BRPI0710647A2 - método e aparelho para determinação da resistividade da formação à frente do furador e azimutal no furador - Google Patents

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA DETERMINAçãO DA RESISTIVIDADE DA FORMAçãO à FRENTE DO FURADOR E AZIMUTAL NO FURADOR A presente invenção refere-se a um método e aparelho para obter uma medição de resistividade de uma formação terrestre que circunda um furo de sondagem em um dispositivo MWD, que usa a ponta do furador e a porção adjacente do colar da broca como um eletrodo de focalização para focalizar a corrente de medida proveniente de um eletrodo de medida na face ou lado da ponta do furador. Isso prové a capacidade de enxergar à frente de, e de modo azimutal, ao redor da ponta do furador.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EAPARELHO PARA DETERMINAÇÃO DA RESISTIVIDADE DA FORMA-ÇÃO À FRENTE DO FURADOR E AZIMUTAL NO FURADOR".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se, de forma geral, à exploração dehidrocarbonetos envolvendo investigações elétricas de um furo de sonda-gem penetrando uma formação terrestre. Mais especificamente, essa inven-ção refere-se a um furador instrumentado em uma ferramenta se movendoao longo do furo de sondagem dentro de uma formação terrestre para intro-duzir e medir correntes de levantamento individuais injetadas na parede dofuro de sondagem. Sensores de medição adicionais podem também ser pro-vidos.

2. Antecedentes da Técnica

O registro do furo de sondagem terrestre elétrico é bem-conhecido e vários dispositivos e várias técnicas foram descritos para essafinalidade. Falando de maneira geral, existem duas categorias de dispositi-vos usados nos dispositivos de registro elétrico. Na primeira categoria, oschamados dispositivos "galvânicos", os eletrodos emitem corrente para den-tro das formações terrestres a fim de determinar a resistividade. Uma dasformas mais simples dos dispositivos galvânicos é o assim chamado disposi-tivo "normal" onde um eletrodo de corrente emite uma corrente através daformação terrestre para uma localização de retorno remota, e um eletrodo devoltagem mede o potencial devido a essa corrente com relação à localizaçãode referência remota. Na segunda categoria, ferramentas de medição induti-vas, uma antena dentro do instrumento de medição induz um fluxo de cor-rente dentro da formação terrestre. A resistividade pode ser determinadamedindo a magnitude ou a atenuação causada pela propagação dessa cor-rente por meio da mesma antena ou antenas receptoras separadas. Váriasmodalidades ilustrativas da presente invenção pertencem à primeira catego-ria, dispositivos galvânicos, como descrito em mais detalhes abaixo.

Dispositivos do tipo normal foram usados extensivamente naindústria de registro para determinar a resistividade da formação quando ofluido do furo de sondagem é mais resistivo ou é ligeiramente menos resisti-vo do que a formação. Um dos dispositivos anteriores foi esse de Doll ondeuma ferramenta assim chamada "micronormal" foi usada para medir a resis-tividade perto da parede do furo de sondagem.

Alguns dispositivos galvânicos são projetados para focalizar acorrente de levantamento dentro da formação cuja resistividade é para serdeterminada. Por exemplo, Birdwell (Patente US 3.365.658) ensina o uso deum eletrodo focalizado para a determinação da resistividade das formaçõesda subsuperfície. Uma corrente de levantamento é emitida a partir de umeletrodo de levantamento central para as formações terrestres adjacentes.Essa corrente de levantamento é focalizada em um feixe relativamente es-treito de corrente para fora do furo de sondagem pelo uso de uma correntede focalização emitida de eletrodos de focalização próximos localizados ad-jacentes ao eletrodo de levantamento e em qualquer lado do mesmo. Outrosdispositivos galvânicos focalizam a corrente perto da parede do furo de son-dagem. Isso é útil quando a resistividade da lama é muito menor do que aresistividade da formação.

