BRPI0611826B1 - Método para filtração de coerência de sinal de sistema acústico - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA FILTRAÇÃO DE COERÊNCIA DE SINAL DE SISTEMA ACÚSTICO Uma técnica de processamento de forma de onda de método utilizando coerência de sinal dos dados de sistema para processar os sinais tendo relação insuficiente de sinal/ruído. Dados bru-tos de forma de onda são primeiramente transformados em domínio f-k (número de onda-freqüên-cia). Uma função de coerência é então calculada e submetida à convolução com os dados no domínio f-k, o que efetivamente suprime os sinais não coerentes nos dados. Para os dados coe-rentes restantes, a parte não desejada é emudecida e a parte desejada é mantida e transformada inversamente para produzir os dados de forma de onda de sistema filtrado com coerência. Após esse processamento, pequenos sinais que estão ocultos nos dados originais são extraídos com coerência mais aperfeiçoada. O processamento subseqüente dos dados produz informação con-fiável sobre a propriedade acústica da formação.

Description

PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Esse pedido reivindica prioridade a partir do Pedido Provisório co-pendente US 60/690.880, depositado em 15 de junho de 2005, cuja revelação integral é incorporada aqui como referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[002] A presente invenção se refere a um método e sistema para filtrar dados de sinal. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método e sistema para analisar dados de sinal coletados por um sistema de receptores, determinando a função de coerência dos dados recebidos, e filtrando os dados brutos recebidos com a função e coerência.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[003] Sistemas de compilação de dados, isto é, uma compilação de mais do que um registrador de dados de ponto de posição única, são usados na compilação de uma miríade de dados. Exemplos de dados compilados de sistema incluem ondas de rádio, sonar, acústicas, sísmicas, de radar apenas para citar uns poucos. Frequentemente os dados recebidos e gravados por tais sistemas podem incluir sinais indesejados que se misturam com os dados desejados e distorcem as gravações finais desse modo proporcionando resultados distorcidos. Além disso, ao lidar com sistemas de dispositivos de gravação de dados, o retardo de tempo entre os sinais dos registradores individuais é especialmente importante. Embora os dados gravados possam ser processados e filtrados para remover o ruído e para extrair informação a partir do retardo de tempo, ainda existe espaço para aperfeiçoamento significativo no processamento de tais dados.

[004] No registro acústico através de uma formação de terra, os sinais acústicos que se deslocam ao longo da formação frequentemente são contaminados por outras ondas acústicas que se deslocam ao longo de um percurso diferente. Por exemplo, na medição do tipo registrando enquanto perfurando, as ondas acústicas podem se deslocar ao longo do corpo da ferramenta (colar de perfuração) interferir significativamente com os sinais da formação. No registro de furo revestido, a transmissão de ondas acústicas ao longo do revestimento pode se tornar significativa se o revestimento estiver insuficientemente ligado com cimento. Além disso, essa transmissão de onda pode se tornar muito ampla se o revestimento estiver desprendido de cimento (isto é, a situação de tubo livre). Tubman, K. M., Cheng, C.H., e Toksoz, M.N., 1984, Synthetic full-waveform acoustic logs in cased boreholes, II - Poorly Bonded Casing, Geophysics, 51, 902,913. Na situação mencionada por último, processar os sinais acústicos para obter propriedades de formação é extremamente difícil porque os sinais de formação quase não podem ser discerníveis na presença de ondas de revestimento irresistíveis. Devido ao fato da maioria dos poços existentes serem revestidos e frequentemente existir uma necessidade de determinar as propriedades acústicas através do revestimento, registro acústico em furo revestido ainda é feito rotineiramente porque as propriedades da formação podem ser medidas quando o revestimento está bem ligado com a formação. Tang, X. M., e Cheng, C. H., 2004, Quantitative Borehole Acoustic Methods, Elesevier. Contudo, os dados medidos frequentemente são abandonados quando o revestimento é insuficientemente ligado ou destacado devido à interferência causada pelas ondas passando através do revestimento.

[005] Devido à necessidade de medir as propriedades acústicas da formação através de um revestimento insuficientemente ligado/destacado, diversos métodos têm sido testados para processar os dados acústicos sob essas condições. Uma prática comum é a de aplicar o método de semelhança de rotina diretamente aos dados e detectar os pequenos eventos no correlograma de semelhança que são associados às chegadas de formação. Esse método frequentemente fracassa porque os sinais de formação, embora teoricamente existam, são pequenos em comparação com os sinais de toque de revestimento amplos e desse modo são difíceis de distinguir a partir dos ruídos nos dados. Um método de probabilidade máxima foi usado para melhorar a resolução do sinal de formação no correlograma. Block, L. V., Cheng, C. H. and Duckworth, G. L., 1986, Velocity Analysis of Multi-receiver Full Waveform Acoustic Logging Data in Open and Cased Holes, 56th Ann. Internat. Mtg.: Soc. of Expl. Geophys., Session:BHG2.5. Contudo, devido à diferença de amplitude entre os sinais da formação e do revestimento, a resolução aperfeiçoada não é de muita ajuda na resolução do sinal de formação de baixa coerência com uma relação insuficiente de sinal/ruído.

