BRPI0709918B1

BRPI0709918B1 - Aparelho e método para sensorear uma característica de um furo de sondagem

Info

Publication number: BRPI0709918B1
Application number: BRPI0709918-5A
Authority: BR
Inventors: M. Clark Thompson; Koby Carlson; Don M. Coates; Manuel E. Gonzalez
Original assignee: Chevron U.S.A. Inc.
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2019-02-12
Also published as: BRPI0709918A2; WO2007117846A2; JP2009532677A; EP2005221B1; RU2431039C2; CA2646145C; AU2007235108A1; CN101410728B; US20070235184A1; WO2007117846A3; AU2007235108B2; RU2008143266A; CA2646145A1; EP2005221A4; MY150883A; CN101410728A; EP2005221A2; US8077053B2

Abstract

<b>aparelho e metodo para sensorear uma caracteristica de um furo de sondagem<d>um aparelho e método são revelados para sensorear uma característica de um furo de sondagem. um aparelho exemplificativo incluium tubo condutor, uma entrada, conectada ao tubo condutor, para a aplicação de pulso ao tubo condutor; um dispositivo de rede ressonante conectado ao tubo condutor; e um transdutor que fica em comunicação operacional com o dispositivo de rede ressonante para medir uma característica de furo de sondagem, o transdutor sendo configurado para sensorear uma freqúéncia de vibração modulada induzida no dispositivo de rede ressonante quando um pulso é aplicado à entrada.

Description

“APARELHO E MÉTODO PARA SENSOREAR UMA CARACTERÍSTICA DE UM

FURO DE SONDAGEM”

FUNDAMENTOS [0001] Um aparelho e método dão revelados para sensoreamento de uma característica de um furo de sondagem.

[0002] A patente US 6.766.141 (Briles et al.) revela um sistema para telemetria remota de poço de furo abaixo. A comunicação telemétrica é usada para instrumentos de gravação e monitoramento de poço de óleo localizados em uma vizinhança de um fundo de um tubo de recuperação de óleo ou gás. Reflectância modulada é descrita para monitorar condições de furo abaixo.

[0003] Conforme descrito ma patente US 6.766.141, uma estação base geradora/receptora de radiofrequência (RF) se comunica eletricamente com o tubo. A frequência RF é descrita como uma radiação eletromagnética entre 3Hz e 30GHz. Um módulo de eletrônica de furo abaixo tendo uma antena refletora recebe um sinal de portadora radiado do gerador/receptor de RF. Uma antena no módulo de eletrônica pode ter uma forma parabólica ou outra forma enfocante. O sinal de portadora radiado é, então, refletido de uma maneira modulada, a modulação sendo responsiva a medições pelo módulo de eletrônica. O sinal modulado refletido é transmitido pelo tubo para a superfície do poço, onde ele pode ser detectado pelo gerador/receptor de RF.

SUMÁRIO [0004] Modos de realização exemplificativos da presente invenção são direcionados a um aparelho e método para sensorear uma característica de furo de sondagem. Um aparelho exemplificativo inclui um tubo condutor; uma entrada acoplada (por exemplo, conectada) ao tubo condutor, para aplicação de um pulso ao tubo condutor; um dispositivo de rede ressonante (como uma cavidade ressonante) conectado ao tubo condutor; e um transdutor que fica em comunicação operacional com o dispositivo de rede ressonante para medir uma característica de furo de sondagem, o transdutor sendo configurado para afetar uma modulação de uma frequência de vibração de ressonador induzida no dispositivo de rede ressonante

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2/16 quando um pulso é aplicado à entrada.

[0005] De acordo com modos de realização alternativos, um aparelho para sensoreamento de uma característica de furo de sondagem compreende meios para conduzir um pulso através de um furo de sondagem; meios, responsivos ao pulso, para ressonar a uma frequência que é modulada em função de uma característica de furo de sondagem; e meios para processar a frequência modulada como uma medida da característica.

[0006] Um método para sensorear uma característica de um furo de sondagem é também revelado. Um método exemplificativo inclui transmitir um pulso ao longo de um tubo condutor localizado no interior do furo de sondagem; e sensorear uma frequência de vibração modulada induzida pelo pulso no interior do dispositivo de rede ressonante, localizado no interior de um revestimento oco de furo de sondagem, como uma medida da característica de furo de sondagem.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [0007] Outras vantagens e características aqui descritas serão mais prontamente percebidas por alguém experiente na técnica ao ler a descrição detalhada a seguir em conexão com os desenhos anexos, nos quais:

[0008] As figs. 1A-1D mostram um modo de realização exemplificativo de um aparelho para sensorear uma característica de um furo de sondagem;

[0009] A fig. 2A mostra uma cavidade ressonante exemplificativa para uso com ao aparelho da fig. 1;

