BRPI0215420B1 - ferramenta de registro acústica, e, método de registro - Google Patents

Abstract

"ferramenta de registro acústica, e, método de registro". é descrita uma ferramenta acústica que provê forma de onda de fonte programável. inúmeras vantagens podem ser atingidas a partir da configurabilidade da forma de onda de fonte. notavelmente, registros de atividades acústicas em múltiplas freqüências podem ser obtidos com uma única passagem. a forma de onda pode ser adaptada à freqüência para maximizar a resposta de formação e adaptada à amplitude para controle de ganho. em uma forma de realização, a ferramenta acústica compreende: um controlador, um conversor analógico-para-digital (dac), um transdutor acústico, e um acionador linear. o dac converte uma forma de onda digital proveniente do controlador em uma forma de onda analógica. o transdutor acústico converte um sinal elétrico em um sinal acústico. o acionador linear recebe a forma de onda analógica a partir do dac e responsivamente provê o sinal elétrico para o transdutor acústico. o sinal elétrico é proporcional à forma de onda analógica. a ferramenta também pode incluir uma memória para armazenar a forma de onda digital e/ou software para gerar a forma de onda digital.

Description

“FERRAMENTA DE REGISTRO ACÚSTICA, E, MÉTODO DE REGISTRO” Campo da Invenção [0001] A presente invenção se refere geralmente a sistemas e métodos para determinar características de uma circunvizinha de formação de um poço não revestido. Mais particularmente, a presente invenção se refere a uma ferramenta de registro acústica que provê melhor desempenho através do uso de formas de onda de fonte programáveis.

Descrição da Técnica Pertinente [0002] Registro de poço acústico é uma técnica bem desenvolvida, e detalhes de ferramentas e técnicas de registro acústico estão expostas em A. Kurkjian, et al., “Slowness Estimation from Sonic Logging Waveforms”, Geoexploration, vol. 277, páginas 215-256 (1991); C. F. Morris et al., “A New Sonic Array Tool for Full Waveform Logging”, SPE-13285, Society of Petroleum Engineers (1984); A. R. Harrison et al., “Acquisition and Analysis of Sonic Waveforms From a Borehole Monopole and Dipole Source...”, SPE 20557, páginas 267-282 (Setembro de 1990); e C. V. Kimball e T. L. Marzetta, “Semblance Processing of Borehole Acoustic Array Data”, Geophysics, vol. 49, páginas 274-281 (Março de 1984), todos dos quais são aqui incorporados para referência.

[0003] Uma ferramenta de registro acústica tipicamente inclui uma fonte acústica (transmissor), e um conjunto de receptores que são espaçados por várias polegadas (1 in=2,54 cm) ou pés (1ft=30,48 cm). Um sinal acústico é transmitido pela fonte acústica e recebido nos receptores da ferramenta de poço não revestido, os quais são espaçados da fonte acústica. Medições são repetidas em todas as poucas polegadas (1 in=2,54 cm) à medida em que a ferramenta passa ao longo do poço não revestido.

[0004] O sinal acústico proveniente da superfície se desloca através da formação adjacente ao poço não revestido para a disposição de receptor, e os tempos de chegada ou talvez outras características das respostas de receptor são gravadas ou registradas. Tipicamente, chegadas de onda de compressão (onda P), de onda de cisalhamento (onda S), e de onda de Stoneley e formas de onda são detectadas pelos receptores e são processadas. O processamento de dados é frequentemente realizado na superfície, embora também possa ser realizada em tempo real na própria ferramenta. Indiferentemente, a informação que é registrada ou gravada é tipicamente usada para encontrar características de formação, tais como lentidão de formação (o inverso de velocidade acústica) e anisotropia, a partir dos quais pressão de poro, porosidade e outras determinações de propriedade de formação podem ser feitas. Com algumas ferramentas, os sinais acústicos podem até mesmo ser usados para produzir uma imagem da formação.

[0005] Ferramentas de registro acústicas são usadas tanto para aplicações de registro por cabo quanto registro durante a perfuração (LWD). No registro por cabo, uma amostra, ou “sonda”, alojando múltiplas ferramentas de registro, é abaixada no interior do poço não revestido por alguma ou toda profundidade do poço que foi perfurado. A sonda é fixada em um cabo condutor que transporta energia a partir da superfície para as ferramentas na sonda, e que transporta informação de telemetria para a superfície. A sonda pode ser transportada através do poço não revestido pelo cabo, ou um meio de transporte separado pode ser provido. Por exemplo, no registro “transportada por tubulação”, a sonda é montada em uma coluna de tubulação. A rigidez da coluna de tubulação permite que a sonda seja transportada através de poços não revestidos altamente desviados e horizontais.