[006] Existe a necessidade de suprimir o sinal forte do revestimento de modo que a coerência do sinal de formação possa ser melhorada, para realizar isso um método de subtração de forma de onda foi desenvolvido para suprimir os sinais de revestimento. Valero, H. Skelton, O., Almeida, M., Stammeijer, J. and Omerod, M., 2003, Processing of Monopole Sonic Waveforms Through Cased Hole, 73rd Ann. Internat. Mtg.: Soc. of Expl. Geophys., 285-288. Mediante isolamento de uma porção das ondas de revestimento à frente da chegada de formação e subtraindo as ondas a partir dos dados, a coerência do sinal de formação é aperfeiçoada e o sinal pode assim ser escolhido a partir do processamento de semelhança. Contudo, como declarado em Varelo et al (2003), o método não funciona bem quando os sinais do revestimento e da formação estão sobrepostos em tempo. Portanto, existe a necessidade de um dispositivo e método capazes de processar dados de sinal e filtrar de forma bem-sucedida as porções indesejadas do sinal adquirido.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] O presente método aqui revelado envolve um método de técnica de processamento de forma de onda utilizando coerência de sinal dos dados de sistema para processar sinais com relação insuficiente de sinal/ruído. Os dados brutos de forma de onda são primeiramente transformados em domínio f-k (número de frequência- onda). Uma função de coerência é então calculada e submetida à convolução com os dados no domínio f-k, o que efetivamente suprime os sinais não coerentes nos dados. Para os dados coerentes restantes, a parte indesejada é emudecida e a parte desejada é mantida e transformada-inversa para produzir os dados de forma de onda de sistema filtrado de coerência. Após esse processamento, pequenos sinais que estão ocultos nos dados originais são extraídos com muita coerência aperfeiçoada. Processamento subsequente dos dados produz informação segura sobre a propriedade acústica da formação.

[008] A presente invenção inclui um método de processar dados de sinal compreendendo, obter os dados de sinal, obtendo uma função de coerência relacionada aos dados de sinal, e filtrar os dados de sinal com a função de coerência desse modo produzindo dados filtrados de coerência. Os dados de sinal compreendem, entre outros dados, os dados acústicos de fundo de furo. A filtração do presente método pode ser realizada no domínio de número de frequência-onda. O método pode compreender ainda suprimir os sinais indesejados a partir dos dados de onda filtrados de coerência assim como opcionalmente compreendendo ainda converter os dados de onda filtrados de coerência para o domínio de tempo. A etapa de obter os dados de sinal compreende, criar um sinal sísmico dentro de um revestimento de furo de poço e gravar a onda resultante se propagando através do revestimento. Os dados de sinal podem compreender um sistema de sinais de onda de propagação.

[009] Com relação ao presente método, os dados de onda filtrados de coerência Xcfí(k,a) podem ser desenvolvidos com a seguinte equação: Xcfí(k,a) = X(k,a).coh(k,a). Em que coh(k,a) representa uma função de coerência de um ou mais do que um modo de onda e X(k,a) representa dados de sinal.

[0010] A presente invenção aqui revelada também pode incluir um sistema de análise de dados compreendendo, um sistema de transdutor tendo um sistema de transdutores, e um processador de dados em comunicação com o sistema. O sistema é capaz de receber dados brutos que são comunicados ao processador, em que o processador calcula uma função de coerência relacionada aos dados brutos e filtra os dados brutos com a função de coerência para produzir dados filtrados de coerência. É opcionalmente incluída com o sistema de análise de dados uma sonda de fundo de furo na qual o sistema é afixado. O sistema de análise de dados pode compreender ainda um caminhão de campo em comunicação com a sonda. Ainda opcionalmente, o processador pode estar alojado dentro do caminhão de campo e pode estar em comunicação com o caminhão de campo. O arranjo do sistema de análise de dados pode compreender um instrumento montado na superfície. Opcionalmente, o instrumento montado na superfície pode compreender um acelerômetro. Alternativamente, o sistema de análise de dados pode compreender ainda um sistema de perfuração compreendendo uma coluna de perfuração e uma broca de perfuração. O sistema pode ser disposto na coluna de perfuração ou opcionalmente na broca de perfuração.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS VÁRIAS VISTAS DO DESENHO

[0011] A Figura 1 ilustra um fluxograma de uma modalidade de um método de filtrar dados brutos.

[0012] A Figura 2a demonstra uma compilação de dados de sinal no domínio de tempo coletados por um sistema de gravador.

[0013] A Figura 2b ilustra os dados brutos transformados para o plano f-k.

[0014] A Figura 2c mostra os dados filtrados no plano f-k.

[0015] A Figura 2d ilustra os dados f-k submetidos à convolução das Figuras 2b e 2c.

[0016] A Figura 2e mostra dados filtrados de coerência no domínio de tempo.

[0017] A Figura 3a demonstra o modelo de tubo livre.

[0018] A Figura 3b é uma ilustração dos dados modelados.

[0019] A Figura 3c mostra um gráfico dos resultados de um cálculo direto de semelhança conforme realizado nos dados da Figura 3b.

[0020] A Figura 3d ilustra o espectro f-k de sinal de formação filtrado com coerência para a faixa de lentidão de onda-P da Figura 3b.

[0021] A Figura 3e são gráficos de uma transformação f-k inversa dos dados da Figura 3d.

[0022] A Figura 3f é um gráfico do cálculo de semelhança dos dados filtrados da Figura 3e.

[0023] A Figura 4 demonstra uma comparação de dados acústicos de furo revestido brutos versus filtrados.

[0024] A Figura 5 compara os dados brutos com os dados filtrados em combinação com o correlograma.

[0025] A Figura 6 ilustra uma modalidade de um sistema de compilação de dados para uso com o presente método.

