BRPI0107908B1 - Resistivity registry tool, and, registration tool during drilling that measures resistivity of a training - Google Patents

Description

“FERRAMENTA DE REGISTRO DE RESISTIVIDADE, E, FERRAMENTA DE REGISTRO DURANTE A PERFURAÇÃO QUE MEDE RESISTIVIDADE DE UMA FORMAÇÃO” Campo da Invenção [0001 ] A presente invenção relaciona-se em geral a uma ferramenta de registro durante a perfuração (LWD) que mede a resistividade de formações adjacentes a um furo de sondagem. Mais particularmente, a presente invenção relaciona-se a uma ferramenta de registro de resisti vidade focalizada LWD com transmissores múltiplos, para prover profundidades múltiplas de investigação. Ainda mais particularmente, a presente invenção relaciona-se a um conjunto de perfuração de fundo de poço que inclui uma ferramenta de resistividade LWD para determinar características do furo de sondagem e formação durante a perfuração de um poço, e correlacionando aquela informação com a profundidade, para produzir uma imagem de alguma porção desejada do furo de sondagem.

Fundamentos da Invenção [0002] Modernas operações de perfuração e produção de petróleo demandam uma grande quantidade de informação relacionada aos parâmetros e condições no furo descendente. Tal informação incluí tipicamente características das formações da terra atravessadas pelo furo de sondagem, em adição aos dados relacionados ao tamanho e configuração do próprio furo de sondagem. A coleta de informações relacionadas às condições de perfuração, que é comumente referida como “registro”, pode ser realizada por diversos processos. O registro tem sido conhecido na indústria por muitos anos como uma técnica para prover informação visando aquela formação terrestre particular que está sendo perfurada. Em registro de linha física de poço de óleo convencional, uma sonda é baixada no furo de sondagem após parte ou todo o poço ter sido perfurado, e é usado para determinar certas características das formações atravessadas pelo furo de sondagem. A sonda pode incluir um ou mais sensores para medir parâmetros de perfuração e é tipicamente construída como um cilindro de aço hermeticamente fechado para abrigar os sensores, que pende na extremidade de um longo cabo ou “linha física”. O cabo ou linha física provê suporte mecânico à sonda e também provê uma conexão elétrica entre os sensores e instrumentação associada dentro da sonda, e equipamento elétrico localizado na superfície do poço. Normalmente, o cabo fornece potência de operação para a sonda e é usado como um condutor elétrico para transmitir sinais de informação da sonda para a superfície, e sinais de controle da superfície para a sonda. De acordo com técnicas convencionais, vários parâmetros das formações terrestres são medidos e correlacionados com a posição da sonda no furo de sondagem, à medida que a sonda é puxada para cima.

[0003] Os sensores usados em uma sonda de linha física podem incluir um dispositivo fonte para transmitir energia na formação, e um ou mais receptores para detectar a energia refletida da formação. Vários sensores têm sido usados para determinar características particulares da formação, incluindo sensores de resistividade, sensores nucleares e sensores acústicos. Ver em geral J. Labo, “A Praticai Introduction to Borehole Geophysics” (Society of Exploration Geophysicists 1986); “Six Arrn Dipmeter”, Halliburton Logging Services (direitos autorais 1989).

[0004] Embora o registro de linha física seja útil para assimilar informação relacionada a formações da perfuração, sem dúvida possui certas desvantagens. Por exemplo, antes da ferramenta de registro de linha física poder ser lançada no furo de sondagem, o conjunto de coluna de perfuração e orifício inferior precisa inicialmente ser removido ou “desarmado” do furo de poço, resultando em considerável custo e perda de tempo de perfuração para o perfurador (que tipicamente está pagando taxas diárias para o aluguel de equipamento de perfuração). Em adição, como ferramentas de linha física são incapazes de coletar dados durante a operação de perfuração real, a companhia de serviço de perfuração precisa por vezes tomar decisões (tal como direção da broca) possivelmente sem informação suficiente, ou ainda incorrer no custo de desarmar a coluna de perfuração para lançar uma ferramenta de registro para colher mais informação relacionada a condições do furo descendente. Em adição, como registro de linha física ocorre em um período relativamente longo após o furo de sondagem ser perfurado, a precisão da medição de linha física pode ser comprometida, Como um especialista na técnica compreenderá, as condições do furo de sondagem tendem a se degradar à medida que os fluidos de perfuração invadem a formação na vizinhança do furo de sondagem. Consequentemente, uma ferramenta de resistividade lançada um ou mais dias após uma seção de furo de sondagem ter sido perfurada, pode produzir medições que são influenciadas pela resistividade da lama que tenha invadido a formação. Em adição, a forma do furo de poço pode começar a se degradar, reduzindo a precisão das medições. Então, geralmente, quanto antes as condições da formação forem medidas, mais precisa será a leitura. Ainda mais, em certos poços, tais como poços horizontais, ferramentas de linha física não podem ser lançadas, 10005J Devido a estas limitações associadas ao registro de linha física, há uma ênfase crescente no desenvolvimento de ferramentas que possam coletar dados durante o próprio processo de perfuração. Coletando e processando dados e transmitindo-os para a superfície em tempo real (ou próximo de tempo real) durante a perfuração do poço, o perfurador pode analisar mais precisamente a formação em torno, e também pode fazer modificações ou correções, se necessário, para otimizar o desempenho da perfuração. Com um sistema dirccionável, o perfurador pode mudar a direção na qual a broca de perfuração é comandada. Detectando os limites de camada adjacentes, podem ser feitos ajustes para manter a broca de perfuração em uma camada ou região de óleo, Ainda mais, a medição de parâmetros de formação durante a perfuração, e confiantemente antes da invasão da formação, aumenta a utilidade dos dados medidos. Adicionalmente, efetuar medições de formação e furo de sondagem durante a perfuração, pode economizar o tempo de sonda adicional que seria requerido caso contrário para lançar uma ferramenta de registro de linha física.

[0006] Projetos para medir condições de perfuração e movimento, e a localização do conjunto de perfuração, concomitantemente com perfuração do poço, passaram a ser conhecidos como técnicas de “medição durante a perfuração”, ou “MWD”. Técnicas similares, concentrando-se mais na medição de parâmetros de formação do tipo associado a ferramentas de linha física, têm sido comumente referidas como técnicas de “registro durante a perfuração”, ou “LWD”. Enquanto podem existir diferenças entre MWD e LWD, os termos MWD e LWD são frequentemente usados intercambiavelmente. Para as finalidades desta descrição, o termo LWD será usado genericamente com o entendimento de que o termo abrange sistemas que coletam informação de parâmetro de formação isoladamente ou em combinação com a coleta de informação relacionada à posição do conjunto de perfuração.

[0007] Comumente, um poço é perfurado verticalmente pelo menos para uma porção de sua profundidade final. As camadas ou extratos que constituem a crosta terrestre são geralmente substancialmente horizontais. Portanto, durante a perfuração vertical, o poço é substancialmente perpendicular às formações geológicas através das quais passa. Uma mudança repentina medida na resistividade, por uma ferramenta de resistividade, geralmente indica a presença de fronteiras de leitos entre camadas. Em certas aplicações, entretanto, tais como ao perfurar de uma plataforma marítima, ou ao perfurar através de formações nas quais os limites de reservatório se estendem horizontalmente, é desejável perfurar poços que sejam orientados mais horizontalmente. Ao perfurar horizontalmente, é desejável manter a furo de sondagem na zona útil (a formação que contém hidrocarbonetos) tanto quanto possível, de modo a maximizar a recuperação. Isto pode ser difícil uma vez que as formações podem afundar ou divergir. Então, ao tentar perfurar e manter a furo de sondagem dentro de uma formação particular, a broca de perfuração pode se aproximar de um limite de camada. Muitos na indústria tem notado a desejabilidade de um sistema LWD que possa ser especialmente usado para detectar limites de camada e prover dados em tempo real ao perfurador, para habilitar o perfurador a efetuar correções direcionais para se manter na zona útil. Altemativamente, o sistema LWD podería ser usado como parte de um sistema “inteligente” para manter automaticamente a broca de perfuração na zona útil. Ver, por exemplo, Patente U.S. 5.332.048 comumente designada, cujos ensinamentos são aqui incorporados por referência. O uso de um sistema LWD com estes outros sistemas toma possível conduzir pelo menos certas porções de perfuração automaticamente.