A Patente US 6.050.068 para Chemali e outros, tendo o mesmoprocurador que a presente invenção, cujos conteúdos são incorporados aquipor referência, ensina um aparelho para fazer as medições da resistividadede uma formação terrestre durante o processo de perfuração. Uma ponta dofurador é transportada em uma montagem inferior com a finalidade de perfu-rar o furo de sondagem. Pelo menos um eletrodo de medida é carregado emuma superfície exterior da ponta do furador e é usado para transportar umacorrente de medida para dentro da formação. Um dispositivo colocado emuma cavidade da ponta do furador é responsivo a pelo menos um de (i) acorrente e (ii) a voltagem do pelo menos um eletrodo de medida. A respostadesse dispositivo indica uma medição da resistividade da formação perto dofuro de sondagem. Uma fonte de voltagem acoplada pelo menos em um ele-trodo provê uma voltagem especificada para o pelo menos um eletrodo. Odispositivo revelado em Chemali é um dispositivo não focalizado. Conse-qüentemente, podem existir variações na resistividade medida devido a mu-danças no afastamento do eletrodo durante a rotação da ferramenta. Podeser desejável reduzir o efeito do afastamento. Aqueles versados na técnica,e tendo o benefício da presente invenção, reconheceriam que o afastamentono furador pode ser causado pelo pulo do furador durante a perfuração.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Uma modalidade da descrição é um aparelho para fazer medi-ções de uma formação terrestre durante a perfuração de um furo de sonda-gem. O aparelho inclui uma ponta do furador transportada em uma monta-gem do furo inferior (BHA). Um eletrodo na ponta do furador é configuradopara transportar uma corrente de medida para dentro da formação terrestre,o eletrodo sendo eletricamente isolado da ponta do furador. Uma fonte depotência é configurada para gerar a corrente medida e manter a ponta dofurador em um potencial tendo um valor substancialmente igual a um poten-ciai do eletrodo. O aparelho também inclui um processador configurado parausar o valor do potencial e um valor da corrente para estimar o valor do pa-râmetro de interesse, e gravar o valor estimado em um meio adequado. Oparâmetro de interesse pode ser uma resistividade da formação terrestre,uma condutividade da formação terrestre, uma distância para uma interfacena formação terrestre e/ou uma imagem de resistividade da formação. Oaparelho pode também incluir um sensor de orientação na BHA, o eletrodoestando em um lado da ponta do furador, e em que o processador é configu-rado também para compactar e telemetrar uma imagem de resistividade daformação para uma localização de superfície. O processador pode ser tam-bém configurado para estimar o valor do parâmetro de interesse usando umfator de calibração determinado a partir de uma medição em um meio deresistividade conhecida. O sensor de orientação pode ser um acelerômetro,um magnetômetro e/ou um giroscópio. A fonte de potência pode tambémincluir uma bobina toroidal. O aparelho pode também incluir um dispositivode medição de corrente configurado para prover o valor da corrente de me-dida. O processador pode ser também configurado para controlar uma dire-ção de perfuração da BHA com base em uma distância determinada parauma interface na formação terrestre e/ou uma imagem de resistividade daformação.

Uma outra modalidade é um método para medir um parâmetrode interesse de uma formação terrestre durante a perfuração de um furo desondagem. O método inclui transportar uma ponta do furador em uma BHApara dentro do furo de sondagem. Uma corrente de medida é transportadapara dentro da formação terrestre usando um eletrodo em e eletricamenteisolado da ponta do furador. A corrente de medida é focalizada e uma esti-mativa é feita do valor do parâmetro de interesse usando um valor do poten-ciai do eletrodo e um valor da corrente. O valor estimado do parâmetro deinteresse é gravado em um meio adequado. A focalização da corrente medi-da pode ser feita mantendo a ponta do furador em um potencial tendo umvalor substancialmente igual ao potencial do eletrodo. O parâmetro de inte-resse pode ser uma resistividade da formação terrestre, uma condutividadeda formação terrestre, uma distância para uma interface na formação terres-tre e/ou uma imagem de resistividade da formação. O método pode tambémincluir medir uma orientação da BHA1 transportar a corrente de medida deum lado da ponta do furador e compactar e telemetrar uma imagem de resis-tividade da formação para uma localização de superfície. A estimativa dovalor do parâmetro de interesse pode ser também baseada no uso de umfator de calibração determinado a partir de uma medição em um meio deresistividade conhecida. A medição da orientação da BHA pode ser baseadano uso de um sensor de orientação que pode ser um acelerômetro, ummagnetômetro e/ou um giroscópio. A corrente de medida pode ser geradausando uma bobina toroidal. Um valor da corrente de medida pode ser pro-vido usando um dispositivo de medição de corrente. O método pode tambémincluir controlar a direção de perfuração para fora da BHA com base em umadistância determinada para uma interface na formação terrestre e/ou umaimagem de resistividade da formação.