[0026] A Figura 7 ilustra uma modalidade alternativa de um sistema de compilação de dados para o uso com o presente método.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0027] É revelado aqui um método de processar sinais que pode ter relação insuficiente de sinal/ruído. Isso é exigido de modo que informação útil possa ser extraída dos sinais que de outro modo seriam consideradas não utilizáveis pelos meios convencionais. Embora isso possa ocorrer em múltiplas situações, cenários de relação insuficiente de sinal/ruído frequentemente são encontrados na prática de registro acústico. Por exemplo, os dados acústicos de furo revestido registrados em tubo livre frequentemente são abandonados porque os sinais de formação normalmente não são rastreáveis devido à presença de sinais de revestimento predominantes. O método revelado não é limitado às aplicações de registro acústico; e ligeiramente pode ser aplicado a quaisquer dados de sistema que compreendam sinais de onda de propagação. Os dados de sistema de sinal de onda, por exemplo, podem compreender ondas sísmicas gravadas em diferentes níveis de profundidade em uma pesquisa para Retratar Perfil Sísmico Vertical (VSP) ou as ondas sísmicas gravadas por um sistema de geofone em uma pesquisa sísmica de superfície. Em sismologia de terremoto, os sinais podem ser ondas sísmicas geradas por terremoto gravadas em diferentes estações/observatórios. Não considerando as ondas elásticas/sísmicas, os sinais de onda também podem ser as ondas eletromagnéticas gravadas por um sistema de sensor, por exemplo, ondas de radar gravadas por um sistema de antenas.

[0028] A técnica de filtração de coerência aqui revelada melhora significativamente a situação de uma relação insuficiente de sinal/ruído. A aplicação dessa técnica a várias condições difíceis, especialmente registro acústico de furo revestido, tem sido notavelmente bem-sucedida. No cenário de furo revestido, a filtração de coerência supera outras técnicas atualmente conhecidas. A técnica de processamento aqui descrita permite a aquisição de propriedades de formação através de revestimento de poço insuficientemente ligado que não podem ser obtidas por intermédio de técnicas convencionais. A técnica aqui revelada produziu várias aplicações importantes no processamento de dados de registro acústico. Por exemplo, ela tem sido aplicada para processar dados acústicos de furo revestido na situação de tubo livre com sucesso notável e também provou ser eficaz na supressão dos efeitos de onda de ferramenta no processamento de dados acústicos do tipo registrando enquanto perfurando (LWD).

[0029] A presente revelação descreve uma técnica de filtração de coerência para melhorar significativamente a coerência dos eventos de sinal. Quando os sinais são gravados pelo sistema de receptor de uma ferramenta acústica, essa técnica é especialmente vantajosa quando os sinais são mascarados por outras ondas ou ruídos irresistíveis e desse modo tem uma relação insuficiente de sinal/ruído. O processo de filtração é realizado no domínio de número de onda-frequência (comumente conhecido como f-k). A técnica emprega um filtro de coerência construído a partir da função de coerência dos dados de onda de sistema. Após filtrar os dados com o filtro, os ruídos não coerentes são suprimidos e a coerência do sinal (sinais) desejado(s) é aperfeiçoada e pode ser adicionalmente separados mediante emudecimento dos sinais indesejados (coerentes) ou passando o sinal (sinais) desejado(s) no domínio f-k.

[0030] O fluxograma da Figura 1 ilustra uma modalidade da presente invenção dirigida ao processamento de sinal dos sinais acústicos recebidos no fundo de furo. No registro acústico moderno em um furo de poço, a série de tempo de onda acústica X(t), onde t representa tempo, é gravada por um sistema de receptores igualmente espaçados ao longo do eixo-z do furo de poço (etapa 100). Os dados de onda em essência são uma função bidimensional de z e t, denotada como X(z,t). A transformada de Fourier bidimensional, conhecida como transformada f-k, dos dados é:

onde ω=2πf é a frequência angular e k é o número de onda axial.

[0031] Uma propriedade muito útil da transformada f-k é que uma saída linear da lentidão s para um sinal de onda no domínio z-t corresponde a uma tendência linear da energia de onda que pode estar localizada para o centro do plano f-k, onde k e f são respectivamente a coordenada horizontal e a coordenada vertical do sistema de coordenadas retangulares no plano f-k. Essa propriedade permite delinear as características de saída e dispersão (isto é, mudança de lentidão ou velocidade com frequência) dos dados de forma de onda em um sistema de receptor.

[0032] Deve ser assinalado que a técnica f-k, embora extensamente usada no processamento de dados sísmicos apresenta algumas sérias limitações na prática do processamento de dados de registro acústico. Yilmaz, O., 1987, Seismic Data Processing, Soc. of Expl. Geophys. 526. para dados acústicos de sistema LWD e de linha de fio, convencional, essa técnica raramente é utilizada porque os dados são superamostrados em tempo porém escassamente amostradas em espaço. O número de receptores no sistema, N, é tipicamente de oito ou menos. (Para ferramentas acústicas LWD, N é normalmente quatro ou seis). A amostragem espacial escassa e a extensão curta do sistema causam problemas para os dados acústicos de sistema no domínio f-k. Em primeiro lugar, no plano f-k, a densidade de energia dos vários modos de onda pode ser estreitamente agrupada e manchada por ruído, tornando difícil distinguir as tendências dos dados dos modos de onda. (Um exemplo disso é fornecido na Figura 2b.) Isso acontece porque a extensão do arranjo de receptor (tipicamente 3,5 pés ou 1,07 m) normalmente não é longa o suficiente para permitir que ondas de saídas diferentes se separem em tempo e espaço.