[0008] A medição das propriedades de formação durante a perfuração do furo por sistemas LWD, melhora então a oportunidade dos dados de medição e, consequentemente aumenta a eficiência das operações de perfuração. Tipicamente medições LWD são usadas para prover informação relativa à formação particular através da qual a furo de sondagem atravessa. Presentemente, sensores ou ferramentas de registro que são usados comumente como parte de uma linha física ou um sistema LWD incluem ferramentas de resistividade. Para uma formação conter hidrocarbonetos e permitir que os hidrocarbonetos fluam através dela, a rocha constituindo a formação precisa ter certas características físicas bem conhecidas. Uma característica é que a formação tem uma certa resistividade mensurável (universo da condutividade), que pode ser determinada por transdutores apropriados na coluna de brocas. A análise dos dados destes transdutores provê informação relativa à resistividade da formação em tomo da ferramenta de resistividade, que então pode ser usada em combinação com outras medições, para prever se a formação produzirá hidrocarbonetos. Em adição, uma mudança medida repentina na resistividade no limite entre leitos de xisto e arenito, pode ser usada para localizar estes limites. No furo descendente horizontal, a broca de perfuração pode então preferivelmente ser direcionada para evitar este limite e manter a furo de sondagem dentro do leito de produção de óleo. Entretanto, para obter esta detecção de modo confiável, uma grande quantidade de dados é requerida da ferramenta de resistividade.

[0009] Para evitar escapes repentinos, poços são perfurados tipicamente com uma pressão hidrostática positiva, de tal modo que a pressão no furo de sondagem é maior que a pressão na formação. A pressão hidrostática positiva no furo de sondagem resulta do bombeamento de pasta de perfuração especialmente formulada no furo descendente do poço durante o processo de perfuração. Como a pasta de perfuração é mantida a uma pressão mais alta que a formação, a pasta tende a invadir a formação permeável em tomo do furo de sondagem, forçando a água singenética a ser direcionada para fora do furo de sondagem. Esta pasta de varredura ou perfuração filtrada na formação, cria uma zona invadida ou varrida em tomo do furo de sondagem, com uma zona de transição entre as zonas varridas e não perturbadas. A profundidade de invasão da pasta de perfuração é um fator de porosidade da formação, pressão de perfuração diferencial, permeabilidade da formação, perda de água do fluido de perfuração, e tempo.

[00010] Devido a esta invasão da formação pelo fluido de perfuração, é geralmente desejável que a ferramenta de resistividade meça a profundidades múltiplas na formação em tomo do furo de sondagem, entre o transmissor e o receptor. Usando vários sensores de resistividade, com cada um respondendo predominantemente a uma diferente profundidade de investigação (tal como profundidade, meio e superficial), os sensores de leitura mais profundos podem ser corrigidos com base nas medições obtidas a partir dos sensores de leitura mais superficiais.

[00011] Referindo-se então à Figura 1, o primeiro e mais próximo diâmetro de investigação relativo à ferramenta de resistividade é a área dentro do furo de sondagem através da qual a pasta de perfuração flui de volta para a superfície. Se a resistividade desta área é medida dentro do furo de sondagem (em tomo da própria ferramenta), será obtido um valor de resistividade que geralmente se aproxima da resistividade da pasta de perfuração, Rm. Este diâmetro de investigação pode ser referido como Dm, para indicar que esta é a profundidade de investigação que produzirá uma leitura de resistividade da pasta de perfuração. A próxima área geral de investigação é a região dentro da formação em tomo que foi invadida pela pasta de perfuração. Este diâmetro de investigação pode ser referido como Di, porque uma medição de resistividade nesta região produzirá a resistividade da zona invadida, que pode ser indicada como Rx0. A terceira região de investigação para uma ferramenta de resistividade é a formação que não foi invadida pela pasta de perfuração. Uma medição de resistividade desta região produzirá o valor de resistividade verdadeiro da formação, Rt. Enquanto a informação relativa a Rm e Rxo é útil para fins de avaliação, uma das metas da ferramenta de resistividade é medir a resistividade verdadeira da formação, Rt. Então, é importante projetar a ferramenta de resistividade para possuir profundidades suficientes de investigação para medir esta resistividade.

[00012] Como um especialista na técnica entenderá, há vários tipos de ferramentas de medição de resistividade usadas para registro de perfurações de poços. Conforme descrito em geral por Darwin Ellis, em “Well Logging for Earth Scientists”, páginas 84-91 (Elsevier 1987), a resistividade focalizada ou “laterologs” são dispositivos de eletrodo que forçam uma corrente de medição na formação. O conceito de focalização é ilustrado na Figura 2, onde três eletrodos emissores de corrente, Ao, Ai e Ar são mostrados em uma configuração Laterolog-3. O potencial dos eletrodos Ai e Ar é mantido constante e no mesmo potencial do eletrodo central Ao. Como a corrente somente flui se existir uma diferença de potencial entre os eletrodos, teoricamente não flui corrente verticalmente entre os eletrodos. Então, conforme mostrado na Figura 2, um revestimento de corrente emana horizontalmente do eletrodo central Ao. A quantidade de corrente emanada do eletrodo Ao pode ser usada para determinar a resistividade da formação, usando a lei de Ohm.

[00013] Uma implementação de um dispositivo de resistividade focalizado é descrita na Patente U.S. 3.305.771, concedida a Arps. Conforme descrito naquela patente, um par de transmissores toroidais é montado em uma sonda de registro, posicionado acima e abaixo de um par de receptores toroidais. Um gerador de corrente alternada excita os transmissores toroidais o que induz corrente na formação. Os receptores são localizados simetricamente com respeito aos transmissores, e detectam a corrente que passa fora do colar, na formação entre os dois receptores. Como a fonte de tensão é conhecida, a resistividade da formação na vizinhança dos receptores pode ser determinada como: R = k(V/I), onde R é a resistividade da formação, V é a tensão da fonte, I é a corrente medida fluindo para fora da formação entre os receptores toroidais (isto é, a diferença de corrente medida em cada receptor), e k é uma constante da ferramenta dependente do espaçamento dos toróides.

[00014] Ferramentas de resistividade baseadas geralmente no sistema descrito por Arps têm sido usadas por muitos anos. Um exemplo de tal ferramenta é encontrado em S. Bonner, e outros, “A New Generation of Electrode Resistivity Measurements For Formation Evaluation While Drilling”, SPWLA 35th Annual Logging Symposium”, 19 a 22 de Junho de 1994. Ver também Patente U.S. 5.339.037. Uma simples ilustração da ferramenta LWD descrita no artigo de Bonner e outros, é mostrada na Figura 3. A ferramenta LWD descrita neste artigo efetua cinco medições de resistividade de formação, usando dois transmissores toroidais. Uma medição de resistividade usa a broca de perfuração como parte do eletrodo de medição.