Uma outra modalidade é um meio legível por computador parauso com um aparelho para fazer medições de um parâmetro de interesse deuma formação terrestre. O aparelho inclui uma ponta do furador transportadaem uma BHA. Um eletrodo na ponta do furador é configurado para transpor-tar uma corrente de medida para dentro da formação terrestre, o eletrodosendo eletricamente isolado da ponta do furador. Uma fonte de potência éconfigurada para gerar uma corrente de medida e manter a ponta do furadorem um potencial tendo um valor substancialmente igual a um potencial forado eletrodo. O meio inclui instruções que possibilitam que um processadoruse o valor do potencial e um valor da corrente para estimar um valor do pa-râmetro de interesse, e para gravar o valor estimado do parâmetro de inte-resse em um meio adequado. O meio pode incluir uma ROM, uma EPROM,uma EEPROM, uma memória flash e/ou um disco ótico.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A presente invenção é entendida melhor com referência às figu-ras seguintes nas quais numerais semelhantes se referem a elementos se-melhantes.

A figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de perfu-ração que inclui uma ferramenta de registro de resistividade de acordo comvárias modalidades ilustrativas da presente invenção,

A figura 2 é uma ilustração de uma modalidade da presente in-venção na qual uma corrente de medida à frente do furador é focalizada u-sando a ponta do furador,

A figura 3 é uma ilustração de uma implementação sensível nosentido azimutal da presente invenção na qual uma corrente de medida éfocalizada usando a ponta do furador,

A figura 4 é uma ilustração do modelo da ponta do furador e doeletrodo de medida na parte frontal do furador usado para simulação da res-posta da ferramenta de registro de resistividade da presente invenção e

A figura 5 mostra uma comparação da corrente na ferramenta deregistro de resistividade da presente invenção com um limite de leito à frenteda ponta do furador com a resposta de uma ferramenta de registro da técni-ca anterior.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A figura 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema deperfuração 10 tendo uma montagem abaixo no furo contendo um sistemasensor e os dispositivos de superfície de acordo com uma modalidade dapresente invenção. Como mostrado, o sistema 10 inclui um guindaste con-vencional 11 erigido em um piso de guindaste 12 que suporta uma mesagiratória 14 que é girada por um motor principal (não mostrado) em uma ve-locidade rotacional desejada. Uma coluna de perfuração 20 que inclui umaseção de cano de perfurar 22 se estende para baixo da mesa giratória 14para dentro do furo de sondagem 26. Uma ponta do furador 50 presa na co-luna de perfuração 20 abaixo no furo desintegra as formações geológicasquando ela é girada. A coluna de perfuração 20 é acoplada em um "guinchoprincipal" 30 via uma junta "kelly" 21, tornei 28 e linha 29 através de um sis-tema de polias 29a. Durante as operações de perfuração, a guincho principal30 é operado para controlar o peso no furador e a taxa de penetração dacoluna de perfuração 20 para dentro do furo de sondagem 26. A operaçãodo guincho principal 30 é bem-conhecida na técnica e assim não é descritaem detalhes aqui.

Durante as operações de perfuração, um fluido de broquear a-dequado (geralmente citado na técnica como "lama") de um poço de lama 32é circulado sob pressão através da coluna de perfuração 20 por uma bombade lama 34. O fluido de broquear 31 passa da bomba de lama 34 para den-tro da coluna de perfuração 20 via um "desurger" 36, linha de fluido 38 e ajunta kelly 21. O fluido de broquear 31 é descarregado no fundo do furo desondagem 51 através de uma abertura na ponta do furador 50. O fluido debroquear 31 circula para cima do furo através do espaço anular 27 entre acoluna de perfuração 20 e o furo de sondagem 26 e é descarregado no poçode lama 32 via uma linha de retorno 35. De preferência, uma variedade desensores (não mostrado) é apropriadamente disposta na superfície de acor-do com métodos conhecidos na técnica para prover informação sobre váriosparâmetros relacionados com a perfuração, tais como taxa de fluxo do fluido,peso no furador, carga no gancho, etc.