[0010] a fig. 2B mostra um dispositivo de rede ressonante formado como uma estrutura mecânica ressonante eletricamente acoplada para efetuar ressonância elétrica;

[0011] A fig. 2C ilustra um a conexão de cabeçote de poço exemplificativa alternativa;

[0012] A fig. 3 mostra uma vista de fundo da cavidade ressonante exemplificativa da fig. 2;

[0013] A fig. 4 mostra um modo de realização exemplificativo alternativo de uma cavidade ressonante onde uma alimentação mecânica ou fluida exemplificativa e um

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3/16 transdutor fica localizada acima de uma vedação de obturador;

[0014] A fig. 5 mostra um circuito exemplificativo para detectar uma característica baseada no sensoreamento de uma frequência de vibração modulada usando o aparelho exemplificativo da fig. 1 A; e [0015] A fig. 6 mostra um método exemplificativo para sensorear uma característica de um furo de sondagem.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0016] A fig. 1 mostra um aparelho exemplificativo 100 para sensorear uma característica de um furo de sondagem. O furo de sondagem pode ser qualquer cavidade, configurada com qualquer orientação, tendo uma característica como uma composição de material, temperatura, pressão, velocidade de escoamento ou outras característica, que podem variar ao longo de uma extensão do furo de sondagem.

[0017] O aparelho 10 inclui um meio, como um tubo condutor 102, para conduzir um pulso através do furo de sondagem. Uma entrada 104, acoplada (PC conectada) ao tubo condutor 102, é provida para a aplicação de um pulso ao tubo condutor. Em um modo de realização exemplificativo, o pulso pode ser um pulso de transiente elétrico ou qualquer pulso elétrico desejado de qualquer frequência desejada selecionada, por exemplo, em função de características a serem medidas no interior do furo de sondagem e em função da extensão e tamanho do furo de sondagem.

[0018] A entrada inclui uma sonda 106 acoplada ao tubo condutor 102. A sonda pode ser formada, por exemplo, como um conector coaxial tendo um primeiro condutor (por exemplo, interior) acoplado eletricamente ao tubo condutor 102, e tendo um segundo revestimento condutor (por exemplo, exterior) acoplado a um revestimento de furo de sondagem oco 111. Um isolador é usado para separar o condutor interior do revestimento condutor exterior.

[0019] A entrada pode incluir um isolador indutivo, como uma indutância de ferrita 108 ou outro indutor ou componente, para isolar eletricamente a entrada contra um primeiro potencial (por exemplo, um potencial, como um terra comum, do trajeto de corrente de retorno do revestimento de furo de sondagem 111) em um local vizinho à entrada 104. O aparelho 100 pode incluir um meio, como um gerador

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4/16 de pulso 105, acoplado à entrada para gerar o pulso a ser aplicado ao tubo condutor.

[0020] O revestimento de furo de sondagem oco 111 pode ser colocado no furo de sondagem cujas características devem ser monitoradas. O revestimento de furo de sondagem oco 111 pode, por exemplo, ser configurado de aço ou outro material adequado.

[0021] O tubo condutor 102 pode ser localizado dentro, e eletricamente isolado do revestimento de furo de sondagem oco pelo uso de espaçadores 116. Os espaçadores podem, por exemplo, ser configurados como centralizadores isolados que mantêm uma distância de separação do tubo condutor 102 às paredes internas do revestimento de furo de sondagem oco 111. Estes espaçadores isolados podem ser configurados como discos formados de qualquer material adequado, incluindo, sem limitações, nylon.

[0022] O aparelho 100 inclui um meio, como um dispositivo de rede ressonante 110 responsivo ao pulso, para ressonar a uma frequência que é modulada em função de uma característica do furo de sondagem. O dispositivo de rede ressonante 110 pode ser, por exemplo, qualquer dispositivo eletro-acústico ou outro qualquer incluindo, sem limitações, qualquer estrutura mecânica eletricamente ressonante magneticamente acoplada para efetuar uma ressonância elétrica, como a cavidade ressonante da fig. 2A, o circuito de tanque da fig. 2A, ou qualquer outro dispositivo adequado. O dispositivo de rede ressonante pode ser conectado ou mecanicamente acoplado ao tubo condutor. Um núcleo toroidal do dispositivo de rede ressonante pode ser magneticamente acoplado ao tubo condutor. O núcleo toroidal é um núcleo magnético formado como um meio pelo qual um campo magnético pode ser contido ou realçado. Por exemplo, uma bobina de espira única com uma seção de 2,5cm enrolada ao redor de um núcleo de ferrita, ou qualquer outro dispositivo adequado de forma, tamanho e configuração adequado pode ser usado.