[0033] Outro problema com a técnica f-k é que efeitos de serrilhados espaciais fortes anteriores podem existir nos dados f-k de um sistema acústico. O número de onda Nyquist além do qual ocorre o efeito de serrilhado ocorre é dado por:

onde d é o espaçamento de receptor. Para um espaçamento de receptor típico de d=0,5 pés (0,1524 m), kNyquist é apenas de 6,28/0,3048 m. Para esse baixo valor de kNyquist, serrilhado normalmente ocorre em frequências superiores. Por exemplo, uma onda compressional de 10-kHz com uma velocidade de 2438,4 m/s tem um número de onda de k = 7,85/0,3048 m (>6,28/0,3048 m), resultando no serrilhado dos dados de onda, isto é, os dados além de k = 6,28/0,3048 m reiniciarão ciclicamente a partir de k = -6,28/0,3048 m no plano f-k. Os dados serrilhados podem sobrepor-se aos dados f-k manchados-ruído/agrupados, agravando o problema.

[0034] Os efeitos de serrilhado espacial de um modo de onda podem ser aliviados ou evitados mediante aplicação de deslocamentos de tempo nos dados de sistema do modo de onda (etapa 102). Para um sinal de onda com uma lentidão de saída s, utilizamos essa lentidão para deslocar ou avançar a série de tempo de onda do enésimo receptor no sistema por um valor:

[0035] O sinal de onda deslocado então terá quase que nenhuma saída no sistema e, mediante aplicação da transformada f-k aos dados (etapa 106), sua tendência (ou contorno de densidade de energia) no plano f-k terá uma inclinação infinita. Em outras palavras, a tendência dos dados estará situada, ou muito próxima, do eixo de frequência e, portanto, não será serrilhado no plano f-k.

[0036] Com relação à filtração de coerência, essa técnica foi desenvolvida para melhor delinear as tendências de dados no domínio f-k do que a transformada f-k direta. A base matemática da técnica de filtração de coerência é de aproximar os dados de sistema espectral, conforme obtidos pela transformada de Fourier dos traços de ondas acústicos, por um número de modos de onda de propagação,

onde M (> 1) é o total de modos de onda no sistema; Ap, kp = oSp e Sp são respectivamente a amplitude espectral, o número de onda, e a lentidão do p° modo de onda. Essa aproximação é uma descrição bem exata para dados de registro acústico que consistem principalmente de modos de onda guiados no furo, tal como ondas pseudo-Rayleigh e Stoneley no registro de monopolo, onda flexural no registro bipolar, e onda espiral em registro quadropolar, e semelhante. Mesmo para ondas superiores refratadas (compressional e cisalhamento, ou P e S), ao longo do furo, a aproximação do modo propagação ainda é válida porque o arranjo de receptor tipicamente está há vários comprimentos de onda afastado da fonte de tal modo que a amplitude de onda Ap das ondas não varia significativamente através do sistema.

[0037] Na etapa 104, é apresentada uma pergunta no sentido de se os dados são compreendidos de um modo de onda único ou de modo de onda múltiplo. Se os dados de sistema forem compreendidos principalmente de um modo de onda único (por exemplo, em registro acústico bipolar, a onda bipolar-flexural é o único modo que domina os dados), então uma função de coerência de modo único pode ser construída no domínio f-k (etapa 110), conforme dado por (Tang and Cheng, 2004):

[0038] onde * denota considerar o conjugado complexo dos dados e

denota considerar o módulo da quantidade complexa interior. Para os dados descritos pela equação (4), vemos que se a variável número de onda k obtém o valor de kp, o número de onda do modo de propagação, então a fase de

na equação (5) será cancelada e o valor da função de coerência será maximizado (o valor se aproximará de um se os dados forem livres de ruído). A equação (5) é essencialmente um empilhamento de semelhança/coerência dos dados de sistema no domínio f-k. Uma propriedade da função de coerência definida na equação (5) é que ela é aplicável principalmente para dados de modo único. Se os dados consistem em mais do que um modo, então a coerência será propendida para o modo de onda dominante que tem a mais alta amplitude ou coerência, resultando em subestimar a contribuição a partir de outros modos de onda. Não obstante, essa propriedade, se adequadamente usada, pode melhorar significativamente a coerência de um modo de onda designado.

[0039] Se os dados de onda consistem em múltiplos modos de onda, tal como as ondas compressionais, cisalhamento, e Stoneley em um conjunto de dados de registro monopolar típico adquirido em uma formação rápida, então uma função de coerência de múltiplos modos deve ser usado (etapa 108). Aqui a construção dessa função é descrita resumidamente. Os M exponenciais de propagação

na equação (4) satisfazem à seguinte equação polinomial característica (Tang e Cheng 2004):

Onde a0=1; outros coeficientes ap (p=1, L, M) (observar que esses coeficientes são sem dimensão) necessários para serem resolvidos a partir dos dados de sistema. Mediante combinação das equações (4) e (6), é mostrado facilmente (vide Tang e Cheng, 2004) que os dados no receptor n, conforme descrito pela equação (4) podem ser preditos por intermédio de uma combinação linear dos dados a partir de outros receptores, conforme dado por:

[0040] A equação (7) é denominada predição de avanço porque o receptor cujos dados estão sendo preditos está à frente do receptor (receptores) cujos dados são usados para predizer. Para aumentar a redundância de dados, o conjugado complexo da equação (4) é considerado e então combinado com a equação (6) para produzir outra predição:

[0041] A equação (8) é denominada de predição de recuo porque o receptor cujos dados está sendo predito está atrás do receptor (receptores) cujos dados são usados para predizer. As equações (7) e (8) são então combinadas e simultaneamente resolvidas utilizando o método Kumaresan/Tufts (conhecido como KT) para produzir os coeficientes ap (p=1,L, M) Tufts, D. W., e Kumaresan, R., 1982, Estimation of Frequencies of Multiple Sinusoids: Making Linear Prediction Perform Like Maximum Likelihood, Proc. IEEE, 70, 75-89. Com os coeficientes mostrados na equação (6), substituímos o número de onda de modo de onda kp com a variável de número de onda k nessa equação e usamos o mesmo para construir uma função de coerência de modo múltiplo:

[0042] Como a função polinomial na equação (9) tem a mesma forma funcional que aquela na equação (6), a função se aproxima de zero quando a variável k atinge uma das raízes kp (p=1,L, M) da equação (6); a função de coerência na equação (9) então se aproximará de um valor máximo de 1. Para outros valores de k, o módulo (sem dimensão) da função dentro de

é grande e o valor de função de coerência é baixo; a função se aproxima de zero se k estiver distante de kp. Portanto, a região de valor elevado da função de coerência efetivamente delineia as trajetórias/tendências da parte coerente dos dados no plano f-k, especialmente quando os dados contêm vários modos de propagação.

[0043] Vale a pena comentar sobre a função de coerência de dados, conforme computado a partir da equação (5) (modo único) ou equação (9) (modo múltiplo), versus a densidade de energia de dados, conforme obtida a partir da transformada f-k direta (equação (1)). A densidade de dados f-k reflete a distribuição de energia de onda no plano f-k. Contudo, a região com elevada densidade de energia pode não significar necessariamente que os dados na mesma são coerentes. Em comparação, a função de coerência é uma medida de coerência de dados no plano f-k. Mesmo nas regiões onde a densidade de energia de dados é baixa, o valor de função de coerência ainda pode ser muito significativo desde que os dados sejam coerentes nessas regiões. (Um exemplo da comparação da densidade de energia de onda e coerência é dado na Figura 2b e Figura 2c). Portanto, a função de coerência de dados, em comparação com a densidade de energia de dados, pode delinear melhor as tendências de dados no domínio f-k.

[0044] Utilizando a função de coerência dada (modo único: equação (5); modo múltiplo: equação (9)) como um filtro de coerência (etapa 112), um processamento de filtração de coerência pode ser realizado (etapa 114). De acordo com uma propriedade da transformada Fourier (bidimensional), filtrar ou submeter à convolução os dados X(z,t) no domínio z-t com um filtro (o filtro de coerência) é equivalente a multiplicar os dados transformados f-k X(k,a) com o espectro f-k do filtro no domínio f-k. Portanto, os dados de onda filtrados de coerência no domínio f-k, designado como Xcfii(k,a) são simplesmente

[0045] Devido ao fato da função de coerência coh(k,o) delinear a trajetória/região dos modos de propagação (os dados coerentes) no plano f-k, multiplicar os dados f-k X(k,a) com a função mantém os dados na região coerente e reduz/emudece os dados fora da região, desse modo suprimindo a parte não-coerente (ou ruído) dos dados.

[0046] Para a parte coerente restante dos dados, processamento adicional pode ser feito para rejeitar/suprimir sinais indesejados (etapa 116). Por exemplo, no registro acústico de furo revestido, as ondas de revestimento de toque dominante são muito coerentes e devem ser suprimidas para pegar o sinal de formação de amplitude muito menor. A condição de separar os sinais desejados dos sinais indesejados é que eles devem ter valores de velocidade de propagação distintamente diferentes (ou lentidão). Para formações com velocidades intermediárias e baixas, essa condição é satisfeita. Por exemplo, se a lentidão de formação for superior a 80 μs/0,3048 m, em comparação com a lentidão de revestimento típica de 57 μs/0,3048 m, então as ondas de revestimento podem ser efetivamente suprimidas (etapa 118).

[0047] Existem pelo menos duas formas de suprimir os sinais de ondas indesejadas. A primeira é um método de rejeição de dados que utiliza uma técnica de filtração de leque conhecida no plano f-k (por exemplo, Yilmaz, 1987) (etapa 120). A região no formato de leque é limitada por duas linhas (esquerda e direita) que se originam a partir do centro do plano f-k. Essa região deve cobrir a tendência dos dados do sinal indesejado (etapa 124). Para filtrar a onda de revestimento com uma lentidão de 57 μs/0,3048 m, a lentidão correspondente da linha esquerda do leque pode ser definida como 57-20 = 37 μs/0,3048 m e aquela da linha direita, para 57+20 = 77 μs/0,3048 m. Se os dados de forma de onda tiverem sido deslocados utilizando-se a equação (3) (a tendência dos dados agora está situada no eixo de frequência), então o valor de lentidão pode ser definido como -20 μs/0,3048 m, para a linha esquerda, e 20 μs/0,3048 m par a linha direita. Então, rejeitar os dados mediante emudecimento do valor de Xcfí(k,a) dentro do leque suprime o sinal de revestimento indesejado.

[0048] O segundo método para suprimir os sinais de onda indesejados é um método de passagem de dados (etapa 122). Esse método precisa ter uma estimativa bruta da lentidão de propagação do sinal de onda desejado. Para evitar possível serrilhado do sinal desejado no domínio f-k, a lentidão na equação (3) é usada para deslocar os dados e então transformar os dados para o domínio f-k. A tendência dos dados do sinal desejado deve agora estar situada nas proximidades do eixo de frequência. Devido ao fato de agora apenas um sinal estar envolvido, a função de coerência de modo único (equação (5)) pode ser usada para filtrar os dados em uma região no formato de leque circundando o eixo de frequência. Utilizando a mesma situação de furo revestido como um exemplo com uma lentidão de onda de revestimento de 57 μs/0,3048 m e uma lentidão de onda de formação de 100 μs/0,3048 m (essa lentidão é usada na equação (3) para deslocar os dados), a lentidão correspondendo às linhas, esquerda e direita do leque podem ser definidas em -30 μs/0,3048 m e 30 μs/0,3048 m, respectivamente. Após a operação utilizando a equação (10), os dados Xcfn(k,a) no leque contêm principalmente apenas um sinal e a coerência de sinal deve ser bastante melhorada. Então a passagem dos dados no leque e o emudecimento dos dados fora do leque produzem o sinal desejado.

