluir uma unidade de processamento 1310 acoplada a uma ou mais interfaces de entrada/saída 1320 e armazenamento de dados 1318 ao longo de uma interconexão 1316. A interconexão 1316 pode ser implementada usando qualquer mecanismo ou protocolo de interconexão de sistema de computação adequado. A unidade de processamento 1310 pode ser configurada para determinar as características de uma formação usando modelagem de arco elétrico, determinar parâmetros de imersão ou construir imagens que retratam uma ou mais características de uma formação com base, pelo menos em parte, nas entradas recebidas pelas interfaces de entrada/saída 1320. As entradas podem incluir medições que representam respostas registradas por vários sensores, ou arranjos dos mesmos, durante as operações de perfuração pulsada, como voltagens, correntes, razões de voltagens para corrente, intensidades de campo elétrico ou intensidades de campo magnético. Por exemplo, a unidade de processamento 1310 pode ser configurada para realizar uma ou mais inversões com base em modelos de simulação que relacionam as propriedades eletromagnéticas da formação a dados eletromagnéticos e/ou relacionam as propriedades acústicas da formação a dados acústicos.

[0098] A unidade de processamento 1310 pode incluir processador 1312 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 1300. O processador 1312 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 1312 pode interpretar e/ou executar instruções de programa e/ou processar dados armazenados em uma ou mais mídias legíveis por computador 1314 incluídas na unidade de processamento 1310 para executar qualquer um dos métodos descritos neste documento.

[0099] A mídia legível por computador 1314 pode ser acoplada comunicativamente ao processador 1312 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 1314 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 1310 ser desligada. De acordo com algumas modalidades da presente divulgação, a mídia legível por computador 1314 pode incluir instruções para determinar uma ou mais características de uma formação 118, determinar parâmetros de imersão ou construir imagens que descrevem uma ou mais características de uma formação com base em sinais recebidos de vários sensores por interfaces de entrada/saída 1320.

[00100] Conforme descrito anteriormente, as interfaces de entrada/saída 1320 podem ser acopladas a uma fibra óptica através da qual pode enviar e receber sinais. Os sinais recebidos pelas interfaces de entrada/saída 1320 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 1320 podem incluir medições que representam respostas registradas por sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos. Essas medições podem incluir, sem limitação, medições de voltagem, corrente, intensidade do campo elétrico ou intensidade do campo magnético.

[00101] O armazenamento de dados 1318 pode fornecer e/ou armazenar dados e instruções usados pelo processador 1312 para executar qualquer um dos métodos descritos neste documento para coletar e analisar dados de sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos. Em particular, o armazenamento de dados 1318 pode armazenar dados que podem ser carregados em mídia legível por computador 1314 durante a operação do sistema de análise de sensor 1300. O armazenamento de dados 1318 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 1318 pode armazenar e/ou especificar quaisquer parâmetros adequados que podem ser usados para realizar os métodos descritos. Por exemplo, o armazenamento de dados 1318 pode fornecer informações usadas para direcionar os componentes do sistema de análise de sensor 1300 para analisar as medições que representam as respostas registradas por vários sensores acústicos, elétricos ou eletromagnéticos durante uma operação de perfuração pulsada para determinar uma ou mais características de uma formação, como a formação 118, como mostrado na FIGURA 1, para determinar os parâmetros de imersão ou para construir imagens representadas uma ou mais características de uma formação. As informações armazenadas no armazenamento de dados 1418 também podem incluir um ou mais modelos gerados ou acessados pela unidade de processamento 1410. Por exemplo, o armazenamento de dados 1418 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 5 e FIGURA 6.

[00102] Os elementos mostrados na FIGURA 13 são apenas exemplificativos e o sistema de análise de sensor 1300 pode incluir menos elementos ou elementos adicionais em outras modalidades. Modificações, adições ou omissões podem ser feitas no sistema de análise de sensor 1300 sem se afastar do escopo da presente divulgação. Por exemplo, o sistema de análise de sensor 1300 ilustra uma configuração particular de componentes, mas qualquer configuração adequada de componentes pode ser usada. Os componentes do sistema de análise de sensor 1300 podem ser implementados como componentes físicos ou lógicos. Além disso, em algumas modalidades, a funcionalidade associada aos componentes do sistema de análise de sensor 1300 pode ser implementada com circuitos ou componentes especiais e/ou de uso geral. Os componentes do sistema de análise de sensor 1300 também podem ser implementados por instruções de programa de computador.