[0023] Alguém experiente na técnica apreciará que um núcleo magnético é um material significativamente afetado por um campo magnético em sua região, devido aos dipolos orientáveis dentro de sua estrutura molecular. Tal material pode confinar

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5/16 e/ou intensificar um campo magnético aplicado devido a sua baixa relutância magnética. O isolador de ferrita de cabeçote de poço pode prover uma impedância indutiva compacta em uma faixa de, por exemplo, 90-110ohms reativa entre um ponto de alimentação de entrada sobre o tubo e um curto de flange de cabeçote de poço. Esta impedância, em paralelo com uma impedância característica exemplificativa de 47ohms da linha de transmissão tubo-revestimento pode reduzir os sinais transmitidos e recebidos, por exemplo, por cerca de ~3dbV no ponto de alimentação de entrada para um centro de banda típico a 50MHz. A permeabilidade magnética dos núcleos de ferrita aqui explicada pode variar de ~20 a ligeiramente mais do que 100, menos ou mais. Desse modo, para uma dada indutância de um indutor de ar-núcleo, quando o material de núcleo for inserido, a indutância natural pode ser multiplicada por cerca destes mesmos fatores. Materiais de núcleo selecionados podem ser usados para a faixa de frequência de, por exemplo, 10100MHz, menos ou mais.

[0024] O dispositivo de rede ressonante 110 ilustrado na fig.1 será descrito como a cavidade ressonante da fig. 2A. Entretanto, o núcleo de tanque da fig. 2B pode ser prontamente substituído, como pode qualquer outro dispositivo de rede ressonante adequado conhecido por alguém experiente na técnica. Com referência à fig. 1, a cavidade ressonante é eletricamente conectada ao tubo condutor, e é localizada dentro do revestimento de furo de sondagem oco 111. Um comprimento ”b” da cavidade ressonante dentro do revestimento de furo de sondagem oco é definido por um isolador indutivo formado, por exemplo, como um núcleo toroidal 112 em uma primeira extremidade da cavidade ressonante, e por uma conexão 114 a um primeiro potencial (por exemplo, terra comum) em uma segunda extremidade da cavidade ressonante.

[0025] O dispositivo de rede ressonante 110 recebe energia do pulso, e soa” em sua frequência natural. Um meio para sensorear pode incluir um transdutor provido em comunicação operacional com o dispositivo de rede ressonante 110, e acoplado (por exemplo, acoplado capacitiva ou magneticamente) com o primeiro (por exemplo, terra comum) potencial. O transdutor é configurado para sensorear uma

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6/16 característica associada ao furo de sondagem, e modular a frequência de vibração induzida no dispositivo de rede ressonante 111 quando um pulso é aplicado à entrada 104. A frequência de vibração modulada pode ser processada para prover uma medida da característica do furo de sondagem. Ou seja, a frequência de vibração induzida pelo pulso é modulada por uma característica sensoreada do furo de sondagem, e esta modulação da vibração pode ser processada para prover uma medida da característica.

[0026] Um meio de sensoreamento pode incluir, ou ser associado com, meios para processamento, representados como um processador (por exemplo, computador 118). O meio de processador pode processar uma saída do dispositivo de rede ressonante quando transmitida via o revestimento do furo de sondagem 111. O processador 118 pode prover um sinal representando a característica a ser medida ou monitorada.

[0027] O processador 118 pode ser programado para produzir um processo da frequência de vibração modulada para prover uma medida da característica sensoreada. A medida, que pode, por exemplo, ser apresentada a um usuário via uma interface de usuário geral (GUI) 120. O processador 118 pode efetuar qualquer processamento desejado do sinal detectado, incluindo, mas não de modo limitado, uma análise estatística (por exemplo, Fourier) da frequência de vibração modulada. Produtos comerciais são prontamente disponíveis e conhecidos por alguém experiente na técnica que podem efetuar qualquer detecção de frequência adequada (como transformada de Fourier rápida que pode ser implementada, por exemplo, por MATHCAD disponível por Mathsoft Engineering & Education, Inc., ou outro produto adequado para desenvolver o toque modulado recebido do dispositivo de rede ressonante. O processador pode ser usado em conjunto com uma tabela de consulta tendo uma tabela de correlação de conversões de frequência de modulação para características sensoreadas (por exemplo, temperatura, pressão etc.).

[0028] Em um modo de realização exemplificativo, pelo menos uma porção do revestimento de furo de sondagem oco 111 está ao primeiro potencial (por exemplo, terra comum). Por exemplo, o revestimento de furo de sondagem oco pode estar a

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7/16 um potencial de terra comum tanto em um local em uma vizinhança da entrada 104, e em um local em uma vizinhança do dispositivo de rede ressonante 110. O aterramento do revestimento de furo de sondagem oco em uma vizinhança da entrada é opcional, e estabelece uma impedância conhecida para o tubo condutor. O aterramento do revestimento de furo de sondagem oco em uma vizinhança do dispositivo de rede ressonante (ou seja, em uma extremidade inferior da cavidade ressonante, como mostrado 1A) permite que a extensão ressonante seja definida. OU seja, a cavidade ressonante tem uma extensão dentro do revestimento de furo de sondagem oco definida pela distância entre a bobina toroidal 112 e pela conexão de terra em uma segunda extremidade inferior da cavidade ressonante.