As outras quatro medições são caracterizadas como resistividades de eletrodo de alta resolução vertical que são focalizados. Uma das medições de alta resolução vertical usam o eletrodo em anel para produzir uma resistividade de média azimutal. Os outros três eletrodos de alta resolução vertical usam eletrodos em botão que são verticalmente alinhados para efetuar medições de resistividade azimutalmente sensíveis. Juntos, o eletrodo em anel e os eletrodos em botão dão um total de quatro profundidades de investigação.

[00015] Enquanto a ferramenta LWD descrita no artigo de Bonner e outros, provê profundidades múltiplas de investigação, possui algumas deficiências sérias. Uma destas é que três das quatro medições de resistividade de alta resolução vertical são azimutalmente sensíveis. Então, três das quatro medições de alta resolução são sensíveis à orientação da ferramenta no furo de sondagem. Isto pode ser problemático, se o conjunto do fundo não estiver girando. Então, se o conjunto do fundo está sendo direcionado (ou está “deslizando”), a ferramenta LWD de Bonner e outros terá somente um sensor que obtém medições de resistividade de alta resolução em torno do furo de sondagem. Os outros três sensores apontarão na mesma direção, e então não serão capazes de capturar medições de resistividade em tomo da circunferência inteira do furo de sondagem. Similarmente, se é usada uma coluna de brocas que não está girando durante operações de perfuração normais, o sistema de Bonner e outros terá aplicação limitada. Então, em aplicações onde a coluna de brocas não está girando, a ferramenta de Bonner e outros não obterá uma imagem do furo de sondagem a partir dos eletrodos em botão.

[00016] Embora o projeto de Bonner e outros incorpore uma configuração de dois transmissores, é conhecido utilizar transmissores adicionais para obter mais profundidades de investigação nas medições de resistividade. Por exemplo, foi sugerido que quatro transmissores fossem usados com um par de receptores em uma ferramenta de resistividade padrão.

Ver M. S. Bittar, e outros, “A True Multiple Depth of Investigation Electromagnetic Wave Resistivity Sensor: Theory, Experiment and Prototype Field Test Results”, apresentado no “66th Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers”, de 6 a 9 de outubro de 1991; S. Bali e outros, “Formation Evaluation Utilizing a New MWD Multiples Depth of Investigation Resistivity Sensor", apresentado no “Fifteenth European Formation Evaluation Symposium”, de 5 a 7 de maio de 1993. Cada transmissor dispara sequencialmente, com medições de atenuação e deslocamento de fase sendo feitas com base na amplitude e tempo dos sinais recebidos pelo par receptor.

[00017] Têm sido feitas tentativas para desenvolver ferramentas LWD que possam ser usadas para prover uma imagem do furo de sondagem. Ferramentas de formação de imagem têm sido usadas em ferramentas de linha física por um número de anos, para obter imagens instantâneas do furo de sondagem em profundidades particulares. Então, por exemplo, o Requerente da presente invenção utilizou uma ferramenta de registro acústica como um dispositivo de imagem de linha física. Ver “Open Hole Services”, (Halliburton Logging Services 1992), página 28. Este dispositivo é comumente referido como a Ferramenta de Varredura Acústica Circunferencial (ou CAST). Um exemplo de uma ferramenta de imagem LWD é mostrado na Patente U.S. No. 5.899.958 comumente designada.

[00018] Embora as ferramentas e sistemas acima funcionem bem nas aplicações a que se destinam, seria desejável desenvolver uma ferramenta de resistividade LWD que pudesse obter medições de resistividade focalizada em profundidades múltiplas, enquanto provendo também uma imagem do furo de sondagem, independente da ferramenta está girando. Embora as vantagens de tal ferramenta sejam imediatamente aparentes a um especialista na técnica, até a presente data ninguém implementou com sucesso tal sistema que supere as limitações listadas acima.

Breve Sumário du Invenção [00019] Os problemas notados acima são resolvidos em grande parte por uma ferramenta de registro de resistividade que inclui transmissores toroidais múltiplos posicionados simétrica ou assimetricamente com respeito a um par de receptores toroidais, para obter três profundidades diferentes de investigação. Em adição, diversos eletrodos em botão ou retangulares são posicionados em tomo da circunferência da ferramenta de registro, para prover imagem dc furo de sondagem usando o mesmo arranjo de transmissor e receptor. O uso de múltiplos eletrodos em botão em torno da circunferência da ferramenta, habilita a imagem do furo de sondagem, mesmo se a coluna de brocas não estiver girando, como pode ocorrer quando o conjunto do fundo está sendo direcionado, ou quando materiais de coluna de perfuração especiais são usados. Nas realizações preferidas, a broca de perfuração é também usada para obter uma resistividade na broca, que pode ser usada para posterior detecção de limites de camada.

[00020] Na realização preferida, cada um dos transmissores é alternativamente energizado para induzir uma corrente axial na ferramenta. A corrente fluindo na formação entre as bobinas do receptor é determinada medindo a corrente axial em cada um dos receptores toroidais. A diferença na corrente axial medida pelos receptores, indica a corrente fluindo na formação. A medição de corrente pode então ser usada para determinar a resistividade da formação, usando a lei de Ohm. Os transmissores múltiplos habilitam medições de corrente a partir de transmissores espaçados diferentemente, provendo então múltiplas profundidades de investigação.

[00021 ] Em uma realização da invenção, um ou mais eletrodos em anel são providos na vizinhança dos receptores toroidais e são usados para medir a resistividade da formação. Em adição, à medição de corrente axial nos receptores toroidais, o que determina a corrente radial Is, a tensão (Vril„») no eletrodo em anel é medida e usada para determinar a resistividade da formação. A resistividade da formação R em cada profundidade de investigação j é dada por: K representa um valor constante que é determinado pelo espaçamento dos transmissores e receptores.

[00022] Em adição a usar os eletrodos em anel para determinar a resistividade da formação, diversos eletrodos discretos são preferivelmente incluídos para prover imagens do furo de sondagem. Os eletrodos podem tomar qualquer dentre uma variedade de formas, incluindo uma forma retangular ou circular. Os eletrodos podem ser montados na coluna de perfuração entre os receptores toroidais, e preferivelmente são espaçados em tomo da circunferência da ferramenta de perfuração. A tensão de cada um dos eletrodos (Ve) é medida, e usada para determinar uma medida azimutalmente sensível da resistividade da formação (Re) para cada profundidade de investigação j.

[00023] De acordo com a realização preferida da presente invenção, pelo menos três eletrodos discretos são espaçados circunferencialmente em tomo da coluna de perfuração, para prover imagens da resistividade em três orientações diferentes. Estas imagens podem ser coordenadas com profundidade e orientação azimutal para prover uma imagem de resistividade do furo de sondagem em certos intervalos definidos.

[00024] Em uma realização alternativa, os eletrodos em anel podem ser eliminados se um número suficiente de eletrodos discretos é provido. Nesta realização, os eletrodos discretos são providos em tomo da circunferência da ferramenta de perfuração, os valores de resistividade para cada um dos eletrodos discretos podem ser obtidos para determinar a resistividade de formação azimutalmente sensível, como: onde Vcj é a tensão em cada eletrodo. Se o número de eletrodos em botão é suficiente (por exemplo, oito ou mais eletrodos discretos são providos, espaçados afastados de 45 graus) o eletrodo em anel pode ser eliminado somando as tensões de todos os eletrodos em botão para obter uma tensão de anel aparente (Vring): onde N representa o número de eletrodos discretos e VCj é a tensão em cada eletrodo.

[00025] Os eletrodos discretos compreendem uma estrutura de metal montada no colar. Os eletrodos são eletricamente isolados do colar. Ainda em outra realização da presente invenção, os eletrodos são configurados como arranjos de registro laterais, com um disco de metal interno rodeado por três anéis de metal externos. O disco interno e anéis externos são todos separados por material isolante. Estes eletrodos são operados para forçar corrente para fora do disco interno, controlando a tensão dos anéis externos.