[0006] O problema com a obtenção de medições no furo descendente através de cabo é que a instalação de perfuração tem que ser removida ou “manobrada” do poço perfurado não revestido antes de a desejada informação de poço não revestido poder ser obtida. Isto pode ser tanto demorado quanto extremamente caro, especialmente em situações onde uma porção substancial do poço foi perfurada. Nesta situação, milhares de pés (1ft=30,48cm) de tubulação podem precisar ser removidos e empilhados sobre a plataforma (se fora-da-costa). Tipicamente, sondas de perfuração são alugadas por dia a um custo substancial. Consequentemente, o custo de perfuração de um poço é diretamente proporcional ao tempo requerido para completar o processo de perfuração. A remoção de milhares de pés (1ft=30,48cm) de tubulação para inserir uma ferramenta de registro por cabo pode ser uma proposição cara. [0007] Como um resultado, existe um forte incentivo para minimizar o número de manobras de registro por cabo. Uma maneira para realizar isto envolve a coleta de dados durante o processo de perfuração. Projetos para a medição de condições no furo descendente, incluindo o movimento e local da instalação de perfuração contemporaneamente com a perfuração do poço, chegaram a ser conhecidos como técnicas de “medição-durante-perfuração”, ou “MWD”. Técnicas similares, que se concentram mais na medição de parâmetros de formação, foram usualmente referidas como “registro durante perfuração”, ou “LWD”. Embora distinções entre a MWD e a LWD possam existir, os termos MWD e LWD são frequentemente usados intercambiavelmente. Para a finalidade desta descrição, o termo LWD será usado com a compreensão de que este termo abrange tanto a coleta de parâmetros de formação quanto a coleta de informação relativa ao movimento e posição da instalação de perfuração.

[0008] As ferramentas de LWD são geralmente dispostas tão próximas da broca de perfuração quanto possível, de modo a minimizar o retardo entre atingir uma formação e medir suas propriedades. Quando implementadas como ferramentas de LWD, as ferramentas de registro acústicas têm que superar um número de obstáculos para operar com sucesso. Estes obstáculos incluem ruído de perfuração e propriedades acústicas do espesso corpo de ferramenta.

[0009] Por conseguinte, ferramentas de registro acústica tanto em aplicações por cabo quanto em LWD têm desafios a serem superados.

Sumário da Invenção [00010] Portanto, é aqui descrita uma ferramenta acústica que provê uma forma de onda de fonte programável. Inúmeras vantagens podem ser atingidas a partir da configurabilidade da forma de onda de fonte. De maneira notável, registros de atividades acústicos em frequências múltiplas podem ser adquiridos com uma única passagem. A forma de onda pode ser adaptada à frequência para maximizar a resposta de formação, e amplitude adaptada para controle de ganho. Inúmeras outras vantagens potenciais são aqui também descritas.

[00011] Em uma forma de realização, a ferramenta acústica compreende: um controlador, um controlador digital-para-analógico (DAC), um transdutor acústico, e um acionador linear. O DAC converte uma forma de onda digital proveniente do controlador em uma forma de onda analógica. O transdutor acústico converte um sinal elétrico em um sinal acústico. O acionador linear recebe a forma de onda analógica a partir do DAC e responsivamente provê o sinal elétrico para o transdutor acústico. O sinal elétrico é proporcional à forma de onda analógica. A ferramenta também pode incluir uma memória para armazenar a forma de onda digital e/ou software para gerar a forma de onda digital.

[00012] A presente invenção também contempla um método de registro. O método de registro compreende: (a) converter uma forma de onda digital em um sinal analógico; (b) prover o sinal analógico a um transdutor acústico através de um acionador linear; e (c) produzir um sinal acústico tendo uma forma de onda que corresponda à forma de onda digital. O método também pode incluir adaptar a forma de onda digital para maximizar uma resposta de formação e/ou otimizar a amplitude de um sinal de recepção.

Breve Descrição dos Desenhos [00013] Para uma descrição mais detalhada da forma de realização preferida da presente invenção, referência será agora feita aos desenhos acompanhantes, nos quais: a figura 1 mostra um ambiente de registro transportado por tubulação; a figura 2 mostra uma forma de realização preferida de ferramenta de registro acústica; a figura 3 mostra uma vista de seção transversal da disposição de receptor; a figura 4 mostra um esquema de componentes eletrônicos de controle para a fonte monopolar; e a figura 5 mostra um esquema de componentes eletrônicos de controle para um transdutor de fonte dipolar.

[00014] Embora a invenção seja susceptível de várias modificações e formas alternativas, formas de realização específicas da mesma estão mostradas a título de exemplo nos desenhos e serão aqui descritas em detalhe. Deve ser entendido, contudo, que os desenhos e a descrição detalhada dos mesmos são têm a intenção de limitar a invenção à forma particular descrita, mas, pelo contrário, a intenção é de cobrir todas modificações, equivalentes e alternativas que caem dentro do espírito e escopo da presente invenção como definida pelas reivindicações apensas.