[0029] O transdutor pode ser configurado para incluir componentes elétricos passivos, como indutores e/ou capacitores, de modo que nenhuma energia de furo abaixo seja necessária. Durante uma montagem do aparelho 100 da fig. 1, o tubo condutor pode ser montado em seções, e um espaçador pode ser incluído em cada junta entre as várias seções de tubo para assegurar estabilidade. Antes de colocar o tubo condutor 102 e dispositivo de rede ressonante 110 em um furo de sondagem, um transdutor usado para sensorear a frequência de vibração modulada pode ser calibrado usando a GUI 120 e processador 118.

[0030] Detalhes do aparelho exemplificativo da fig. 1A será descrito com mais detalhe em relação à fig. 1B, que mostra um componente de telemetria exemplificativo do aparelho exemplificativo da fig. 1.

[0031] Na fig. 1B, o tubo condutor 102 e revestimento de furo de sondagem oco 111 são eletricamente isolados um do outro via a indutância de ferrita 108.

[0032] Quando o dispositivo de rede ressonante for um ressonador natural, o comprimento de onda da frequência de “toque” ressonante pode ditar o tamanho (por exemplo, comprimento) do dispositivo. Alguém experiente na técnica apreciará que a restrição de tamanho pode ser influenciada (por exemplo, reduzida) pelo “carregamento” do dispositivo com indutância e/ou capacitância. Por exemplo, a quantidade de ferrita usada em um modo de realização exemplificativo pode ser selecionado em função de considerações de frequência e tamanho desejados. Uma

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8/16 porta de sinal de instrumentação 112 é provida para receber a sonda 106. Uma configuração de cabeçote de poço, como mostrado 1B, é posta em curto-circuito com o revestimento de furo de sondagem oco. O indutor de ferrita 108, desse modo, isola a sonda condutora da entrada, que é acoplada ao tubo condutor 102, do topo do cabeçote de poço que, em um modo de realização exemplificativo, está a um potencial de terra comum. Em um modo de realização exemplificativo, devido ao cabeçote de poço ser aterrado via o curto-circuito do flange de cabeçote de poço 124 com a terra comum, o indutor de ferrita isola o flange de cabeçote de poço em curto-circuito do tubo condutor usado para conduzir um pulso da sonda para a cavidade ressonante.

[0033] Uma impedância exemplificativa 126 entre o tubo condutor e o revestimento de furo de sondagem oco 111 pode ser da ordem de 47ohms, menor ou maior. Esta porção do tubo condutor serve como uma linha de transmissão para comunicação dos eletrônicos no interior do furo, como o transdutor, com os eletrônicos de superfície, como o processador.

[0034] A fig. 1C ilustra uma representação elétrica da cavidade ressonante e transdutor nela incluído, Na fig. 1C, o núcleo toroidal 112 está representado como uma seção de indutor configurada de material de ferrita para conexão do tubo condutor 102 à cavidade ressonante 110. Como pode ser visto na fig. 1C, para um dispositivo de rede ressonante configurado como uma cavidade ressonante, uma porção superior 132 da cavidade ressonante 110 coincide com uma seção inferior do núcleo toroidal 112 e pode estar a uma impedância que, no modo de realização exemplificativo, é relativamente alta em comparação com a impedância entre o tubo condutor 102 e o revestimento 111. Por exemplo, a impedância no topo da cavidade ressonante pode ser da ordem de 2000ohms, menor ou maior. Para redes ressonantes magneticamente acopladas, baseadas em núcleo magnético, aquelas medidas podem ter pouca ou nenhuma relevância.

[0035] Esta impedância diferencial relativamente grande no topo da cavidade ressonante em relação ao tubo condutor acima da cavidade ressonante provê, pelo menos parcialmente, uma capacidade da cavidade ressonar, ou “soar” em resposta

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9/16 ao pulso e, desse modo, prover um maior grau de sensibilidade na medição de uma característica de interesse. Adicionalmente, a capacidade de preferência, transdutor prover um grau relativamente alto de sensibilidade é ajudada pela colocação de uma extremidade inferior da cavidade ressonante no potencial de terra comum.