[00026] Estas e outra vantagens da presente invenção iornar-se-ão aparentes pela leitura da descrição detalhada da invenção, em conjunto com os desenhos.

Breve Descrição dos Desenhos [00027] Para uma descrição detalhada das realizações preferidas da invenção, será feita agora referência aos desenhos que a acompanham, nos quais: Figura l ilustra as medições de resistividade obtidas a diferentes profundidades de investigação;

Figura 2 mostra uma ferramenta de resistividade da técnica anterior que opera como laterolog, focalizando corrente na formação em torno de uma ferramenta de resistividade;

Figura 3 mostra uma ferramenta de resisti vidade da técnica anterior que focaliza corrente na formação, usando um eletrodo em anel e três eletrodos em botão, em conjunto com um par de transmissores toroidais;

Figura 4 mostra uma ferramenta de resistividade construída com uma realização da presente invenção que inclui três transmissores toroidais, um par de receptores toroidais, dois eletrodos em anel e um arranjo de eletrodos discretos colocados em torno da circunferência da ferramenta;

Figura 5 mostra uma realização alternativa da presente invenção que inclui três transmissores toroidais, um par de receptores toroidais e um arranjo de eletrodos discretos colocados em torno da circunferência da ferramenta;

Figuras 6A e 6B são vistas seccionais em corte mostrando a colocação dos eletrodos em botão da Figura 4 e 5, respectivamente;

Figura 7 é uma ilustração de um furo de poço sendo perfurado através de formações subterrâneas de acordo com práticas dc perfuração típicas; e Figura 8 ilustra um eletrodo como nas Figuras 4 e 5, construído de acordo com uma realização alternativa.

Notação e Nomenclatura [000281 No decurso da descrição precedente e seguinte, os termos “acima*’ e “abaixo” são usados para indicar a posição relativa de certos componentes com respeito à direção do fluxo da pasta de perfuração que entra. Então, onde um termo é descrito como acima de outro, pretende-se significar que a pasta de perfuração flui primeiro através do primeiro componente antes de fluir através do segundo componente. Como será aparente a um especialista na técnica, estes e outros termos são usados para identificar a posição relativa de componentes no conjunto do fundo (ou BHA) com respeito à distância para a superfície do poço, medida ao longo do caminho do furo de sondagem. [00029J Também, o termo “acoplado” ou “acoplados” é destinado a significar unia conexão indireta ou direta. Então, se um primeiro dispositivo se acopla a um segundo dispositivo, aquela conexão pode ser através de uma conexão direta, ou através de uma conexão indireta através de outros dispositivos ou conexões.

Descrição Detalhada das Realizações Preferidas [00030] Referindo-se inicialmente à Figura 7, uma instalação de perfuração inclui unia sonda de perfuração 10 na superfície 12 de um poço, suportando uma coluna de perfuração 14. A coluna de perf uração 14 se estende através de uma mesa rotativa 16 e dentro de um furo de sondagem 18 que é perfurada através de formações terrestres 20 e 21. A coluna de perfuração 14 inclui “keiiy” 22 em sua extremidade superior, tubulação de perfuração 24 acoplada ao “kelly" 22 e um conjunto de fundo 26 (comumente referido como “BHA”) acoplado à extremidade inferior da tubulação de perfuração 24. Altemaiivamente, a coluna de perfuração pode compreender uma seção de tubulação bobinada ao invés de, ou em adição à tubulação de perfuração. O BHA 26 pode incluir uma broca de perfuração 32, um motor de orifício inferior 40, um ou mais colares de perfuração 28, uma ferramenta de resistividade 100 montada na seção de colar 55, sensores direcionais localizados em uma seção não magnética 60 e um ou mais estabilizadores (não mostrados) para perfurar através de formações terrestres para criar a furo de sondagem 18. Em operação, o “kelly ’ 22, a tubulação de perfuração (ou tubulação bobinada) 24 e o BHA 26 são girados seletivamente pela mesa rotativa 16. Os colares de perfuração 28 que também podem ser não magnéticos, de modo a não interferir com as medições LWD, são usados de acordo com técnicas convencionais para adicionar peso à broca de perfuração 32 e endurecer o BHA 26, habilitando deste modo o BHA 26 a transmitir peso para a broca de perfuração 32 sem deformação. O peso aplicado através dos colares de perfuração 28 à broca 32 permitem que a broca de perfuração penetre em formações subterrâneas.

[00031 ] À medida que a broca de perfuração 32 opera, o fluido ou pasta de perfuração é bombeado a partir de uma base de bomba de pasta 34 na superfície, através da mangueira 37, na tubulação de perfuração (ou tubulação bobinada) 24, até a broca de perfuração 32. Após fluir através da broca de perfuração 32, a pasta de perfuração sobe de volta para a superfície através da área anular entre a tubulação de perfuração 24 e a furo de sondagem 18, onde é coletada e retomada para a base de bomba de pasta 34 para filtragem. A pasta de filtragem é usada para lubrificar a broca de perfuração 32 e remover aparas do furo de sondagem 18. A pasta de perfuração pode também efetuar um número de outras funções, que poderíam incluir prover potência de operação para o motor do orifício inferior ou outros componentes na parte inferior do furo de sondagem. Como um especialista na técnica verificará, o motor de orifício inferior ou turbina 40 pode ser usado na parte inferior do furo de sondagem para girar a broca de perfuração 32 como uma alternativa, ou em adição, girar a coluna de perfuração a partir da superfície. Conforme mostrado na Figura 7, BHA 26 é tipicamente definido como todos os componentes da parte inferior do furo de sondagem a partir do topo dos colares de perfuração 28 até a broca de perfuração 32, incluindo o motor de orifício inferior 40.

[00032] Conforme conhecido na técnica, a seção não magnética 60 inclui tipicamente sensores direcionais e sensores de parâmetro de perfuração tais como peso na broca (WOB), torque na broca (TOB), choque, vibração, etc. Em uma realização, sensores direcionais são providos no BHA 26 para prover uma indicação do ângulo de inclinação, ângulo horizontal e ângulo rotacional (“ângulo de face de ferramenta”) do BHA 26. De acordo com técnicas conhecidas, medições direcionais do furo de sondagem podem ser feitas.

[00033] A ferramenta LWD 55 é preferivelmente localizada próxima da broca de perfuração 32 para facilitar a capacidade de examinar a formação tão próximo à broca quanto possível. Como um especialista na técnica entenderá, a ferramenta LWD 55 podería também ser localizada adicionalmente até o BHA 26 a partir da broca de perfuração 32, sem se afastar dos princípios da presente invenção. Ainda mais, a ferramenta LWD 55 pode na realidade compreender múltiplas seções de colar, se necessário, para abrigar outros sensores LWD. Os sensores de formação LWD incluem preferivelmente a ferramenta de resistividade 100, que é descrita em mais detalhe em associação com a Figura 4. Outros sensores de formação LWD também podem ser providos se desejado, incluindo por exemplo, sensores gama, sônicos, de densidade e de nêutron. Um conjunto de batería sub comunicação ou outra fonte de energia pode ser incluída na ferramenta LWD 55, ou altemativamente pode ser posicionada em qualquer localização conveniente para prover energia aos vários conjuntos elétricos no BHA.