Descrição Detalhada da Forma de Realização Preferida [00015] Retornando agora para as figuras, a figura 1 ilustra um típico ambiente de registro transportado por tubulação. A tubulação contínua 14 é puxada a partir de um carretel 12 e injetada em um furo de poço por meio de um injetor 16. A tubulação 14 é injetada através de um obturador 18 e de um agente de prevenção de explosão 20, e passa através da tubulação interna 22 para dentro do furo de poço. No poço, a sonda de instrumento de furo descendente, incluindo uma ferramenta de registro acústica 24, é acoplada com a tubulação 14. A sonda é preferivelmente configurada para se comunicar com um sistema de computador de superfície 26 através de condutos de informação contidos na tubulação 14. Um suprimento de energia 28 pode ser provido para suprir energia ao instrumento de furo descendente 24 através de condutos de energia na tubulação 14. Alternativamente, a energia e telemetria podem ser transportadas por um cabo fixado na superfície da tubulação 14.

[00016] O sistema de computador de superfície 26 é preferivelmente configurado para se comunicar com a ferramenta de registro acústica 24. A ferramenta de registro acústica 24 pode ser um de vários sensores de furo descendente e um dispositivo de controle constituindo a sonda de instrumento. O sistema de computador de superfície 26 é preferivelmente configurado por software 30 para monitorar e controlar instrumentos na sonda de instrumento. O sistema 26 pode incluir um dispositivo de exibição 32 e um dispositivo de alimentação pelo usuário 34 para permitir que um operador humano interaja com o software de controle de sistema 30.

[00017] A figura 2 mostra uma preferida forma de realização de uma ferramenta de registro acústica 24. A ferramenta pode ser dividida em quatro seções: a seção de componentes eletrônicos principais, a disposição de receptor, a seção de transmissor e isolador, e os componentes eletrônicos de controle de transmissor. Cada uma destas seções é discutida por vez abaixo.

Componentes Eletrônicos Principais [00018] A seção de componentes eletrônicos principais controla a aquisição dos dados de forma de onda e comunicação com a superfície. Os sinais de cada um dos 32 transdutores de receptor são preferivelmente digitalizados usando conversores analógicos-para-digitais (ADC) de alta resolução (por exemplo, 18 bit) e transmitidos para a superfície. O dado de forma de onda é preferivelmente adquirido sem controle de ganho adaptivo (AGC) (embora uma opção de AGC equivalente exista para a ignição de disparo). O sistema de obtenção total demonstrou uma largura de banda de ganho equivalente superior a 90 dB, atingida pelo controle da sensibilidade de receptor e saída de fonte, tornando o uso de um AGC desnecessário. Apesar disso, um AGC pode ser incluído em algumas formas de realização.

[00019] Uma típica sequência de disparo de transmissor, a cada profundidade, envolve o disparo da fonte monopolar, disparo do dipolo X-X, então disparo do dipolo Y-Y. Com intervalo de 100 ms entre cada disparo (este intervalo é programável), os componentes eletrônicos principais 96 obtêm formas de onda digitalizadas a cada 300 ms e envia-as para a superfície. A velocidade de registro pode ser limitada pela taxa de telemetria líquida, pela desejada taxa de amostragem de profundidade, e/ou pela potência de processamento do sistema de obtenção na superfície. Sob condições de operação normais (obtenção total de um monopolo e duas ativações de dipolo; processamento para o monopolo e uma, ou ambas, das disposições de dipolo), uma velocidade de registro de 548,64 m/h foi atingida com uma coluna de registro “quad-combo” completa (resistividade, acústica, densidade, nêutron, navegação direcional, gama, e calibre de múltiplos eixos). Vantagens na aquisição e transmissão do conjunto total de 96 formas de onda de receptor sem qualquer processamento no furo descendente incluem a capacidade de se usar algoritmos de processamento avançados no conjunto total de formas de onda para derivar informação azimutal acerca da velocidade de compressão, bem como a execução de processamento avançado para anisotropia de onda de cisalhamento refratada.