[00103] As modalidades neste documento podem incluir: A. Um sistema de perfuração de fundo de poço incluindo uma broca de perfuração incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, o primeiro e o segundo eletrodos eletricamente acoplados a um circuito de geração de pulsos para gerar arcos elétricos entre o primeiro e o segundo eletrodos com base em sinais de perfuração de pulso recebidos do circuito de geração de pulsos durante operações de perfuração pulsada em um furo de poço, os arcos elétricos ocorrendo em locais azimutais aleatórios entre o primeiro e o segundo eletrodos; um sensor para registrar respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos; e um sistema de análise de sensor acoplado comunicativamente ao sensor, o sistema de análise de sensor compreendendo um processador e uma mídia de armazenamento legível por computador armazenando instruções de programa que, quando lidas e executadas pelo processador, fazem com que o processador obtenha uma primeira pluralidade de medições que representam as primeiras respostas registradas pelo sensor durante uma operação de perfuração pulsada; gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos com base na primeira pluralidade de medições; obter uma medição adicional que representa uma segunda resposta registrada pelo sensor durante a operação de perfuração pulsada; e determinar uma primeira característica de uma formação em proximidade à broca de perfuração usando uma inversão com base no modelo e na medição adicional. 58. Um método incluindo executar uma operação de perfuração pulsada em um furo de poço usando uma broca de perfuração incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo eletricamente acoplados a um circuito de geração de pulsos para gerar arcos elétricos entre o primeiro e o segundo eletrodos com base em sinais de perfuração de pulso recebidos do circuito de geração de pulsos durante as operações de perfuração pulsada, os arcos elétricos ocorrendo em locais azimutais aleatórios entre o primeiro e o segundo eletrodos e um sensor para registrar respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos; obter uma primeira pluralidade de medições que representam as primeiras respostas registradas pelo sensor durante a operação de perfuração pulsada; gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos com base na primeira pluralidade de medições; obter uma medição adicional que representa uma segunda resposta registrada pelo sensor durante a operação de perfuração pulsada; e determinar uma primeira característica de uma formação em proximidade à broca de perfuração usando uma inversão com base no modelo e na medição adicional. 59. Um sistema de análise de sensor incluindo um processador e um meio de armazenamento legível por computador que armazena instruções de programa que, quando lidas e executadas pelo processador, fazem com que o processador receba uma primeira pluralidade de medições que representam primeiras respostas a ondas eletromagnéticas ou acústicas registradas por um sensor durante uma operação de perfuração pulsada em um furo de poço, as ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas por arcos elétricos gerados entre o primeiro e o segundo eletrodos de uma broca de perfuração durante a operação de perfuração pulsada com base em sinais de perfuração de pulso; gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos com base na primeira pluralidade de medições; obter uma medição adicional que representa uma segunda resposta registrada pelo sensor durante a operação de perfuração pulsada; e determinar uma primeira característica de uma formação em proximidade à broca de perfuração usando uma inversão com base no modelo e na medição adicional.