[00034] Referindo-se ainda à Figura 7, uma unidade de sinalização de dados de furo descendente 35 pode também ser provida como parte do BHA 26 e pode ser usada para transmitir dados sentidos ou processados para um receptor de superfície, via um sinal de pulso de pasta. A pasta de perfuração pode servir como um meio de comunicação entre o controlador e componentes na superfície do poço. Alterando o fluxo da pasta de perfuração através do interior da coluna de perfuração (ou tubulação bobinada), pulsos de pressão podem ser gerados na coluna da pasta de perfuração. Variando seletivamente os pulsos de pressão através do uso de um pulsador de pasta na unidade de sinalização de pasta 35, sinais de pulso de pressão codificados podem ser gerados para levar informação indicativa de parâmetros da parte inferior da perfuração para a superfície, para análise imediata. Em adição, o sistema do orifício inferior pode também incluir a capacidade de receber sinais de pulso de pasta da superfície, para controlar a operação ou ativação de certos sensores LWD ou outros componentes do furo descendente. Altemativamente, uma coluna de perfuração composta possuindo fios embutidos podería ser usada para transmitir dados para a superfície ou os dados poderíam ser salvos na parte inferior da perfuração para recuperação quando o BHA é disparado. De acordo com a realização preferida, o fluido de perfuração é pasta condutiva para facilitar o fluxo da corrente focalizada na formação.

[00035] Um controlador de orifício inferior ou interface de comunicação (não mostrado na Figura 7) pode controlar a operação da unidade de sinalização 35 e orquestrar a operação dos sensores LWD e outros componentes BHA. O controlador pode ser localizado no sub 60 ou em qualquer lugar no BHA 26. O controlador também pode tomar decisões com base nos dados processados.

[00036] Um ou mais estabilizadores podem ser providos como parte do conjunto de orifício do fundo. Os estabilizadores podem incluir lâminas ajustáveis de acordo com a descrição das Patentes U.S. 5.318.137 e 5.318.138 comumente designadas, cujos ensinamentos são incorporados por referência como se fossem plenamente relatados aqui. Conforme descrito nestas invenções, a inclinação do conjunto do fundo pode ser mudada variando seletivamente a extensão das lâminas do estabilizador. Como um especialista na técnica reconhecerá imediatamente, o curso do BHA 26 pode também ser mudado de acordo com outras técnicas, tais como ligando ou desligando seletivamente um motor na parte inferior da perfuração, ajustando o ângulo de flexão em um abrigo de motor de flexão ou mudando o peso sobre a broca do sistema. O uso de componentes ajustáveis ou parâmetros de perfuração em conjunto com o sistema LWD conforme descrito aqui, toma possível projetar um “Sistema Inteligente” para perfurar certas porções de furo de sondagem automaticamente. Altemativamente, qualquer outro sistema adequado ou montado pode ser usado para perfuração direcional, sem se afastar do escopo dos ensinamentos daqui. Por exemplo, e conforme mencionado acima a tubulação bobinada pode ser usada no sistema de perfuração, juntamente com um motor ou dispositivo de lagarta. Um especialista na técnica entenderá, portanto, que o sistema LWD aqui descrito pode ser usado em qualquer sistema de perfuração ou operação de perfuração no qual seja desejável detectar e localizar formações e limites de camada, independente do conjunto de fundo e dos componentes de coluna de perfuração que são usados.

[00037] Referindo-se agora à Figura 4, a ferramenta de resistividade 100 construída de acordo com a realização preferida, compreende geralmente um primeiro, segundo e terceiro transmissor (identificado como Τι, T2 e T3 respectivamente), um primeiro e segundo receptor (identificado como Ri e R2 respectivamente), um eletrodo em anel 205 e um arranjo de eletrodos discretos 125. Embora três transmissores sejam providos na realização preferida, um número diferente de transmissores pode ser usado se assim desejado. Em adição, a ferramenta de resistividade trabalha em conjunto com a resistividade medida na broca de perfuração 32 e então a broca 32 é mostrada na Figura 4 para fins de ilustração. Outros componentes da parte inferior da perfuração foram omitidos da Figura 4 para maior clareza, e então um especialista na técnica entenderá que outros componentes podem ser incluídos no conjunto do fundo, de acordo com prática normal na indústria.

[00038] De acordo com a realização preferida da Figura 4, cada um dos transmissores Τι, T2 e T3 compreendem toróides que são montados na ferramenta de resistividade 100 e espaçados equidistantemente ao longo do colar 150 da ferramenta de resistividade 100. Os toróides preferivelmente compreendem um fio condutor 105 enrolado em tomo de um núcleo magnético 110. Como será aparente a um especialista na técnica, o fio condutor 105 se acopla a um gerador de corrente alternada 140 que faz com que flua corrente através do enrolamento. Este fluxo de corrente através do enrolamento forma o primário de um transformador, que induz uma corrente no colar da ferramenta de resistividade. O caminho de retomo da corrente induzida ocorre através da formação.

[00039] As bobinas toroidais dos transmissores Τι, T2 e T3 são seletivamente energizadas por circuitos convencionais, incluindo um microprocessador 200, um gerador de corrente alternada 140, um amplificador de potência 130 e uma lógica de seleção de transmissor 120. Conforme mostrado na Figura 4, o gerador 140 se conecta eletricamente ao microprocessador 200 para receber um ou mais sinais de controle do microprocessador 200.0 gerador 140 se conecta eletricamente ao amplificador de potência 130, que recebe e amplifica o sinal de saída do gerador 140. O gerador 140 preferivelmente gera um sinal de frequência relativamente baixa na faixa de 1000-2000 Hz, que é amplificado pelo amplificador de potência 130.na realização preferida, um único gerador 140 se acopla seletivamente a cada um dos transmissores Τι, T2 e T3 por uma Lógica de seleção de transmissor 120, que recebe o sinal amplificado do amplificador de potência. A lógica de seleção de transmissor 120 que pode, por exemplo, compreender um circuito multiplexador, preferivelmente se acopla ao microprocessador 200. Como será entendido por um especialista na técnica, a lógica de seleção de transmissor 120 recebe sinais do microprocessador 200 que determina qual toróide de transmissor receberá o sinal amplificado. Então, de acordo com uma implementação, o microprocessador provê um sinal de dois bits, seja serialmente, seja em paralelo, que se acopla a um ou dois terminais de seleção de entrada na lógica de seleção de transmissor 120. Então, por exemplo, se o microprocessador 200 determina que o sinal amplificado deveria ser aplicado ao transmissor Τι, o microprocessador pode transmitir um sinal 01 (indicando uma tensão baixa digital e uma tensão alta digital) à lógica de seleção de transmissor 120. Em resposta, a lógica de seleção de transmissor 120 passa o sinal amplificado do gerador 140 ao toróide do transmissor Ti. Inversamente, se o microprocessador 200 determina que o transmissor T2 deveria ser disparado, o microprocessador pode enviar um sinal 10 à lógica de seleção de transmissor 120, fazendo com que a lógica de seleção de transmissor 120 passe o sinal amplificado à bobina T2. Similarmente, o microprocessador pode enviar um sinal 11 à lógica de seleção de transmissor 120, fazendo com que a lógica de seleção de transmissor passe o sinal amplificado ao toróide do transmissor T3. Um especialista na técnica entenderá que os transmissores particulares a serem disparados podem ser codificados em qualquer número de modos, e então o esquema de codificação particular usado para selecionar um transmissor não significa ser limitante. Adicionalmente, os circuitos usados para selecionar um transmissor particular também podem variar sem se afastar dos princípios desta invenção.

[00040] Referindo-se ainda à Figura 4, os receptores Ri e R2 são preferivelmente posicionados abaixo dos transmissores Τι, T2 e T3 de tal modo que a medição de resistividade mais próxima à broca 32. Caso desejado, entretanto, os receptores poderíam ser posicionados acima do arranjo transmissor na ferramenta de resistividade 100. Os receptores também compreendem preferivelmente toróides e são geralmente construídos de modo similar aos toróides de transmissor, embora outras configurações pudessem ser usadas para os receptores. Os toróides de receptor Ri e R2 medem a corrente axial induzida no colar de ferramenta de resistividade 150 por um transmissor. A corrente axial no colar atua como o primário de um transformador, que induz uma corrente nos enrolamentos do receptor. O fio condutor enrolado no núcleo magnéticos e os receptores Ri e R2 se acopla a circuitos apropriados, para determinar a quantidade de corrente induzida nos enrolamentos do receptor.