Uma unidade de controle de superfície 40 recebe sinais dossensores abaixo no furo e dispositivos via um sensor 43 colocado na linhade fluido 38 e processa tais sinais de acordo com instruções programadasprovidas para a unidade de controle de superfície 40. A unidade de controlede superfície 40 exibe parâmetros de perfuração desejados e outras infor-mações em um mostrador/monitor 42, cuja informação é utilizada por umoperador para controlar as operações de perfuração. A unidade de controlede superfície 40 contém um computador, memória para armazenar dados,registrador(es) de dados e/ou outros periféricos. A unidade de controle desuperfície 40 também inclui modelos e processa dados de acordo com ins-truções programadas e responde aos comandos do usuário inseridos atra- vés de um recurso adequado, tal como um teclado. A unidade de controle 40é preferivelmente adaptada para ativar alarmes 44 quando certas condiçõesde operação inseguras ou indesejáveis ocorrem. Aqueles versados na técni-ca reconheceriam que se um motor de lama é usado, existe rotação relativaentre a ponta do furador e a coluna de perfuração e provisão tem que ser feita para a transferência dos sinais entre a ponta do furador e a coluna deperfuração. Essa transferência pode ser feita usando telemetria eletromag-nética.

O motor de perfuração ou motor de lama 55 acoplado na pontado furador 50 através de um eixo de transmissão (não mostrado) disposto em uma montagem de mancai 57 gira a ponta do furador 50 quando o fluidode broquear 31 é passado através do motor de lama 55 sob pressão. A mon-tagem de mancai 57 suporta as forças radial e axial da ponta do furador 50,a propulsão descendente do motor de perfuração 55 e o carregamento as-cendente reativo do peso aplicado sobre o furador. Um estabilizador 58 aco- piado na montagem de mancai 57 age como um centralizador para a porçãomais inferior da montagem do motor de lama 55.

Em uma modalidade do sistema, a submontagem abaixo no furo59 (também citada como a montagem do furo inferior ou "BHA"), que contémos vários sensores e dispositivos MWD para prover informação sobre a for- mação e parâmetros de perfuração abaixo no furo e o motor de lama 55, éacoplada entre a ponta do furador 50 e o cano de perfuração 22. A monta-gem abaixo no furo 59 preferivelmente é de construção modular, em que osvários dispositivos são seções interligadas de modo que seções individuaispodem ser substituídas quando desejado. Pode ser necessário montar o ca-bo para o eletrodo do furador (discutido abaixo) em todos os outros dispositi-vos entre o furador e o eletrodo de retorno (também discutido abaixo).

Ainda com referência de novo à figura 1, a BHA 59 pode tam-bém conter sensores e dispositivos além dos sensores acima descritos. Taisdispositivos incluem um dispositivo 64 para medir a resistividade da forma-ção perto e/ou em frente da ponta do furador 50, um dispositivo de raios ga-ma 76 para medir a intensidade dos raios gama da formação e dispositivos,tal como um inclinômetro 74 para determinar a inclinação e/ou o azimute dacoluna de perfuração 20. O dispositivo de medição da resistividade da for-mação 64 é preferivelmente acoplado acima da submontagem de arranqueinferior 62 que provê sinais, dos quais a resistividade da formação perto ouem frente da ponta do furador 50 é determinada. Um dispositivo de resistivi-dade de propagação duplo ("DPR") tendo um ou mais pares de antenas detransmissão 66a e 66b separadas de um ou mais pares de antenas recepto-ras 68a e 68b é usado. Dipolos magnéticos são utilizados que operam noespectro de freqüência média e no espectro de alta freqüência inferior. Emoperação, as ondas eletromagnéticas transmitidas são perturbadas quandoelas propagam através da formação que circunda o dispositivo de mediçãode resistividade 64. As antenas receptoras 68a e 68b detectam as ondasperturbadas. A resistividade da formação é derivada da fase e amplitude dossinais detectados. Os sinais detectados são processados por um circuitoabaixo no furo e/ou processador que é preferivelmente colocado em um alo-jamento 70 acima do motor de lama 55 e transmitidos para a unidade decontrole de superfície 40 usando um sistema de telemetria adequado 72.