Disposição de Receptor [00020] Na forma de realização preferida, a disposição de receptor consiste de 32 cristais de receptor dispostos em oito anéis coplanares. Cada anel tem quatro receptores montados perpendicularmente ao eixo geométrico de ferramenta e uniformemente distribuídos em 90° um em relação ao outro, como mostrado na figura 3. O posicionamento circunferencial dos receptores é preferivelmente alinhado com as fontes dipolares, de modo que existe duas disposições em linha e duas disposições cruzadas para ambas as fontes dipolares X-X e Y-Y. O desvio a partir do anel de receptor mais superior é de 3,1 m a partir da fonte monopolar e 2,8 m a partir das fontes dipolares, na profundidade. O espaçamento entre os anéis de receptor é de 0,15 m. Isto proporciona um comprimento de disposição de receptor de 1,07 m. No modo de obtenção de dipolo, a disposição de receptor em linha e a disposição de receptor em linha cruzada são, cada, disposições de 2 por 8 de receptores. [00021] Na forma de realização preferida, os receptores têm uma resposta de frequência de 0,5 kHz até cerca de 20 kHz. Como mostrado na figura 3, os 32 receptores individuais 46 são montados em bolsas de receptor, ligeiramente entalhadas a partir da superfície externa do alojamento de ferramenta. Cada receptor é individualmente compensado com respeito a pressão e temperatura pela extensão total das especificações de operação para a ferramenta (por exemplo, 1.379 bar, 175°C). Isto permite a fácil manutenção no local do poço, se um dos receptores for danificado por qualquer razão, sem a necessidade de elaborado enchimento de óleo ou estações de evacuação. [00022] Os receptores são preferivelmente correspondentes em conjuntos de quatro e em conjuntos de 32. A correspondência pode ser feita como segue, com o receptor totalmente montado enchido com a quantidade adequada do óleo requerido pelo sistema de compensação de pressão e temperatura. Cada receptor é individualmente testado até 1.379 bar e 150° C (ANSI-1988). Cada resposta do receptor a uma conhecida fonte calibrada é registrada ou gravada em muitas frequências diferentes. Tendo sido uma vez todo o dado coletado, os receptores tendo respostas estreitamente correspondentes são agrupados em conjuntos de quatro e em conjuntos de 32. A planura aceita da resposta de receptor através de uma ampla faixa de frequência é ± 2 dB (com a média medida mais próxima de ± 0,75 dB). A diferença de sensibilidade aceita entre os quatro receptores de um “quad” é ± 0,75 dB (com a média medida mais próxima de ± 0,2 dB). Através de vários dos testes de campo e dos trabalhos comerciais desta ferramenta, a atual correspondência de receptor sob condições do furo descendente foi analisada e constatado que estava dentro das faixas citadas acima.

[00023] Na forma de realização preferida, as fontes acústicas e a disposição de receptor 46 são preferivelmente baseadas em elementos piezelétricos, projetados para operar em condições do furo descendente. Todavia, muitas outras fontes e detectores são adequados para a operação no furo descendente, e podem ser usados.

Transmissor & Isolador [00024] A seção de transmissor e isolador inclui um transmissor monopolar 42, um par de transmissores dipolares cruzados 44, e um componente de isolamento acústico. O transmissor monopolar 42 inclui um cristal piezelétrico de geometria cilíndrica. O cristal é montado em uma disposição que permite que a energia acústica transmitida seja essencialmente uniforme em torno da circunferência da ferramenta. O transmissor monopolar é energizado no modo típico ‘pulsado’ (descrito abaixo com referência à figura 4), onde uma onda monopolar essencialmente pura é emitida com uma frequência central em torno de 5-6 kHz e energia através de toda a banda de frequência entre 1 kHz e 12 kHz. Esta frequência central é entre aproximadamente um terço e metade da frequência de transmissor monopolar de ferramentas de monopolo tradicionais. A menor frequência resulta em uma profundidade muito maior de investigação para a onda P e a onda de cisalhamento refratada. A fonte de monopolo é utilizada para derivação das chegadas refratadas a partir da total obtenção de onda, isto é, a velocidade de onda de compressão (bem como de outras propriedades associadas, como energia, teor de frequência, etc.), da velocidade de onda de cisalhamento refratada e de suas propriedades de onda associadas, e da velocidade de onda de Stoneley com seus próprios parâmetros associados.

[00025] Cada um dos transmissores de dipolo 44 inclui dois transdutores montados em lados opostos da ferramenta 24. Os dipolos cruzados são montados perpendicularmente, de modo que, conjuntamente, os dipolos cruzados formam uma disposição de “quad” na profundidade de transdutores (similarmente aos transdutores de receptor mostrados na figura 3). Cada um dos quatro transdutores dipolares é preferivelmente do tipo de “barra de dobrador", isto é, uma superfície flexível tendo cristais piezelétricos nos lados opostos. Quando o cristal em um lado é impelido para se alongar, o cristal no lado oposto é impelido para se contrair. Isto causa com que a instalação se flexione. Sinais acústicos são transmitidos pela flexão da superfície nas frequências desejadas. A frequência de sinal é programável, como descrito abaixo, mas os transdutores são preferivelmente capazes de frequências de sinal entre pelo menos 0,5 kHz a 3 kHz.

[00026] O posicionamento ortogonal dos transdutores de barra de dobrador permite uma geração de onda de flexão X-X e Y-Y controlada. As fontes são montadas em uma tal maneira, que muito pouca energia é acoplada na instalação de alojamento de ferramenta, minimizando assim a excitação de ondas acústicas indesejadas na própria ferramenta. Em adição, a montagem da fonte assegura que não exista excitação cruzada ou transversal a partir de um par de barras de dobrador para o outro, assegurando assim uma apropriada assinatura de dipolo acústica.