[00041] Na realização preferida, e conforme mostrado na Figura 4, os receptores toroidais Ri e R2 se acoplam a um circuito conversor de corrente para tensão 171 e 173, respectivamente, cada um dos quais compreende um amplificador operacional (174 e 174’) e um resistor de realimentação (Rfi e Rg). O valor para o resistor de realimentação pode ser diferente nos dois circuitos 171, 173, conforme indicado pelas diferentes notações Rfi e Rg. Então, a corrente detectada pelos toróides de receptor Ri, R2 é convertida para uma tensão e aplicada a um voltímetro (185 e 185’) tal como por exemplo, um detector sensível à fase. Preferivelmente, o voltímetro recebe um sinal de entrada de referência da saída da lógica de seleção de transmissor 120. Em resposta ao sinal do toróide de receptor e sinal de referência de transmissor, o voltímetro produz um sinal de saída que indica a amplitude e a fase da corrente induzida detectada pelos toróides de receptor. O sinal de saída do voltímetro passa através de um circuito de filtro 187 e 187’, respectivamente, que remove ruído do sinal. Os sinais de tensão resultantes Vi e V2 são seletivamente aplicados a um circuito conversor analógico-digital 190, por um circuito multiplexador 195. O multiplexador determina quais (se houver) dos sinais de tensão serão passados para o conversor analógico-digital 195, com base nos sinais de controle recebidos do microprocessador 200. O conversor analógico-digital 190 se acopla em seu terminal de saída ao microprocessador 200.

[00042] O microprocessador 200 determina a corrente radial fluindo na formação entre os receptores Ri e R2, com base na corrente axial detectada pelos dois receptores. Como o número de espiras nos toróides é conhecido, a corrente axial li no colar de ferramenta de resistividade 150 no receptor Ri pode ser calculada como (D onde li é a corrente axial no colar de ferramenta de resistividade no receptor Ri;

Vi é a tensão medida em Ri; ni é o número de espiras no toróide de Ri; e Rfi é o valor do resistor de realimentação no circuito de corrente para tensão 171.

[00043] Similarmente, a corrente axial no colar de ferramenta de resistividade 150 no receptor R2 pode ser calculada como (2) onde I2 é a corrente axial no colar de ferramenta de resistividade no receptor R2; V2 é a tensão medida em R2; n2 é o número de espiras no toróide de R2; e Rí2 é o valor do resistor de realimentação no circuito de corrente para tensão 173.

[00044] Na realização preferida, cada um dos transmissores Τι, T2 e T3 são sequencialmente disparados ativando o gerador 140, para produzir uma corrente em um dos toróides do transmissor. O transmissor individual a ser disparado é preferivelmente selecionado pelo microprocessador 200, que transmite um sinal codificada a um multiplexador 120, selecionando o transmissor a ser acoplado à saída do gerador 140. A corrente axial no colar de ferramenta de resistividade é medida para obter li e h dos receptores Ri e R2, respectivamente. A corrente fluindo na formação entre os receptores pode ser determinada para cada transmissor, com base na diferença na corrente axial no colar de ferramenta de resistividade 150. Então, a corrente fluindo na formação para cada transmissor, Is pode ser determinada subtraindo li de I2, conforme segue: Is = I2 - li (3) [00045] Uma vez que a corrente fluindo na formação entre os toróides de receptor Ri e R2 é conhecida, a resistividade da formação pode ser determinada pelo microprocessador 200 para cada profundidade de investigação (correspondendo aos três transmissores diferentes) usando a lei de Ohm como segue: R = k (Vm/Is) (4) onde R é a resistividade da formação para a profundidade de investigação particular, Vm é a tensão medida, Isé a corrente medida fluindo para fora da formação entre os receptores toroidais (isto é, a diferença de corrente medida em cada receptor), e k é uma constante da ferramenta dependente do espaçamento dos toróides. Disparando altemativamente os três transmissores, três medições de resistividades diferentes podem ser obtidas, em três profundidades diferentes de investigação.

[00046] A resistividade da investigação pode ser medida usando vários arranjos de eletrodos que medem a tensão Vm. As várias medições da resistividade de formação podem ser obtidas por eletrodos de sensor múltiplos, para prover uma medição de resistividade radial plena, bem como medições de resistividade azimutalmente sensíveis, para produzir uma imagem da resistividade em tomo do furo de sondagem. Estas medições radial e azimutalmente sensível podem ser obtidas conforme mostrado na Figura 4, provendo eletrodos em anel 205 no colar 150 da ferramenta de resistividade 100, para medir resistividade radial, com um arranjo de eletrodos discretos 125 (ver figuras 6A, 6B), para obter imagens de resistividade azimutalmente sensíveis. Em uma realização alternativa mostrada na Figura 5, as medições de resistividade radial e azimutalmente sensível podem ambas ser obtidas de um arranjo de eletrodos discretos 500.

[00047] Referindo-se primeiramente à realização típica da Figura 4, um ou mais eletrodos em anel são providos no colar 150 da ferramenta de resistividade 100 em uma área próxima aos toróides de receptor Ri e R2. Na Figura 4, dois de tais eletrodos em anel 205a e 205b são mostrados entre os toróides do receptor, para fins de simetria e para habilitar a média das medições de tensão obtidas de cada eletrodo em anel. Se desejado, entretanto, somente um único eletrodo em anel pode ser usado, e o eletrodo em anel pode ser colocado acima ou abaixo dos toróides do receptor, bem como entre os toróides. Conforme mostrado na Figura 4, o(s) eletrodo(s) em anel se conecta(m) eletricamente a um amplificador 207 que amplifica o sinal de tensão gerado pelo eletrodo em anel. O amplificador 207 se conecta a um voltímetro 215, que preferivelmente compreende um detector sensível à fase. O voltímetro 215 recebe também um sinal de referência da lógica de seleção de transmissor 120 representando o sinal transmitido pelo transmissor disparado. O voltímetro 215 produz um sinal de saída que é filtrado para remover ruído, pelo filtro 217, e é aplicado como um sinal de tensão Vring a um terminal de entrada do multiplexador 195. Quando selecionado pelo microprocessador 200, o sinal de tensão Υπη£ é passado ao conversor A/D 190, onde o sinal é digitalizado e transmitido ao microprocessador 200.

[00048] O microprocessador 200 determina a resistividade da formação radial com base no valor de Vnng medido pelo(s) eletrodo(s) em anel, para cada um dos diferentes transmissores. A fórmula usada pelo microprocessador 200 para determinar estes valores de resistividade Rj é baseada na equação (4), como segue: (5) onde j representa a profundidade de investigação correspondente aos transmissores Τι, T2 e T3.

[00049] Kj representa o valor constante que é determinado pelo espaçamento do transmissor Tj e dos receptores;

Vnng é a tensão medida pelo eletrodo em anel 205, para uma particular profundidade de investigação; e Isj é a corrente radial calculada medindo a corrente axial nos receptores Ri e R2, para uma particular profundidade de investigação.

[00050] Então, na realização da Figura 4, onde três toróides de transmissores são providos, três medições de resistividade radial diferentes são obtidas - uma para cada transmissor, representando três diferentes profundidades de investigação.