[00104] 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 sensor compreende pelo menos um de um sensor eletromagnético, um sensor acústico e um sensor elétrico. Elemento 2: em que determinar a primeira característica da formação em proximidade à broca de perfuração compreende determinar uma característica de um limite de leito dentro da formação. Elemento 3: em que determinar a primeira característica da formação em proximidade à broca de perfuração compreende determinar pelo menos um de uma constante dielétrica, uma resistividade, uma impedância, uma condutividade, uma permeabilidade, uma densidade, uma velocidade, um módulo de Young e uma susceptibilidade magnética. Elemento 4: em que a geração de um modelo de uma fonte dos arcos elétricos compreende gerar um modelo de fonte de pulso toroidal determinístico por dados de média de tempo que representam localizações azimutais e amplitudes dos arcos elétricos. Elemento 5: em que a inversão é baseada em uma razão entre duas medições que representam as respectivas respostas registradas pelo sensor em diferentes frequências. Elemento 6: em que o sensor é um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma primeira posição axial em uma composição de fundo de poço do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor no primeiro arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos; o sistema compreende um segundo arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma segunda posição axial na composição de fundo de poço, cada sensor no segundo arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos simultaneamente com a pluralidade de sensores no primeiro arranjo de sensores; e a inversão é baseada em uma razão entre uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na dada direção azimutal. Elemento 7: em que o sensor é um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma primeira posição axial em uma composição de fundo de poço do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor no primeiro arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos; o sistema compreende um segundo arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma segunda posição axial na composição de fundo de poço, cada sensor no segundo arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos simultaneamente com a pluralidade de sensores no primeiro arranjo de sensores; e a inversão é baseada em uma diferença entre uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na dada direção azimutal. Elemento 8: em que o sensor é um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma primeira posição axial em uma composição de fundo de poço do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor no primeiro arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos; o sistema compreende um segundo arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma segunda posição axial na composição de fundo de poço, cada sensor no segundo arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos simultaneamente com a pluralidade de sensores no primeiro arranjo de sensores; e determinar a primeira característica da formação na proximidade da broca de perfuração compreende ajustar uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma dada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na direção azimutal dada para o modelo. Elemento 9: em que a geração de um modelo de uma fonte dos arcos elétricos compreende: determinar, para cada uma da primeira pluralidade de medições, um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação para um dos arcos elétricos; e determinar um respectivo número de medições dentro da primeira pluralidade de medições para as quais o ângulo azimutal determinado cai dentro de cada uma de uma pluralidade de faixas de ângulo azimutal. Elemento 10: em que a geração de um modelo de uma fonte dos arcos elétricos compreende gerar um modelo de uma fonte eficaz dos arcos elétricos calculando uma média ponderada das medições dentro da primeira pluralidade de medições com base no respectivo número de medições dentro da primeira pluralidade de medições para as quais o ângulo azimutal determinado cai dentro de cada uma da pluralidade de faixas de ângulo azimutal. Elemento 11: em que o sensor é um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma primeira posição axial em uma composição de fundo de poço do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor no primeiro arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos; e o sistema de análise de sensor é ainda configurado para estimar um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação para um dos arcos elétricos com base nas respostas registradas pela pluralidade de sensores no primeiro arranjo de sensores. Elemento 12: em que o sensor é uma de uma pluralidade de antenas posicionadas em diferentes orientações azimutais em uma composição de fundo de poço do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor registra respostas a ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos; e o sistema de análise de sensor é ainda configurado para estimar um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação com base nas respostas registradas pela pluralidade de antenas. Elemento 13: em que o sistema de análise de sensor é ainda configurado para estimar um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação, ajustando uma medição que representa uma resposta às ondas eletromagnéticas ou ondas acústicas produzidas pelos arcos elétricos registrados pelo sensor para o modelo. Elemento 14: em que a determinação da primeira característica da formação compreende determinar um valor respectivo de uma primeira característica da formação em dois ângulos azimutais; e o sistema de análise de sensor é ainda configurado para determinar um valor respectivo de uma segunda característica da formação nos dois ângulos azimutais; e construir uma imagem representando valores da primeira característica da formação e da segunda característica da formação com relação ao ângulo azimutal. Elemento 15: em que a construção da imagem compreende, para cada um de uma pluralidade de ângulos azimutais diferentes dos dois ângulos azimutais, interpolar entre os valores da primeira característica da formação ou valores da segunda característica da formação nos dois ângulos azimutais ou extrapolar um valor da primeira característica da formação ou um valor da segunda característica da formação em um dos dois ângulos azimutais. Elemento 16: em que a primeira pluralidade de medições e a medição adicional representam respostas registradas pelo sensor no domínio do tempo. Elemento 17: em que a primeira pluralidade de medições e a medição adicional representam respostas registradas pelo sensor no domínio da frequência. Elemento 18: em que o sistema de análise de sensor é ainda configurado para determinar pelo menos um de um ângulo de inclinação em que a broca de perfuração cruza um limite entre duas camadas dentro da formação e um ângulo de ataque em que a broca de perfuração cruza um limite entre duas camadas dentro da formação. Elemento 19: em que o sistema de análise de sensor é ainda configurado para iniciar a modificação de um parâmetro operacional da operação de perfuração pulsada com base na primeira característica da formação.