[0036] A fig. 1C é uma representação elétrica do dispositivo de rede ressonante, para uma cavidade coaxial formada pelo tubo condutor e o revestimento de furo de sondagem, e inclui uma representação da resistência de rede ressonante 128 e da indutância de rede ressonante 130. Uma porção inferior da cavidade definida pela conexão de terra comum 114 está ilustrada na fig. 1C, de modo que a cavidade é definida pela base do núcleo toroidal 112 e a conexão de terra 114. Uma capacitância da luva associada à cavidade ressonante está representada como uma capacitância de luva 134.

[0037] O transdutor associado à cavidade ressonante para modular a frequência de vibração induzida pelo pulso, quando atuado pela característica a ser medida, está representado como um transdutor 136.

[0038] Para uma configuração de cavidade ressonante, a base da capacidade ressonante pode incluir uma vedação de obturador, para impedir que o tubo condutor 102encoste no revestimento de furo de sondagem oco 111.0 obturador 138, como mostrado na fig. 1C e fig. 1A, inclui condutores expostos 140 que podem interfacear com porções condutoras da cavidade ressonante e do revestimento de furo de sondagem oco 111 para obter a conexão de terra comum 114, em uma extremidade inferior da cavidade ressonante.

[0039] A fig. 1D ilustra outro detalhe do componente de telemetria de poço incluído em uma extremidade superior do tubo condutor 102. na fig. 1D, uma conexão da sonda 106 com o tubo condutor 102 está ilustrada como passando através do revestimento de furo de sondagem oco 111, na entrada 104. A fig. 1D mostra que a sonda 106 está isolada do flange de cabeçote de poço em curtocircuito 124 via o indutor de ferrita 108.

[0040] A fig. 2A mostra um detalhe exemplificativo de um dispositivo de rede ressonante 110 formado como uma cavidade ressonante. Na fig. 2A, o revestimento

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10/16 de furo de sondagem oco 111 pode ser visto como alojando o tubo condutor 102. O núcleo toroidal 112 está ilustrado, cuja base, na direção descendente para o furo de sondagem, constitui uma extremidade superior da cavidade ressonante. O transdutor 136 está ilustrado como localizado dentro de uma porção da cavidade ressonante, e está associado a uma luva de sensor condutiva 202, cuja capacitância está representada na fig. 1C como a capacitância de luva 134.

[0041] O núcleo toroidal de ferrita 112 pode ser configurado como núcleo toroidal deslizado para uma peça final de plástico. Esses materiais de ferrita são prontamente disponíveis, como núcleos disponíveis por Fair-Rite Incorporated, configurados como material de tipo de frequência de rádio de baixo μ, ou qualquer outro material adequado. Parafusos de montagem 204 estão ilustrados, e podem ser usados para manter a luva de sensor e transdutor no lugar, em um local ao longo de um comprimento do tubo condutor 102. Uma base da cavidade ressonante, que coincide com uma conexão de terra comum do obturador ao revestimento de furo de sondagem oco, não está mostrada na fig. 2.

[0042] A fig. 2B ilustra um detalhe exemplificativo de uma rede ressonante 110 formada como um circuito de tanque. Na fig. 2B, múltiplos dispositivos de rede ressonantes 206 associados a múltiplos pacotes de sensor podem ser incluídos no obturador, ou próximos ao mesmo. No modo de realização da fig. 2B, ressonadores usado sensores capacitivos e transformadores de acoplamento de ferrita são providos. Novamente, o furo de sondagem oco 111 pode ser visto alojando o tubo condutor 102. Cada dispositivo de rede ressonante é configurado como um núcleo toroidal 208 tendo um ressonador de bobina associado 210. Nenhum casamento de impedância significativo, ou modificações de curto-circuito de tubo-revestimento, a uma coluna de poço existente precisa ser implementado. A estrutura de coluna coaxial pode portar direto a um curto no obturador usando ressonadores toroidais de ferrita, como mostrado 2B, sem uma seção de casamento como com a configuração de cavidade ressonante.

[0043] Em uma representação elétrica esquemática, o tubo condutor pode ser efetivamente representado como um enrolamento de espira única 214 na construção

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11/16 do transformador, e diversos enrolamentos secundários 216 podem ser empilhados sobre o trajeto único de corrente primária. A qualidade do curto de obturador é de pouco ou nenhum significado. Obturadores de metal dentado podem ser usados alternativamente. O sinal de retorno usando este método de transformador pode ser detectado, em modos de realização exemplificativos, sem uso de uma baixa impedância de curto de obturador.

[0044] No modo de realização exemplificativo da fig. 2B, espaçamento entre múltiplos dispositivos de rede ressonantes 206 pode ser selecionado em função da aplicação desejada. Os dispositivos de rede ressonantes 208 devem ser separados suficientemente pata mitigar ou eliminar restrições mecânicas. Adicionalmente, a separação deve ser selecionada para mitigar ou eliminar acoplamento entre eles.