[00027] Rigorosos testes da forma de realização preferida foram realizados, tanto em equipamentos de laboratório utilizando grandes tanques de água, quanto também na facilidade de teste de Lake Travis, na Universidade do Texas, Austin. Os testes confirmaram que a fonte totalmente montada é um verdadeiro dipolo. Medições nas facilidades de teste mostraram que o projeto de transmissor dipolar emite uma verdadeira onda de flexão com propriedades direcionais X-X e Y-Y de redução de pelo menos 25 a 30 dB a partir do máximo nos lóbulos de dipolo até o mínimo nos pontos axiais de cruzamento.

[00028] O isolador acústico serve para atenuar e retardar ondas acústicas que se propagam através do corpo da ferramenta a partir das fontes até a disposição de receptor 46. Qualquer isolador acústico padrão pode ser usado, embora uma forma de realização preferida de isolador seja descrita no Pedido de Patente US co-pendente N.° 10/007,955 (doc. do agente. # 139127000), o qual é aqui incorporado para referência. O isolador provê duas vantagens notáveis: ele pode resistir a uma força de 100.000 libras (45.300 kg), de tração e compressão, e provê isolamento acústico por mais de 90 dB sobre uma extensa faixa de frequência, estendendo-se de modo tão baixo quanto cerca de 500 Hz a 600 Hz.

[00029] Em adição ao isolador principal, isoladores/absorvedores de onda acústica, adicionais, são preferivelmente colocados sobre a seção de receptor em ambas as extremidades e entre sucessivos conjuntos de receptor. Finalmente, a montagem das fontes dipolares e os receptores propriamente ditos provê maior isolamento. A combinação de tudo que foi dito acima permitiu que esta ferramenta obtivesse adequadamente sinais acústicos de formação na região de sub-quilohertz, uma região que é muito próxima ao limite de excitação de ondas de flexão. (A função de excitação para as ondas de flexão exibe uma dramática queda quando a frequência de fonte é reduzida para a área de 600 Hz a 1 kHz; frequências de operação de fonte abaixo daquele nível irá excitar predominantemente ondas de tubo com muito poucos, senão nenhum, componentes de onda de flexão).

Componentes Eletrônicos de Transmissor [00030] Quando a seção de componentes eletrônicos principais habilita a operação da ferramenta de registro acústica, os componentes eletrônicos de transmissor controlam o disparo e sincronização das fontes acústicas. Um controlador nos componentes eletrônicos de transmissor dispara as fontes acústicas periodicamente, produzindo, através disto, ondas de pressão acústica que se propagam através do fluido de poço não revestido e para o interior da formação circunvizinha. No limite de poço não revestido, alguma da energia acústica é convertida em ondas P, as quais se deslocam através da formação, e em ondas de cisalhamento, as quais se propagam ao longo da interface entre o fluido de poço não revestido e a formação. À medida que estas ondas se propagam para além da disposição de receptor 46, elas causam variações de pressão que podem ser detectadas pelos elementos de disposição de receptor. Os sinais de disposição de receptor são preferivelmente processados na superfície para determinar as características da formação.

[00031] A figura 4 provê um esquema para os componentes eletrônicos de controle da fonte monopolar. Estes componentes eletrônicos de controle são mais ou menos representativos de fontes acústicas existentes. A fonte monopolar 42 é acoplada com o enrolamento secundário de um transformador de multiplicação 104. (Uma indutância de sincronização 140 é incluída para abaixar a frequência de ressonância do sinal.). O enrolamento primário do transformador 104 é acoplado com um capacitor 110, e um transistor 108 momentaneamente fecha o laço de corrente entre o enrolamento primário e o capacitor 110. Quando o transistor 108 está inativo, o capacitor 110 é carregado pela fonte de tensão através de uma resistência 112 (ou de um transistor ou outro dispositivo de limitação de corrente).

[00032] O transistor 108 é controlado por meio de um controlador 130. Para “disparar” a fonte monopolar, o controlador 130 impõe um sinal de controle que ativa o transistor 108, deste modo permitindo que o capacitor 110 descarregue através do enrolamento primário do transformador 104. Isto causa uma corrente oscilatória no enrolamento secundário. Esta corrente oscilatória é um sinal elétrico que causa com que a fonte monopolar 42 gere um sinal acústico.

[00033] Na forma de realização preferida, o controlador 130 é um processador de sinal digital (DSP), o qual executa software armazenado em uma memória fixada 132. O controlador 130 pode ser acoplado com um módulo de comunicação de furo ascendente 134 através de um barramento de ferramenta 133. Um computador de superfície 26 (figura 1) pode se comunicar com o controlador 130 para ler e alterar parâmetros de operação do controlador 130 e dos algoritmos de software.