[00105] 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 compreender: - uma broca de perfuração (114, 115, 402, 806, 900) incluindo um primeiro eletrodo (208, 210, 212, 922) e um segundo eletrodo (250), o primeiro e o segundo eletrodos eletricamente acoplados a um circuito de geração de pulso para gerar arcos elétricos entre o primeiro (208, 210, 212, 922) e o segundo eletrodos (250) com base em sinais de perfuração de pulso recebidos do circuito de geração de pulso durante uma operação de perfuração em um furo de poço (116), os arcos elétricos (906) ocorrendo em locais azimutais aleatórios entre o primeiro (208, 210, 212, 922) e o segundo eletrodos (250); - um sensor (908) para registrar respostas a ondas eletromagnéticas (404) ou ondas acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906); e - um sistema de análise de sensor (150, 422, 1300) acoplado comunicativamente ao sensor (908), o sistema de análise de sensor (150, 422, 1300) compreendendo: - um processador configurado para: - obter uma primeira pluralidade de medições que representam as primeiras respostas registradas pelo sensor (908) durante a operação de perfuração pulsada; - gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos (906) com base na primeira pluralidade de medições; - obter uma medição adicional que representa uma segunda resposta registrada pelo sensor (908) durante a operação de perfuração pulsada; e - determinar uma primeira característica de uma formação (118) em proximidade à broca usando uma inversão com base no modelo e na medição adicional.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: - o sensor (908) compreender pelo menos um de um sensor eletromagnético, um sensor acústico e um sensor elétrico; e - determinar a primeira característica da formação (118) em proximidade à broca de perfuração (114, 115, 402, 806, 900) compreende determinar pelo menos um de uma característica de um limite de leito dentro da formação (118), uma constante dielétrica, uma resistividade, uma impedância, uma condutividade, uma permeabilidade, uma densidade, uma velocidade, um módulo de Young e uma susceptibilidade magnética.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a inversão ser baseada em uma razão entre duas medições que representam as respectivas respostas registradas pelo sensor (908) em diferentes frequências.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de: - o sensor (908) ser um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma primeira posição axial em uma composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor (908) no primeiro arranjo registra respostas às ondas eletromagnéticas (404) ou acústicas produzidas pelos arcos elétricos (906); - o sistema compreender um segundo arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma segunda posição axial na composição de fundo de poço (BHA), cada sensor (908) no segundo arranjo registra respostas às ondas eletromagnéticas (404) ou as ondas acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906) simultaneamente com a pluralidade de sensores no primeiro conjunto de sensores; e - a inversão ser baseada em pelo menos um de: - uma razão entre uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na direção azimutal dada; e - uma diferença entre uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na direção azimutal dada.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de: - o sensor (908) ser um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma primeira posição axial em uma composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor (908) no primeiro arranjo registra respostas às ondas eletromagnéticas (404) ou acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906); - o sistema compreender um segundo arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma segunda posição axial na composição de fundo, cada sensor (908) no segundo arranjo registra respostas às ondas eletromagnéticas (404) ou as ondas acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906) simultaneamente com a pluralidade de sensores em o primeiro conjunto de sensores; e - determinar a primeira característica da formação (118) nas proximidades da broca de perfuração (114, 115, 402, 806, 900) compreende ajustar uma medição que representa uma resposta registrada por um primeiro sensor no primeiro arranjo de sensores em uma determinada direção azimutal e uma medição que representa uma resposta registrada por um segundo sensor no segundo arranjo de sensores na direção azimutal dada para o modelo.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de: - o sensor (908) ser um de uma pluralidade de sensores em um primeiro arranjo de sensores distribuídos azimutalmente em uma primeira posição axial em uma composição de fundo de poço (BHA) do sistema de perfuração de fundo de poço, cada sensor (908) no primeiro arranjo registra respostas a ondas eletromagnéticas (404) ou ondas acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906), ou o sensor (908) é um de uma pluralidade de antenas posicionadas em diferentes orientações azimutais em um conjunto de fundo de poço do sistema de perfuração de fundo de poço, cada antena registra respostas a ondas eletromagnéticas (404) ou ondas acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906); e - as instruções do programa, quando lidas e executadas pelo processador, fazem ainda com que o processador estime um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação com base nas respostas registradas pela pluralidade de sensores no primeiro arranjo de sensores ou respostas registradas pela pluralidade de antenas.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de: - determinar a primeira característica da formação (118) compreende determinar um valor respectivo da primeira característica da formação (118) em dois ângulos azimutais; e - as instruções do programa, quando lidas e executadas pelo processador, ainda fazem o processador: - determinar um valor respectivo de uma segunda característica da formação (118) nos dois ângulos azimutais; e - construir uma imagem que representa os valores da primeira característica da formação (118) e da segunda característica da formação (118) em relação ao ângulo azimutal, sendo que construir a imagem compreende opcionalmente, para cada um de uma pluralidade de ângulos azimutais diferentes dos dois ângulos azimutais, interpolar entre os valores da primeira característica da formação (118) ou valores da segunda característica da formação (118) nos dois ângulos azimutais ou extrapolar um valor da primeira característica da formação (118) ou um valor da segunda característica da formação (118) em um dos dois ângulos azimutais.