[0045] Em um modo de realização exemplificativo, uma largura de um anel pode diminuir acoplamento para aplicações típicas. A indutância e/ou capacitância de cada dispositivo de rede ressonante pode ser modificada pela adição de espiras de bobina, e o número de espiras pode ser selecionado em função da aplicação. Por exemplo, o número de espiras estabelecerá uma frequência de toque de cada dispositivo de rede ressonante. Modos de realização exemplificativos podem ser da ordem de 3 a 30 espiras, menor ou maior.

[0046] Em modos de realização exemplificativos, a frequência usada para os dispositivos de rede ressonantes pode ser da ordem de 3 MHz a 100MHz, menor ou maior, como desejado. A frequência pode ser selecionada em função das características de material do tubo condutor (por exemplo, aço). A espessura de casca pode limitar o uso de altas frequências acima de certo ponto, e uma extremidade inferior da faixa de frequências disponível pode ser selecionada em função da simplificação da construção do dispositivo de rede ressonante. Entretanto, se uma frequência muito baixa for selecionada, o desacoplamento do curto de conexão de cabeçote de poço pode ser um problema.

[0047] Desse modo, sensores múltiplos podem ser incluídos em um local de medição. O uso de materiais magnéticos de ferrita pode simplificar mecanicamente os dispositivos de rede ressonantes, e pode permitir menos alterações para os

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12/16 componentes de poço convencionais.

[0048] O uso de um toróide magnético de ferrita pode permitir que material magnético realce o campo magnético e, assim, a indutância, no trajeto de corrente em regiões compactas bem localizadas. Desse modo, o empilhamento de múltiplos dispositivos de rede ressonantes em um local remoto furo abaixo pode ser obtido com mínima interação entre os múltiplos dispositivos. Múltiplos dispositivos sensores podem ser incluídos para sensorear múltiplas características. Isto pode permitir também curtas distâncias de isolamento na conexão de cabeçote de poço para acoplar cabos de sinal ao tubo condutor 102, como mostrado na fig. 2C.

[0049] A fig.2C ilustra um modo de realização alternativo exemplificativo de uma conexão de cabeçote de poço, onde um carretei 218 é provido para acomodar o isolador de ferrita e conexões de sinal. Um carretei exemplificativo pode, por exemplo, ser da ordem de 20cm a 30cm de altura, ou qualquer outro tamanho adequado para acomodar a aplicação específica. O carretei é usado para conexão de sinal à coluna de tubo.

[0050] O dispositivo de rede ressonante configurado como uma “carretei toroidal” pode ser separado e operado substancialmente independente de pacotes de sensor que são similarmente configurados, e colocado em uma vizinhança do carretei 218. Uma maior indutância em uma largura do carretei toroidal pode ser usada para isolar o ponto de alimentação de sinal na conexão de cabeçote de poço. Conforme está representado na fig. 2C, corrente sobre a superfície do tubo induzirá campos magnéticos dentro do toróide de ferrita para realce indutivo do trajeto de corrente do tubo.

[0051] A fig. 3 ilustra uma vista do transdutor da fig. 2A e 2B de fundo do furo de sondagem olhando-se para cima na fig. 2. Na fig. 3, o transdutor 136 pode ser visto como senso conectado via, por exemplo, fios elétricos 302 tanto à luva de sensor 202 como ao tubo condutor 102. A luva de sensor, por sua vez, é capacitivamente acoplada ao revestimento de furo de sondagem oco 111 via a capacitância de luva 134.

[0052] A fig. 4 ilustra um modo de realização alternativo exemplificativo onde o

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13/16 obturador foi modificado para incluir uma extensão de conduto 402 para uma zona de interesse na qual a característica do furo de sondagem deve ser medida. Esta extensão 402 pode, em um modo de realização exemplificativo, ser uma porta direta para sensorear, por exemplo, uma pressão ou temperatura usando um fluido intermediário para o sensor.

[0053] Em modos de realização exemplificativos, transdutores, cimo transdutores capacitivos, são montados próximo ao topo da cavidade ressonante como um elemento elétrico da luva de sensor. Parâmetros remotos podem ser levados ao sensor na cavidade ressonante via um conduto passando através e para uma unidade de sensoreamento vedada. A medição de um parâmetro desejado pode, então, ser remotamente monitorada. O monitoramento pode ser estendido pelo uso de um mecanismo mecânico do sensor para relocar o sensor dentro da cavidade ressonante em diferentes locais ao longo do comprimento do tubo condutor 102. Na fig. 4, um conduto de sensor 404 é provido a uma zona de pressão ou temperatura a ser monitorada.