[00051] Referindo-se ainda à Figura 4, a ferramenta de resistividade 100 inclui também preferivelmente diversos eletrodos discretos 125 espaçados em tomo da circunferência do colar de ferramenta de resistividade 150. Os eletrodos discretos compreendem preferivelmente uma peça de metal anexada à parede do colar. Um material isolante apropriado isola eletricamente os eletrodos discretos do colar condutivo. Na realização preferida da Figura 4, os eletrodos discretos são montados no mesmo plano transverso ao eixo do colar 150, no ponto médio entre receptores toroidais Ri e R2. Os eletrodos discretos podem ser configurados de qualquer forma adequada, incluindo por exemplo, um disco circular ou estrutura retangular (conforme mostrado na Figura 4). De acordo com a realização preferida, cada um dos eletrodos discretos se acopla à lógica de seleção de eletrodo 165 que pode, por exemplo, compreender um circuito multiplexador. A lógica de seleção de eletrodo transmite seletivamente o sinal de tensão obtido em um dos eletrodos discretos, para análise adicional pelo microprocessador 200. O sinal de tensão selecionado é aplicado a um amplificador 167, que amplifica o sinal antes deste ser aplicado a um voltímetro 155.0 voltímetro 155 compreende preferivelmente um detector sensível à fase. O voltímetro 155 também recebe um sinal de referência da lógica de seleção de transmissor 120 representando o sinal transmitido pelo transmissor disparado. O voltímetro 155 produz um sinal de saída que é filtrado para remover ruído, pelo filtro 157 e aplicado como um sinal de tensão Vei a um terminal de entrada do multiplexador 195. Quando selecionado pelo microprocessador 200, o sinal de tensão Vei é passado ao conversor A/D 190, onde o sinal é digitalizado e transmitido ao microprocessador 200.

[00052] A partir da tensão Vei medida em cada um dos eletrodos discretos, o microprocessador 200 determina uma medida azimutalmente sensível da resistividade da formação (Re ) para cada profundidade de investigação j, conforme segue: (6) onde j representa a particular profundidade de investigação, correspondente aos transmissores Τι, T2 e T3.

[00053] Kj representa o valor constante que é determinado pelo espaçamento entre o transmissor Tj e os receptores;

Ve é a tensão medida pelo eletrodo discreto, para uma particular profundidade de investigação; e ISj é a corrente radial calculada medindo a corrente axial nos receptores Ri e R2, para uma particular profundidade de investigação.

[00054] Conforme mostrado na Figura 4, o microprocessador 200 se acopla a uma interface de comunicação 250. Periodicamente, o microprocessador 200 pode transmitir certa informação selecionada, tal como valores de resistividade, à interface de comunicação 250. A interface de comunicação 250 pode então transmitir periodicamente esta informação à superfície por um meio adequado, incluindo pulsos de pressão na pasta de perfuração.

[00055] Referindo-se agora à Figura 5, a resistividade radial e azimutalmente sensível pode ser determinada usando um arranjo de eletrodos discretos 500. Nesta realização, o(s) eletrodo(s) em anel da Figura 4 podem ser eliminados se o número suficiente de eletrodos discretos são providos. Como foi o caso com respeito à realização da Figura 4, os eletrodos discretos são providos em tomo da circunferência da ferramenta de perfuração, e valores de resistividade azimutalmente sensível são determinados para cada um dos eletrodos discretos, usando a equação (6).

[00056] Se o número de eletrodos em botão é suficiente (por exemplo, oito ou mais eletrodos discretos são providos) uma medição de resistividade radial pode ser obtida a partir dos eletrodos discretos da Figura 5, sem um eletrodo em anel, somando as tensões de todos os eletrodos discretos para obter uma tensão radial (Vradiai)· (7) onde N representa o número de eletrodos discretos. A resistividade radial pode então ser medida para cada profundidade de investigação como: (8) [00057] Correlacionando as medições de resistividade feitas pelos eletrodos em botão com os sensores direcionais providos na ferramenta de registro, uma imagem da formação em tomo do furo de sondagem pode ser obtida, independente da ferramenta de resistividade estar girando.

[00058] A discussão acima supõe que cada um dos eletrodos discretos é medido sequencialmente. Altemativamente, os eletrodos discretos podem ser acoplados, cada um, a um circuito sensor separado, de tal modo que a tensão de cada eletrodo é medida simultaneamente.

[00059] Conforme discutido em relação às várias realizações das Figuras 4 e 5, vários arranjos, configurações e quantidades de eletrodos discretos podem ser usados. Então, por exemplo, e conforme mostrado na Figura 6A, oito eletrodos 125a-125h podem ser providos, espaçados de 45 graus em tomo do colar 150. Figura 6B mostra um arranjo alternativo somente com três eletrodos 125a’-125c’ espaçados de 120 graus em tomo do colar 150. Então, a presente invenção contempla os diversos eletrodos discretos e espaçados em tomo da circunferência do furo de sondagem, sem requerer qualquer número específico de eletrodo.

[00060] De acordo com a realização preferida, a resistividade da formação entre a face da broca de perfuração 32 e os receptores Ri e R2 também pode ser determinada e usada como uma indicação prévia de um limite de camada. Preferivelmente, o toróide de receptor inferior R2 monitora a mudança do fluxo de corrente na formação através da broca, de acordo com técnicas conhecidas. Então, à medida que a broca de perfuração entra em uma formação mais condutora, a quantidade de corrente fluindo da broca para a formação será aumentada. Esta perda de corrente na formação através da broca de perfuração pode ser medida pelo receptor R2.

[00061] Referindo-se agora à Figura 8, uma realização alternativa da presente invenção configura os eletrodos discretos em uma orientação de registro lateral para focalizar corrente na formação. Este tipo de projeto de eletrodo pode ser usado ao invés do eletrodo de metal simples descrito acima em relação aos eletrodos discretos nas Figuras 4 e 5. Então, em situações onde é requerido mais foco, os eletrodos da Figura 7 podem ser usados para os eletrodos discretos nas realizações das Figuras 4 e 5.

[00062] Conforme mostrado na Figura 8, o eletrodo discreto 325 compreende um disco geralmente circular construído sobre dois anéis condutores Mi e M2 e um disco condutor central Ao. Os anéis Mi e M2 e disco Ao podem ser construídos de qualquer material adequado de metal ou semicondutor. Os anéis e discos condutores são separados por um material isolante 322, 324. O material isolante 322 forma um anel concêntrico em tomo do disco condutor Ao. De acordo com a realização da Figura 8, quando o anel condutor Mi forma um anel concêntrico em tomo do anel isolante 322. O material isolante 324 forma um anel concêntrico em tomo do anel condutor Mi. O outro anel condutor M2 forma um anel concêntrico em tomo do anel isolante 324. A estrutura inteira do eletrodo é montada na seção do colar de perfuração por uma camada isolante geralmente circular 327. Enquanto o eletrodo 325 é mostrado como formando uma estrutura circular na Figura 8, deveria ser entendido que outras estruturas e configurações podem ser similarmente usadas em uma orientação de registro lateral.

[00063] Em operação, os anéis condutores Mi e M2 são mantidos no mesmo potencial, focalizando corrente então através do disco condutor Ao. De acordo com a realização da Figura 8, a tensão nos anéis condutores Mi e M2 é mantida no mesmo potencial, mudando a corrente li emitida pelo anel condutor Ai. Então, os voltímetros se acoplam aos anéis condutores Mi e M2, e a saída dos voltímetros é comparada e aplicada a uma malha de realimentação, para controlar a corrente emitida pelo anel condutor Ao. A mudança na corrente pode ser obtida usando um gerador de corrente variável, por exemplo. Outras técnicas, tais como focalização digital, são possíveis e podem ser usadas com o eletrodo mostrado na Figura 8, sem se afastar dos princípios desta invenção. Ver por exemplo, Shattuck, Bittar e Shen, “Scale Modeling of the Laterolog Using Synthetic Focusing Methods”, The Log Analyst, julho-agosto de 1987.