[0049] Os dados espectrais f-k filtrados de coerência Xcf^k.o) com ou sem a filtração de leque, são transformados inversamente de volta para o domínio z-t para obter os dados de forma de onda de sistema filtrado de coerência, conforme dado pela (etapa 126):

[0050] Se deslocamentos de tempo, como dado na equação (3), foram aplicados antecipadamente aos dados de forma de onda de receptor antes de transformar os dados para o domínio f-k, os mesmos deslocamentos de tempo devem ser aplicados agora para retardar os dados filtrados de modo a reparar a posição de tempo original dos dados de onda (etapa 128). Os dados de sistema resultantes para um local de sistema em profundidade podem então ser emitidos (etapa 130) para serem processados/analisados para extrair propriedades acústicas de formação para aquela profundidade. O mesmo processamento é então realizado para todas as profundidades de interesse (etapas 132, 134). Os procedimentos de processamento descritos acima são resumidos pelo gráfico de fluxo na Figura 1. Os resultados de aplicar a técnica de filtração de coerência ao processamento de dados acústicos serão demonstrados nos exemplos não-limitadores a seguir do método da presente revelação.

Exemplo 1: Um exemplo de dados reais para demonstrar o procedimento de filtração de coerência

[0051] As Figuras 2a - 2e demonstram o procedimento de filtração de coerência utilizando um exemplo de dados bipolares de campo. Aqui os dados foram gravados por uma ferramenta de registro acústico bipolar de linha de fio. A ferramenta consiste em um transmissor bipolar e um sistema de receptores que estão localizados a aproximadamente 3,048 m acima do transmissor e alinhados longitudinalmente ao longo da ferramenta. A Figura 2a é uma ilustração gráfica dos dados brutos acústicos de sistema bipolar de baixa frequência, gravados por um sistema de receptores acústicos igualmente espaçados. Esses dados também podem ser referidos como dados recebidos ou um sinal recebido. A ordenada representa o tempo e a abscissa representa a distância entre o transmissor de fonte bipolar e os receptores. Contaminação de ruído significativo pode ser vista a partir das reverberações de onda nos dados brutos dos receptores próximos.

[0052] O espectro f-k correspondente é mostrado na Figura 2b onde vários eventos agrupados estreitamente são exibidos. Como o efeito de serrilhado não ocorre para esses dados de baixa frequência, nenhum deslocamento de tempo foi empregado para os dados de forma de onda antes da transformada f-k. A Figura 2c mostra o gráfico resultante mediante aplicação da função de coerência ao cenário de modo único dos dados brutos (equação (5)). Como pode ser visto mediante comparação dos gráficos da Figura 2b e 2c, o gráfico de coerência f-k mostra uma tendência de dados, definida, diferente dos dados brutos f-k. A Figura 2d, ilustra os dados f-k submetidos à convolução das Figuras 2b e 2c. Convertendo os dados f-k da Figura 2d de volta para o domínio de tempo produz os dados filtrados de coerência da Figura 2e. Os dados f-k filtrados, conforme obtidos mediante multiplicação dos dados brutos com a função de coerência, mostram uma tendência dominante para o modo bipolar-flexural no plano f-k. Transformação inversa dos dados proporciona os dados de sistema filtrados de coerência de forma de onda muito aperfeiçoada através do sistema.

Exemplo 2: Extraindo a onda P de formação a partir dos dados acústicos de tubo livre (sintético)

[0053] A Figura 3 utiliza dados acústicos de sistema simulado para demonstrar a capacidade de filtração de coerência para extrair sinais de formação através de um revestimento não-ligado. Essa é uma situação de tubo livre com um espaço anular de fluido de 0,25 cm de espessura atrás do revestimento. A Figura 3a ilustra um modelo de tubo livre usado para criar os dados acústicos de sistema e a Figura 3b contém os dados modulados correspondentes. Como com a Figura 2a, os dados da Figura 3b estão no domínio de tempo, com a ordenada em unidades de tempo e a abscissa em unidades de distância. Os dados mostram ondas de revestimento de toque forte com quase nenhuma chegada de formação discernível. Um cálculo de semelhança direta foi realizado nos dados da Figura 3b, e traçados na Figura 3c. O gráfico da Figura 3c nos dados (direita) mostra um pico de revestimento dominante (lentidão = 57 μs/0,3048 m) e uma chegada de formação fraca (lentidão = 102 μs/0,3048 m) com um valor coerente/semelhança baixo. A Figura 3d ilustra o espectro f-k de sinal de formação filtrado de coerência para a faixa de lentidão de onda P da Figura 3b. Os dados de onda foram deslocados utilizando sua lentidão (102 μs/0,3048 m) de modo que os dados estão quase que situados no eixo de frequência. Observar que o evento inferior da Figura 3d representa a energia de onda Stoneley que está compreendido dentro da região de passagem de dados (o filtro de leque) e os dois eventos superiores pertencem à onda P de formação. Os gráficos da Figura 3e são obtidos por transformação f-k inversa dos dados da Figura 3d. Esses gráficos ilustram a onda de formação P acrescida de uma frequência baixa Stoneley.