8. Método para determinar as características da formação com um sistema de perfuração de fundo de poço, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - realizar uma operação de perfuração pulsada em um furo de poço (116) usando: - uma broca de perfuração (114, 115, 402, 806, 900) incluindo um primeiro eletrodo (208, 210, 212, 922) e um segundo eletrodo (250), eletricamente acoplados a um circuito de geração de pulso para gerar arcos elétricos (906) entre o primeiro (208, 210, 212, 922) e o segundo eletrodos (250) com base em sinais de perfuração de pulso recebidos do circuito de geração de pulso durante operações de perfuração, os arcos elétricos (906) ocorrendo em locais azimutais aleatórios entre o primeiro (208, 210, 212, 922) e o segundo eletrodos (250); e - um sensor (908) para registrar respostas a ondas eletromagnéticas (404) ou ondas acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906); - obter uma primeira pluralidade de medições que representam as primeiras respostas registradas pelo sensor (908) durante a operação de perfuração pulsada; - gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos (906) com base na primeira pluralidade de medições; - obter uma medição adicional que representa uma segunda resposta registrada pelo sensor (908) durante a operação de perfuração pulsada; e - determinar uma primeira característica de uma formação (118) em proximidade à broca usando uma inversão com base no modelo e na medição adicional.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de: - o sensor (908) compreender pelo menos um de um sensor eletromagnético, um sensor acústico e um sensor elétrico; e sendo que determinar a primeira característica da formação (118) em proximidade à broca de perfuração (114, 115, 402, 806, 900) compreende determinar pelo menos um de uma característica de um limite de leito dentro da formação (118), uma constante dielétrica, uma resistividade, uma impedância, uma condutividade, uma permeabilidade, uma densidade, uma velocidade, um módulo de Young e uma susceptibilidade magnética.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de gerar um modelo de uma fonte dos arcos elétricos (906) compreender pelo menos um de: - gerar um modelo de fonte de pulso toroidal (1000) determinístico por dados de média de tempo que representam localizações azimutais e amplitudes dos arcos elétricos (906); - determinar, para cada uma da primeira pluralidade de medições, um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação para um dos arcos elétricos (906); - determinar um respectivo número de medições dentro da primeira pluralidade de medições para as quais o ângulo azimutal determinado cai dentro de cada uma de uma pluralidade de faixas de ângulo azimutal; e - gerar um modelo de uma fonte eficaz dos arcos elétricos (906) calculando uma média ponderada das medições dentro da primeira pluralidade de medições com base no respectivo número de medições dentro da primeira pluralidade de medições para as quais o ângulo azimutal determinado cai dentro de cada uma da pluralidade de faixas de ângulo azimutal.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de a inversão ser baseada em uma razão entre duas medições que representam as respectivas respostas registradas pelo sensor (908) em diferentes frequências.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda estimar um ângulo azimutal que representa uma direção de excitação ajustando uma medição que representa uma resposta às ondas eletromagnéticas (404) ou as ondas acústicas (426) produzidas pelos arcos elétricos (906) registrados pelo sensor (908) para o modelo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de: - determinar a primeira característica da formação (118) compreende determinar um valor respectivo de uma primeira característica da formação (118) em dois ângulos azimutais; e o método incluir ainda: - determinar um valor respectivo de uma segunda característica da formação (118) nos dois ângulos azimutais; e - construir uma imagem que representa os valores da primeira característica da formação (118) e da segunda característica da formação (118) em relação ao ângulo azimutal, sendo que construir a imagem compreende opcionalmente, para cada um de uma pluralidade de ângulos azimutais diferentes dos dois ângulos azimutais, interpolar entre os valores da primeira característica da formação (118) ou valores da segunda característica da formação (118) nos dois ângulos azimutais ou extrapolar um valor da primeira característica da formação (118) ou um valor da segunda característica da formação (118) em um dos dois ângulos azimutais.

14. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda determinar pelo menos um de um ângulo de inclinação onde a broca de perfuração (114, 115, 402, 806, 900) cruza um limite entre duas camadas (1214, 1216) dentro da formação (118) e um ângulo de ataque onde a broca de perfuração (114, 115, 402, 806, 900) cruza o limite entre duas camadas (1214, 1216) dentro da formação (118).

15. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar um parâmetro operacional da operação de perfuração pulsada com base na primeira característica da formação (118).