[00034] Uma diferença significante com relação a ferramentas de dipolo-cruzado da geração anterior, e uma distinta vantagem da fonte empregada nesta ferramenta, é o mecanismo de excitação de fonte dipolar e seus associados componentes eletrônicos de controle. Em termos simples, esta fonte dipolar é totalmente programável em todos seus aspectos, incluindo frequência, amplitude, assinatura de onda emitida, e duração de onda. Em adição à programabilidade das características de fonte dipolar, os componentes eletrônicos na ferramenta oferecem controle quase ilimitado da sequência de “disparo" da fonte e a sincronização entre disparos consecutivos. [00035] A figura 5 provê um esquema para os componentes eletrônicos de controle para um dos transdutores da fonte dipolar. Diferentemente daquele da fonte monopolar, o circuito de acionamento para os transdutores de fonte de dipolo emprega uma configuração de acionador linear. Processo conseguinte, o sinal acústico gerado pelo transdutor 44 acompanha de perto o sinal analógico gerado pelo conversor de digital-para-analógico (D AC) 128 em resposta a uma forma de onda digital provida pelo controlador 130. A forma de onda pode ser armazenada na memória 132 ou pode ser gerada de acordo com o software armazenado na mesma. Em uma forma de realização alternativa, a forma de onda pode ser transmitida a partir da superfície.

[00036] O transdutor 44 converte um sinal elétrico em um sinal acústico através de expansão e contração, induzidas por tensão. A expansão e contração do transdutor 44 são respectivamente causadas pelas diferenças de tensão positivas e negativas através dos terminais. Diferenças de tensão positivas são induzidas no enrolamento secundário do transformador 105, quando o transistor 109 é ativado e o transistor 111 é desativado. De modo contrário, diferenças de tensão negativas são induzidas quando o transistor 111 é ativado e o transistor 109 é desativado. Os sinais de controle para os transistores 109, 111 são providos a partir de um módulo de retificar/separador 116 através de amplificadores 113, 115.

[00037] O módulo de retificador/separador 116 separa um sinal de entrada em dois sinais de saída. Um dos sinais de saída representa o sinal de entrada quando o sinal de entrada é positivo, e iguala a zero quando o sinal de entrada é negativo. O outro sinal de saída representa o negativo do sinal de entrada quando o sinal de entrada é negativo, e iguala a zero quando o sinal de entrada é positivo. Assim, ambos os sinais de saída são sempre positivos ou zero.

[00038] A porção remanescente dos componentes eletrônicos de controle para o transdutor de fonte dipolar é o amplificador de soma 118. A saída do amplificador de soma 118 é provida como o sinal de entrada para o módulo de retificador/separador 116. O amplificador de soma tem uma entrada não inversora, a qual é aterrada, e uma entrada inversora, a qual recebe uma soma ponderada de quatro sinais: o sinal analógico proveniente do DAC 128, a saída do amplificador de soma 118, e as tensões nos terminais externos do enrolamento primário do transformador 105. Cada um dos quatro sinais é provido à entrada inversora do amplificador de soma 118 através de uma correspondente resistência 119, 120, 122, 124. Os pesos relativos das resistências 119-124 são selecionados para causar com que as tensões nos terminais externos do primário trilhem suas respectivas porções do sinal analógico, tão estreitamente quanto possível. Este projeto permite o uso de transistores MOSFET, de elevada potência calculada (os quais são tipicamente dispositivos não lineares) em um amplificador linear de elevada potência. Para maiores detalhes acerca dos aspectos básicos do projeto de amplificador operacional, faça referência a qualquer texto eletrônico padrão, tal como Horowitz e Hill, O Tipo de Componentes Eletrônicos (The Art of Electronics), 2a edição, ©1989 - Editora da Universidade de Cambridge. [00039] No clássico registro de dipolo por cabo, o período de ativação de fonte e a sequência na qual as fontes são ativadas são muito definidos somente pela velocidade de registro e pela exigência de um conjunto de números de amostras por pé (1ft=30,48cm). Em um cenário típico, as existentes ferramentas de registro acústica irão energizar a fonte monopolar, e então energizar as duas fontes dipolares em sequência (ou primeiramente energizar as duas fontes dipolares e então a fonte monopolar). A presente ferramenta possibilita que o operador programe a ferramenta para a completa sequência de ativação de fonte para quase qualquer combinação concebível de energização das três fontes, em sequência. Dependendo das exigências de avaliação de formação, um cenário, no qual somente uma seção do poço é registrado no modo total de dipolo-cruzado, pode ser imaginado e pode ser acomodado pelos controles avançados implementados neste projeto.