[0054] Conforme mostrado na Figura 3f, cálculo de semelhança subsequente dos dados filtrados da Figura 3e mostra uma chegada de formação bem definida em 102 μs/0,3048 m. A semelhança da onda de formação é muito melhorada em comparação com aquela dos dados não-filtrados. Observar o desaparecimento do evento de revestimento a partir do correlograma. Esse resultado assinala uma propriedade útil da técnica de filtração de coerência f-k. Embora a onda de revestimento indesejada possa não ser completamente removida dos dados da Figura 3d devido ao sistema curto e amostragem espacial escassa, a coerência da onda indesejada é amplamente eliminada. Ela é eliminada a partir de ambos os espectros de dados f-k e a partir do correlograma de semelhança de domínio de espaço-tempo.

Exemplo 3: Aplicação para dados acústicos de furo revestido para extrair lentidão de onda-P de formação

[0055] A Figura 4 utiliza um exemplo de dados de campo para demonstrar a capacidade da técnica de filtração de coerência em extrair lentidão de formação a partir de dados acústicos de furo revestido, mesmo na situação de tubo livre. Os dados acústicos, mostrados na trilha Dados Brutos, inclui vários cenários: ligação de cimento adequada (média), ligação de cimento insuficiente (inferior), e ligação insuficiente/tubo livre (superior). Os dados nas seções de tubo livre superiores são dominados pelos sinais de revestimento, resultando na incapacidade de escolher lentidão de formação a partir do correlograma de semelhança, o que é mostrado na trilha de Correlograma (dados brutos). Como visto na trilha Dados Filtrados, a filtração de coerência dos dados suprime os sinais de revestimento e melhora a coerência de onda de formação. A coerência melhorada permite a escolha da lentidão de formação com elevada confiança mesmo na situação de tubo livre (Correlograma (dados filtrados)).

Exemplo 4: Processamento de dados LWD (APX) para suprimir efeitos de onda-ferramenta

[0056] A Figura 5 demonstra as vantagens da filtração de coerência para dados do tipo dados acústicos do tipo registrando enquanto perfurando (LWD) para suprimir efeitos de onda-ferramenta. Dados acústicos LWD frequentemente são contaminados por ondas de ferramenta que se deslocam ao longo de um colar de perfuração associado. Como visto na trilha de Correlograma (dados brutos) da Figura 5, as ondas de ferramenta geram um valor de semelhança significativo e interferem com a escolha da lentidão de formação. Esse exemplo pode parecer trivial porque as ondas de ferramenta são pequenas em relação às ondas de formação, em comparação com o exemplo de furo revestido na Figura 4 onde as ondas de formação são quase indistinguíveis na seção de tubo livre. Contudo, deve ser observado que os dados f-k a partir das ferramentas LWD são ainda mais obstruídas em comparação com aquelas a partir das ferramentas de linha de fio, devido a um número menor de receptores (seis, versus oito, o número típico de receptores de uma ferramenta de linha de fio) e amostragem esparsa (0,2286 m, versus 0,1524 m; o número de onda Nyquist kNyquist é agora ainda mais inferior, o que é de apenas 4,2/0,3048 m, versus 6,27/0,3048 m do caso de linha de fio). Contudo, o exemplo na Figura 1 mostra que a técnica de filtração de coerência ainda é eficaz apesar das adversidades aumentadas. A trilha de Dados Brutos da Figura 5 exibe os dados LWD (receptor 1) em VDL, que mostra que os dados são contaminados por ondas de ferramenta. As ondas de ferramenta produzem uma forte semelhança na trilha de Correlograma (dados brutos) e interferem com a escolha da lentidão de formação. Como mostrado na trilha de Dados Filtrados (normalizados) a filtração de coerência suprime a onda de ferramenta e remove sua semelhança a partir da trilha de Correlograma (dados filtrados). A coerência de sinal de formação aperfeiçoada permite a escolha da lentidão de formação em áreas dominadas por ondas de ferramenta conforme pode ser visto a partir da concordância entre lentidão LWD escolhida (curva) e lentidão medida-linha de fio (marcadores).

[0057] Um sistema de compilação de dados 4 utilizando uma modalidade do método da presente revelação é ilustrado na Figura 6. O sistema de compilação de dados 4 conforme mostrado compreende uma sonda 10 conectada por linha de fio 8 a um caminhão de campo 6. Os dados de sinal são compilados por uma sonda 10, disposta dentro de um furo de poço 14, onde o furo de poço 14 perfura uma formação 16. Um sistema de transdutores 12 é disposto na sonda 10, os transdutores 12 são capazes de receber e registrar sinais de fundo de furo transmitidos para os receptores a partir de dentro da formação 16. Os transdutores 12 podem ser capazes de transmitir um sinal além de receber um sinal.

[0058] Os dados brutos gravados recebidos pelos transdutores 12 podem ser armazenados dentro da sonda 10 para recuperação ou processamento posterior, ou podem ser transmitidos para o caminhão de campo 6 por intermédio da linha de fio 8 ou telemetria. O método de filtração de coerência pode ser realizado dentro da sonda 10, caminhão de campo 6, ou o processador associado 18. O processador 18 pode ser um computador, ou microprocessador, com memória capaz de executar instruções programadas. O processador 18 também pode ter armazenamento de dados permanente e capacidades de saída de impressão. O processador 18 pode ser uma unidade separada ou pode ser estar localizado em um encerramento afixado ao caminhão de campo 6 ou qualquer outro encerramento adequado comumente usado na técnica. Combinar os sistemas de compilação de dados 4 com um processador 18 ou outro meio de processar os dados de sinal, tal como manualmente, compreende um sistema de análise de dados.