[0054] A fig. 5 mostra eletrônicos exemplificativos que podem ser implementados no processador 118 para prover o processamento de sinal já descrito. Em um modo de realização exemplificativo, o gerador de pulso 105 da fig. 1A provê um impulso. O pulso pode ser um pulso estreito que pode ser gerado usando um gerador de pulso prontamente disponível direto da prateleira. Um pulso exemplificativo é da ordem de 1 a 2 nano-segundos, a 75volts, tendo uma largura, à metade de sua altura, da ordem de 3 nano-segundos. Uma voltagem de pico do pulso é da ordem de 10 a 1000volts, dependendo, por exemplo, de uma profundidade do furo de sondagem. Por exemplo, a 1000m, um pulso de 1000volts pode ser usado. Alguém experiente na técnica reconhecerá, porém, que qualquer pulso desejado de qualquer característica desejada pode ser usado, provido que uma resposta adequada do dispositivo de rede ressonante possa ser obtida com uma precisão e tolerância desejadas da característica.

[0055] Na fig. 5, uma seção de pulso representando um gerador de pulso 105 da fig. 1A é provido para transmitir um impulso exemplificativo 502. Este pulso é suprido

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14/16 a um acoplador direcional provido de comporta 504 associado à sonda 106 da fig.

1A. Durante um pulso inicial, u receptor de alta sensibilidade associado ao processador de sinal 118 é desabilitado, e o pulso é aplicado ao tubo condutor 102.

[0056] O processador 118 controla o acoplador direcional provido de comporta 502 para ativar o receptor e, desse modo, detectar um retorno do transdutor localizado na cavidade ressonante. Este retorno está ilustrado, de modo geral, como a frequência de vibração modulada 506. Um sistema de aprazamento e retardo 508 pode ajustar um retardo predeterminado (por exemplo, 8150 nano-segundos, como ilustrado na fig. 5) para controlar a comporta para recepção do pulso de retroalimentação.

[0057] Durante o encaixe do receptor com o processador 118, a frequência de vibração de modulador passa através do acoplador direcional provido e comporta 504 e através de uma unidade de filtro de passa faixa 510. Um sinal filtrado proveniente da unidade de filtro de passa faixa 510 é suprido a um gravador de sinal analógico-para-digital 512 e para uma unidade de controle mestre (por exemplo, microprocessador, como um Pentium, ou outro microprocessador adequado) do processador 118. Alguém experiente na técnica apreciará que qualquer uma das funcionalidades ilustradas na fig. 5 pode ser complementada em hard, soft, firmware ou suas combinações.

[0058] Um sistema de link de telemetria/comunicação 516 pode ser provido para transmitir informação obtida do furo de sondagem para qualquer local desejado. O sistema de link de telemetria/comunicação pode ser qualquer sistema de transmissão e/ou recepção adequado incluindo, mas não de modo limitativo, sistemas sem fio e/ou por fio.

[0059] A fig. 6 mostra um método exemplificativo para sensorear uma característica de um furo de sondagem usando, por exemplo, um aparelho como descrito em relação às figuras precedentes. Na fig. 6, bloco 602, um operador pode ajustar parâmetros de aprazamento (por exemplo, via a interface de usuário geral). Estes parâmetros podem incluir, sem limitação, uma taxa de pulso, uma altura de pulso, u retardo recebido etc. No bloco 604, um pulso é suprido (por exemplo,

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15/16 disparado) através do acoplador direcional, e para o tubo condutor do furo de sondagem.

[0060] Após um retardo específico, o sistema de aprazamento e retardo 508 da fig. 5 abre uma comporta de recepção para detectar a frequência de vibração modulada proveniente do transdutor. Esta frequência de vibração modulada constitui um toque que entra no filtro de passa faixa no bloco 608, e que é gravado pelo gravador analógico-para-digital 512.

[0061] No bloco 610, uma assinatura digitalizada do toque pode ser processada quanto à frequência, usando, por exemplo, uma transformada de Fourier rápida (FFT). No bloco 612, a frequência de toque pode ser equalizada, através de software como tabelas de consulta contidas no processador 118, a uma característica particular, ou parâmetro de transdutor e, depois, preparada para transmissão ou armazenamento.

[0062] Alguém experiente na técnica apreciará que modos de realização exemplificativos como aqui descritos podem prover telemetria de furo abaixo usando técnicas passivas e estruturas ressonantes. Desse modo, o aparelho como aqui descrito pode ser exposto a um ambiente hostil, como altas temperatura e pressão de um furo de sondagem. Mudanças diminutas em uma característica podem ser prontamente monitoradas e transmitidas a um receptor para processamento. Devido à reflexão de energia incidente ser usada, nenhuma bateria ou suprimento de energia de furo abaixo é necessária, o que pode reduzir a complexidade.