[00040] Em adição ao controle de fonte, a sincronização entre ativações consecutivas é também programável. As fontes podem ser disparadas individualmente ou ao mesmo tempo (no último caso, as fontes preferivelmente emitiriam formas de onda distinguíveis). No esperado cenário de operação, as três ativações de fonte (monopolo, dipolo X, dipolo Y) ocorrem com separação de 100 ms uma da outra. Para a velocidade de registro padrão de 548,64 m/h, isto implica em um deslocamento de profundidade de 1,524 cm entre ativações consecutivas de fonte dipolar, fornecendo obtenções de dipolo que são essencialmente “sincronizadas” tanto em profundidade quanto no tempo. Visto que as formas de onda de 64 dipolos são obtidas dentro de 1,524 cm do movimento de ferramenta vertical, deslocamento de profundidade dos dados de forma de onda para desvios de fonte dipolar X-Y e retardos de disparo de transmissor, não são requeridos.

[00041] A programabilidade da ferramenta acústica descrita torna possível uma variedade de métodos de registro aperfeiçoados. Em um método de registro aperfeiçoado, múltiplas frequências são usadas. Na primeira sequência de disparo (por exemplo, monopolo, dipolo X-X, dipolo Y-Y), a frequência de forma de onda de dipolo é ajustada em uma baixa frequência (por exemplo, 0,5 kHz), e na próxima sequência de disparo, a frequência de forma de onda de dipolo é ajustada em uma alta frequência (por exemplo, 3 kHz). O controlador 130 pode alternar entre duas frequências ou ciclar através de múltiplas frequências. Desta maneira, registros de atividades acústicas em múltiplas frequências podem ser obtidos em uma descida única.

[00042] Em um outro método de registro aperfeiçoado, múltiplas formas de onda são usadas. Em uma primeira sequência de disparo, uma forma de onda de dipolo de “chilro” é transmitida. Uma característica notável de formas de onda de chilro é que elas “varrem” através de uma faixa de frequências de sinal. O controlador 130 pode processar os resultados a partir deste disparo para determinar uma frequência de investigação de melhor formação, e então usar um único pulso de frequência (ou outro sinal de banda de frequência estreita) como a forma de onda para a próxima sequência de disparos. Testes mostraram claramente que existe uma frequência ótima para excitação por ondas de flexão, e se espera que esta proposta melhore grandemente a resposta de formação a ondas de flexão.

[00043] Em ainda um outro método de registro aperfeiçoado, o controlador 130 monitora as amplitudes de sinal recebidas e responsivamente adapta a amplitude da forma de onda de dipolo transmitida. A amplitude de sinal é preferivelmente otimizada para maximizar a energia transmitida através da formação sem saturar os receptores.

[00044] Em um outro método de registro aperfeiçoado, a forma de onda de dipolo é uma pequena onda de choque de Ricker. Pequenas ondas de choque de Ricker são usualmente empregadas em sismografia, e seu uso em registro acústico pode facilitar a síntese de dados de registro com dados sismográficos.

[00045] Em ainda um outro método de registro aperfeiçoada, o controlador 130 ajusta a duração da forma de onda transmitida para compensar ruído estranhos. O aumento da duração de forma de onda eleva a energia transmitida, desta maneira melhorando a relação de sinal-para-ruído da medição (SNR). Alternativamente, a duração pode ser alterada para configurar a largura de banda da forma de onda.

[00046] Em ainda um outro método de registro aperfeiçoado, o controlador 130 dispara os transdutores em uma ordem que depende da resolução desejada das medições com base em uma dada forma de onda. Por exemplo, um registro de atividades de dipolo de baixa frequência pode requerer menos medições que um registro de atividades de dipolo de alta frequência. Por conseguinte, o controlador 130 pode ser programado para disparar os transdutores bipolares com uma forma de onda de baixa frequência menos frequentemente do que para disparar os mesmos com uma forma de onda de alta frequência (por exemplo, *Λ, como é frequente). Isto permitiria registro mais rápido ou reduziria a necessária largura de banda de telemetria.

[00047] Em ainda um outro método de registro aperfeiçoado, o controlador 130 adaptivamente ajusta a frequência da forma de onda de dipolo para maximizar a resposta de formação. Em adição a maximizar a SNR das medições, este método de registro também provê um registro de atividades de frequência acústica da formação, isto é, um registro de atividades que mostra a frequência de ressonância de sucessivas camadas de formação.

[00048] Em um outro método de registro aperfeiçoado, o controlador 130 pode ser programado com uma forma de onda de dipolo que maximiza a energia de sinal, enquanto minimiza o modo de ferramenta. Isto é, a forma de onda programada pode ser um sinal de banda larga com frequência nula nos modos de vibração do corpo de ferramenta.

[00049] Outros parâmetros que são preferivelmente programáveis incluem: a taxa de disparo, o intervalo de digitalização (isto é, a frequência de amostragem do conversor de A/D), e o número de amostras obtidas por cada sensor.

[00050] Evidentemente, em cada um dos métodos acima, os parâmetros ajustados podem ser controlados a partir da superfície, quer automaticamente quer por meio de controle manual; ou eles podem ser controlados pela própria ferramenta (por exemplo, usando mecanismos ou algoritmos de controle adaptivos).