[0059] A Figura 7 ilustra um sistema de compilação de dados alternativo 4a para uso em operações do tipo registrando enquanto perfurando. Aqui a modalidade do sistema de compilação de dados 4a é mostrada acoplada a um sistema de perfuração 25. O sistema de perfuração 25 compreende uma coluna de perfuração 26 tendo múltiplos elementos e terminando em sua extremidade inferior em uma broca de perfuração 27. Os transdutores 28 para receber dados de sinal são mostrados na coluna de perfuração 26 e na broca de perfuração 27. Os transdutores 28 podem ser qualquer tipo de dispositivo capaz de receber dados de sinal enquanto estando dispostos dentro dos confins de um furo de poço 14. Similar ao sistema de compilação de dados 4 da Figura 6, os dados de sinal compilados pelos transdutores de coluna de perfuração 28 podem ser transferidos para o processador 18 ou para dispositivos de gravação de dados (não mostrados) dentro do caminhão de campo 6. Opcionalmente, meios de processamento também podem ser incluídos dentro da coluna de perfuração 26 para armazenar os dados de sinal, coletados e/ou processar os dados de acordo com o método aqui descrito.

[0060] Opcionalmente, um transdutor montado na superfície 20, tal como um acelerômetro, pode ser montado em cooperação mecânica com a superfície da Terra para gravar sinais sísmicos brutos para armazenamento e análise subsequente. Um exemplo de tal acelerômetro pode ser encontrado na Patente 6.062.081, expedida para Schendel em 16 de maio de 2000. Na modalidade da Figura 6, o transdutor de superfície 20 se comunica com o processador 18 em que a filtração de coerência é realizada. Alternativamente, o processo de filtração também pode ocorrer nos confins imediatos do transdutor de superfície 20.

[0061] A presente invenção aqui descrita, portanto, é adaptada para realizar os objetivos e atingir as finalidades e vantagens mencionadas, assim como outras aqui inerentes. Embora uma modalidade presentemente preferida da invenção tenha sido fornecida com o propósito de revelação, existem várias alterações nos detalhes de procedimento para realizar os resultados desejados. Essas e outras modificações similares serão sugeridas por si mesmas àqueles versados na técnica, e se pretende que sejam abrangidas pelo aqui revelado espírito da presente invenção, e pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. Método de processar dados de sinal compreendendo: obter os dados de sinal; o método caracterizado por compreender ainda: transformar os dados de sinal X(z,t) no espectro de número de onda-frequência X(k,a) para obter dados de sinal transformados; obter uma função de coerência coh(k,o) definida no domínio de número de onda da frequência (f-k) relacionada aos dados de sinal transformados; submeter à convolução a função de coerência com os dados de sinal transformados para obter dados de número de onda- frequência convolucionados; e realizar a transformada inversa dos dados de número de onda-frequência convolucionados Xcfn(k,a) para obter dados em forma de onda filtrados de coerência Xcfil(z,t).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os dados de sinal compreenderem dados acústicos de sistema.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de submeter à convolução compreende ainda suprimir dados indesejados nos dados de sinal e manter os dados desejados que estão nos dados de sinal.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os dados de sinal serem relacionados à exploração de hidrocarboneto.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda converter os dados de onda filtrados de coerência para o domínio de tempo.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de obter os dados de sinal compreender criar um sinal sísmico dentro de um revestimento de furo de poço e gravar a onda de propagação resultante através do revestimento.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda abaixar um sistema de receptor dentro de um furo de poço de produção de hidrocarboneto.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o sistema de receptor ser afixado a uma sonda.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda interrogar uma formação.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os dados de sinal compreenderem um sistema de sinais de onda de propagação.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os dados de sinal serem selecionados a partir de uma lista consistindo em sinais acústicos, sinais eletromagnéticos, e sinais de radar.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os dados de onda filtrados de coerência Xcfii(k,a) serem desenvolvidos com a seguinte equação: Xcni(k,a) = X(k,a).coh(k,a) em que coh(k,a) representa uma função de coerência de um ou mais do que um modo de onda e X(k,a) representa dados de sinal transformados.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados de sinal são dados acústicos recebidos a partir dos sinais passando através de uma formação subterrânea contendo hidrocarboneto.

14. Sistema de análise de dados compreendendo: uma fonte configurada para gerar uma fonte de sinal; um sistema de receptor configurado para receber um sinal recebido resultante a partir do sinal de fonte e o qual define dados de sinal, o sistema caracterizado por compreender ainda: um processador de dados em comunicação com o sistema, em que o processador transforma os dados de sinal em um espectro de número de onda-frequência para obter dados de sinal transformados, calcula uma função de coerência definida no domínio do número de onda da frequência (f-k) que se relaciona aos dados de sinal transformados, convoluciona a função de coerência com os dados de sinal transformados para obter dados de número de onda- frequência convolucionados, e converte os dados de número de onda- frequência convolucionados no domínio de tempo para obter dados em forma de onda de sistema filtrados de coerência.

15. Sistema de análise de dados, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender ainda uma sonda de fundo de furo no qual o sistema é afixado.

16. Sistema de análise de dados, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender ainda um caminhão de campo em comunicação com a sonda.

17. Sistema de análise de dados, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o sistema compreender um instrumento montado na superfície.

18. Sistema de análise de dados, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender um sistema de perfuração tendo uma coluna de perfuração, em que o sistema é disposto na coluna de perfuração.

19. Sistema de análise de dados, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender ainda um sistema de perfuração tendo uma broca de perfuração, em que o sistema é disposto na broca de perfuração.

20. Sistema de análise de dados, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o sistema de receptor compreender ainda um transdutor.

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