[00064] Medindo a tensão (Vmi) em Mi e a corrente (Io) emitida através do disco condutor Ao, a resistividade Re da formação na direção azimutal do eletrodo 325, pode ser determinada por: (9) [00065] Conforme discutido acima com referência às Figuras 4, 5, 6A e 6Β, diversos eletrodos podem ser providos em tomo da circunferência da ferramenta, para permitir imagem da formação.

[00066] Na realização preferida a ferramenta de resistividade 100 é calibrada antes do uso em um sistema LWD. Esta calibração determina a constante k usada para as medições de resistividade. Este valor é preferivelmente armazenado no microprocessador 200 para cálculos de resistividade subsequentes.

[00067] A discussão acima destina-se a ser ilustrativa dos princípios da presente invenção. Numerosas variações e modificações tomar-se-ão aparentes àqueles especialistas na técnica, uma vez que a descrição acima seja plenamente apreciada. Pretende-se que as reivindicações seguintes sejam interpretadas como abrangendo todas estas variações e modificações.

REIVINDICAÇÕES

Claims (19)

1. Ferramenta de registro de resistivídade (100), caracterizada pelo fato de compreender: um colar (150); um arranjo de transmissor que inclui diversos transmissores (TI, T2, T3) montados sobre o citado colar (150); um arranjo de receptor que inclui pelo menos um primeiro e um segundo receptores (Rl, R2) espaçados no citado colar (150); diversos eletrodos discretos (125) espaçados em torno da circunferência do colar (150); e um microprocessador (200) acoplado aos citados transmissores (TI t T2, T3), citados receptores (Rl, R2), e citados eletrodos discretos (125), e onde o microprocessador (200): seleciona um transmissor (TI, T2, T3) para ser energizado, induzindo deste modo corrente no colar (150); recebe um primeiro sinal do primeiro receptor (Rl) e um segundo sinal do segundo receptor (R2) que indica a quantidade de corrente fluindo no colar (150) após os primeiro e segundo receptores, respectivamente, e determina a partir dos citados primeiro e segundo sinais a quantidade de corrente fluindo na formação entre os primeiro e segundo receptores (Rl, R2); e recebe um sinal de cada um dos diversos eletrodos discretos (125), indicando o nível de tensão em cada eletrodo, e com base nos citados níveis de tensão, determina uma leitura de resistivídade azimutalmenie sensível para cada eletrodo discreto (125).

2. Ferramenta de registro de resistivídade (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que citados diversos eletrodos discretos (125) são espaçados em um plano transversal ao eixo do colar (150).

3. Ferramenta de registro de resistivídade (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o microprocessador (200) gera uma imagem da resistividade da formação, com base nas leituras de resistividade azimutalmente sensível para cada eletrodo (125).

4. Ferramenta de registro de resistividade (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que citado microprocessador (200) soma os níveis de tensão de cada eletrodo discreto (125), e determina uma medição de resistividade radial com base nos níveis de tensão somados e na quantidade de corrente fluindo na formação entre os primeiro e segundo receptores (Rl, R2).

5. Ferramenta de registro de resistividade (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos um eletrodo em anel (205) montado no citado colar (150), na vizinhança dos citados receptores (Rl, R2), e onde citado microprocessador (200) se acopla ao citado eletrodo em anel (205) e recebe um sinal do citado eletrodo em anel (205), indicando o nível de tensão no citado eletrodo em anel (205), e na qual citado microprocessador (200) determina uma medição de resistividade radial baseada no nível de tensão do citado eletrodo em anel (205) e na quantidade de corrente fluindo na formação entre os primeiro e segundo receptores (Rl, R2).

6. Ferramenta de registro de resistividade (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que citados eletrodos discretos (125) compreendem um disco condutor (Ao) e dois anéis condutores concêntricos (Ml, M2), e citado microprocessador (200) mantém citados anéis concêntricos (Ml, M2) no mesmo potencial de tensão, variando a corrente emitida pelo citado disco condutor (Ao).

7. Ferramenta de registro de resistividade (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que cada um dos citados transmissores (Tl, T2, T3) são disparados sequencialmente pelo citado microprocessador (200), para obter leituras de resistividade para profundidades múltiplas de investigação.

8. Ferramenta de registro de resistividade (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que citados diversos eletrodos discretos (125) são posicionados entre os citados receptores (Rl, R2).

9. Ferramenta de registro durante a perfuração que mede resistividade de uma formação através da qual um furo de sondagem tenha sido perfurado, caracterizada pelo fato de compreender: uma broca de perfuração (32); um colar (150); um arranjo de transmissor montado no colar (150), que inclui diversos transmissores toroidais (Tl, T2, T3) capazes de induzir corrente no colar (150), a qual flui através de uma parte do colar (150) e na formação em tomo do furo de sondagem; um arranjo de receptor que inclui dois receptores (Rl, R2) para medir a corrente fluindo na formação entre os receptores, com base na diferença na corrente axial, detectada pelos dois receptores (Rl, R2); um arranjo de eletrodos discretos posicionados entre o arranjo de receptor, citados eletrodos discretos (125) sendo espaçados igualmente em tomo do perímetro do colar (150), para prover uma imagem da resistividade do furo de sondagem; e um microprocessador (200) acoplado aos circuitos para medir a tensão em cada um dos eletrodos discretos (125), o citado microprocessador (200) operando para calcular a resistividade da formação com base na corrente fluindo na formação entre os receptores (Rl, R2), e na tensão medida em cada eletrodo discreto (125).

10. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que os eletrodos discretos (125) são constmídos em uma orientação de registro lateral para focalizar corrente na formação.

11. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que citado microprocessador (200) soma os níveis de tensão a partir de cada eletrodo discreto (125), para obter uma leitura de resistividade radial, e analisa os níveis de tensão a partir de cada eletrodo discreto, independentemente, para obter leituras de resistividade azimutalmente sensíveis.

12. Ferramenta de registro durante a perfuração que mede a resistividade de uma formação através da qual um furo de sondagem foi perfurado, caracterizada pelo fato de compreender: um arranjo de transmissor que inclui diversos transmissores (Tl, T2, T3) capazes de transmitir sinais eletromagnéticos na formação; um arranjo de receptor que inclui pelo menos dois receptores (Rl, R2) e circuitos associados, que mede a amplitude e fase dos sinais eletromagnéticos transmitidos na formação entre os dois receptores (Rl, R2); e diversos eletrodos espaçados em tomo da circunferência da ferramenta de registro durante a perfuração, que possuam circuitos associados que meçam o nível de tensão em cada eletrodo (125).

13. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que os diversos eletrodos (125) são posicionados no mesmo plano.

14. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que os diversos eletrodos incluem pelo menos 3 eletrodos (125a’, 125b’, 125c’)·

15. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que os diversos eletrodos incluem pelo menos 8 eletrodos (125a-125h).

16. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que os eletrodos (125) são posicionados em um plano transversal ao eixo da ferramenta.

17. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente um gerador (140) seletivamente acoplado a um dos citados transmissores (ΤΙ, T2, T3), fazendo com que o citado transmissor gere sinais eletromagnéticos durante um período de medição.

18. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que os circuitos associados ao citado arranjo do receptor e citados diversos eletrodos (125) compreendem um voltímetro.

19. Ferramenta de registro durante a perfuração de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos um eletrodo em anel (205) posicionado na vizinhança do citado arranjo de receptor, para medir o nível de tensão na vizinhança do arranjo de receptor, para prover informação relativa a resistividade da formação.