[00051] A ferramenta de registro acústica é totalmente combinável com todos suítes de registro, minimizando assim o número de manobras de registro requeridas para a avaliação da formação. O transmissor monopolar de baixa frequência (em comparação com outra forma de onda total e ferramentas sônicas de dipolo) permite que as medições de Vp/VS sejam obtidas dentro de profundidades similares de investigação, bem além de qualquer região alterada próxima ao furo de poço. E, por último, as fontes dipolares cruzadas, na profundidade, e sequência de disparo de transmissor, permite que todas 64 formas de onda de dipolo desde a disposição de receptor de oito níveis sejam confiavelmente usadas para análise de anisotropia, sem a necessidade de deslocamento de profundidade, ou normalização de dados de forma de onda.

[00052] Inúmeras variações e modificações ficarão aparentes para aqueles especializados na técnica quando a descrição acima for completamente apreciada. Por exemplo, a ferramenta pode ser adaptada para uso em LWD/MWD, com cabo, registro transportado por tubulação, etc. É pretendido que as reivindicações que seguem sejam interpretadas de modo a incluir todas de tais variações e modificações.

REIVINDICAÇÕES

Claims (17)

1. Ferramenta de registro acústica (24), compreendendo: um controlador (130); um conversor digital para analógico (DAC) (128) que converte uma forma de onda digital proveniente do controlador (130) em uma forma de onda analógica; e, um transdutor acústico (44) que converte um sinal elétrico em um sinal acústico; caracterizada pelo fato de compreender ainda: um acionador linear, formado por elementos (119, 122, 124, 120, 118, 116, 113, 115, 109, 111, 105), que recebe a forma de onda analógica a partir do DAC e que responsivamente provê o sinal elétrico para o transdutor acústico (44), sendo que o sinal elétrico é proporcional à forma de onda analógica.

2. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a forma de onda digital é programável.

3. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que também compreende: uma memória (132) acoplada com o controlador (130), sendo que o controlador (130) gera a forma de onda digital de acordo com a informação armazenada na memória (132).

4. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que também compreende: uma memória (132) acoplada com o controlador (130), sendo que a memória (132) é configurada para armazenar a forma de onda digital.

5. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a forma de onda digital é comunicada ao controlador (130) a partir de um computador de superfície (26) enquanto a ferramenta (24) está no furo descendente.

6. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o controlador (130) opera de acordo com uma taxa de disparo programável para o transdutor acústico (44).

7. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a duração da forma de onda digital é programável.

8. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o controlador (130) adapta uma frequência central da forma de onda digital para maximizar uma resposta de formação para o sinal acústico.

9. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o controlador (130) adapta uma amplitude da forma de onda digital para manter um sinal de recepção dentro de uma faixa dinâmica predeterminada.

10. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o transdutor acústico (44) inclui um cristal piezelétrico.

11. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o controlador (130) provê múltiplas, diferentes, formas de onda digitais para o DAC.

12. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que uma das formas de onda digitais é um sinal de chilro, e sendo que outra das formas de onda digitais é um pulso de frequência.

13. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que uma das formas de onda digitais tem uma frequência central que difere de uma frequência central de uma outra das formas de onda digitais.

14. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o transdutor acústico (44) é um de um conjunto de transdutores acústicos que formam uma fonte dipolar cruzada.

15. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o acionador linear inclui um amplificador operacional (118) em uma configuração de realimentação que reduz qualquer diferença entre o sinal elétrico e a forma de onda analógica.

16. Ferramenta de registro acústica (24) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o acionador linear também inclui: um amplificador operacional (118); um retificador/separador (116) que recebe um sinal de saída a partir do amplificador operacional (118) e converte o sinal de saída em um sinal positivo que corresponde a uma porção positiva do sinal de saída, e em um sinal negativo que corresponde a uma porção negativa invertida do sinal de saída; um transformador (105) tendo um primário positivo com uma tensão controlada pelo sinal positivo, um primário negativo com uma tensão controlada pelo sinal negativo, e um secundário acoplado com o transdutor acústico (44), sendo que o amplificador operacional (118) é configurado para reduzir uma diferença entre as tensões de primário de transformador (105) e a forma de onda analógica.

17. Método de registro, compreendendo: armazenar uma forma de onda digital em uma memória (132) de furo descendente; recuperar a forma de onda digital a partir da memória (132) de furo descendente; e, aplicar a forma de onda digital em um conversor digital para analógico (DAC) que converte a forma de onda digital em um sinal analógico, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: prover um sinal elétrico para um transdutor acústico (44) a partir de um acionador linear, formado por elementos (119, 122, 124, 120, 118, 116, 113, 115, 109, 111, 105), sendo que o acionador linear inclui um percurso de realimentação para minimizar erro entre uma versão em escala do sinal elétrico e o sinal analógico.