[0063] Alguém experiente na técnica apreciará que em certas aplicações, fluido pode estar presente no poço. Modos de realização exemplificativos podem empregar técnicas, como aplicação de pressão, para forçar o fluido para fora de qualquer porção do tubo condutor e cavidade ressonante usados para transmissão de sinal onde o fluido é esperado influenciar prejudicialmente detecção de sinal. Alternativamente, fluidos que não impactem a detecção de sinal podem ser forçados para o furo de sondagem para substituir outros fluidos que possam ser prejudiciais à detecção de sinal [0064] Alguém experiente na técnica apreciará que os modos de realização

Petição 870180014617, de 23/02/2018, pág. 22/27 revelados aqui descritos servem apenas como exemplos, e que numerosas variantes existirão. A invenção só é limitada pelas reivindicações, que abrangem os modos de realização aqui descritos, bem como, variantes aparentes a alguém experiente na técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho (100) para sensorear uma característica de um furo de sondagem, caracterizado pelo fato de compreender:

um tubo condutor (102);

uma entrada (104) acoplada ao tubo condutor (102) para aplicação de pulso elétrico ao tubo condutor (102);

um dispositivo de rede ressonante (110) conectado ao tubo condutor (102); e um transdutor (136) que fica em comunicação operacional com o dispositivo de rede ressonante (110) para medir uma característica de furo de sondagem, o transdutor (136) sendo configurado para afetar uma modulação de uma frequência de vibração de ressonador induzida no dispositivo de rede ressonante (110) quando um pulso é aplicado à entrada (104); e em que a entrada (104) inclui adicionalmente: uma sonda (106) acoplada ao tubo condutor (102); e um indutor (108) para isolar eletricamente a entrada (104) de um potencial de terra comum em um local na vizinhança da entrada (104), em que o dispositivo de rede ressonante (110) compreende uma rede ressonante magneticamente acoplada.
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:

um gerador de pulso (105) acoplado à entrada (104) para gerar o pulso a ser aplicado ao tubo condutor (102).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do pulso ser um transiente elétrico.
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:

um revestimento de furo de sondagem oco (111) localizado no interior do furo de sondagem, onde pelo menos uma porção do revestimento de furo de sondagem oco (111) está em um terra comum, e onde o tubo condutor (102) é localizado dentro e eletricamente isolado do revestimento de furo de sondagem oco (111).

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5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do tubo condutor (102) ser eletricamente isolado do revestimento de furo de sondagem oco (111) pelo uso de espaçadores (116) localizados em múltiplas junções de seções de tubo para formar o tubo condutor (102).
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:

um processador (118) acoplado ao transdutor (136) para processar uma saída do transdutor (136) para prover um sinal representativo da característica.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da característica ser pelo menos uma dentre composição de material, uma temperatura, uma pressão ou uma vazão sensoreada em um local ao longo da extensão do furo de sondagem.
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do dispositivo de rede ressonante ser uma cavidade ressonante e o revestimento de furo de sondagem oco (111) estar a um potencial de terra comum tanto no local em uma vizinhança da entrada (104), como em um local em uma vizinhança da cavidade ressonante.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do dispositivo de rede ressonante (110) ser uma cavidade ressonante localizada dentro de um revestimento de furo de sondagem oco (111), uma extensão da cavidade ressonante dentro do revestimento de furo de sondagem oco (111) definida por um isolador indutivo em uma primeira extremidade, e por uma conexão de terra comum (114) em uma segunda extremidade.
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do transdutor incluir componentes elétricos passivos.
11. Método para sensorear uma característica de um furo de sondagem. caracterizado pelo fato de compreender:

transmitir um pulso elétrico ao longo de um tubo condutor (102) localizado no interior do furo de sondagem; em que transmitir o pulso compreende transmitir o pulso a uma entrada (104) acoplada ao tubo condutor (102);

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3/3 fornecer um transdutor (136) em comunicação operacional com o dispositivo de rede ressonante (110), o transdutor (136) sendo configurado para afetar uma modulação de uma frequência de vibração de ressonador induzida no dispositivo de rede ressonante (110) dentro de um revestimento de furo de sondagem oco (111) quando um pulso é aplicado à entrada (104); e sensorear a frequência de vibração modulada, como uma medida da característica do furo de sondagem; em que a entrada (104) inclui adicionalmente: uma sonda (106) acoplada ao tubo condutor (102); e um indutor (108) para isolar eletricamente a entrada (104) de um potencial de terra comum em um local na vizinhança da entrada (104), em que o dispositivo de rede ressonante (110) compreende uma rede ressonante magneticamente acoplada.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender:

processar a modulação da frequência de vibração para prover um sinal representativo da característica.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato da característica ser pelo menos uma dentre composição de material, temperatura, pressão ou vazão sensoreada em um local ao longo de uma extensão do furo de sondagem.
14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do processamento incluir:

efetuar uma análise estatística da frequência de vibração modulada.
15. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender:

calibrar um transdutor (136) usado para produzir a frequência de vibração modulada antes da inserção do sensor no furo de sondagem.