O inclinômetro 74 e o dispositivo de raios gama 76 são adequa-damente colocados ao longo do dispositivo de medição de resistividade 64para determinar, respectivamente, a inclinação da porção da coluna de per-furação 20 perto da ponta do furador 50 e a intensidade dos raios gama daformação. Qualquer inclinômetro e dispositivo de raios gama adequados,entretanto, podem ser utilizados com a finalidade de várias modalidades ilus-trativas da presente invenção. Além disso, um dispositivo de orientação (nãomostrado), tais como um magnetômetro, um acelerômetro ou um dispositivogiroscópico, pode ser utilizado para determinar o azimute da coluna de per-furação 20. Tais dispositivos são conhecidos na técnica e assim, não sãodescritos em detalhes aqui. Na configuração acima descrita, o motor de lama55 transfere potência para a ponta do furador 50 via um ou mais eixos ocosque correm através do dispositivo de medição de resistividade 64. O eixooco possibilita que o fluido de broquear passe do motor de lama 55 para aponta do furador 50. Em uma modalidade alternada da coluna de perfuração20, o motor de lama 55 pode ser acoplado abaixo do dispositivo de mediçãode resistividade 64 ou em qualquer outro lugar adequado.

A coluna de perfuração 20 contém uma montagem de sensormodular, tal como o dispositivo de medição de resistividade da formação 64,uma montagem de motor, tal como a montagem do motor de lama 55 e umaou mais submontagens de arranque, tal como a submontagem de arranqueinferior 62, por exemplo. Em uma modalidade, a montagem do sensor incluium dispositivo de resistividade, como descrito em mais detalhes abaixo, odispositivo de raios gama 76 e o inclinômetro 74.

A montagem do furo inferior (BHA) 59 da presente invenção in-clui uma seção MWD 78 que pode incluir um dispositivo de medição de po-rosidade de formação nuclear, um dispositivo de densidade nuclear e umsistema de sensor acústico colocado acima do motor de lama 55 no aloja-mento para a seção MWD 78 para prover informação útil para avaliar e tes-tar as formações da subsuperfície ao longo do furo de sondagem 26. A pre-sente invenção pode utilizar qualquer um dos dispositivos de densidade deformação conhecidos. Qualquer dispositivo de densidade da técnica anteriorusando uma fonte de raios gama pode ser usado. Em uso, os raios gamaemitidos da fonte entram na formação onde eles interagem com a formaçãoe atenuam. A atenuação dos raios gama é medida por um detector adequa-do do qual a densidade da formação é determinada.

Os dispositivos acima mencionados transmitem dados para osistema de telemetria abaixo no furo 72, que por sua vez transmite os dadosrecebidos para cima do furo para a unidade de controle de superfície 40. Osistema de telemetria abaixo no furo 72 também recebe sinais e dados daunidade de controle acima do furo 40 e transmite tais sinais recebidos e da-dos para os dispositivos abaixo no furo apropriados. A presente invençãopode usar uma técnica de telemetria de pulso de lama para comunicar osdados dos sensores abaixo no furo e dos dispositivos durante as operaçõesde perfuração. Um transdutor 43 colocado na linha de suprimento de lama38 detecta os pulsos de lama responsivos aos dados transmitidos pelo sis-tema de telemetria abaixo no furo 72. O transdutor 43 gera sinais elétricosem resposta às variações da pressão da lama e transmite tais sinais via umcondutor 45 para a unidade de controle de superfície 40. Outras técnicas detelemetria, tais como técnicas eletromagnéticas e acústicas e/ou qualqueroutra técnica adequada podem ser utilizadas para as finalidades dessa in-venção. A montagem de perfuração também inclui um sensor direcional.Sem limitar o escopo da invenção, o sensor direcional pode ser um magne-tômetro do tipo de inércia.

O princípio da presente invenção é ilustrado na figura 2. Em umalocalização adequada na coluna de perfuração 20, uma fonte de voltagem107 é provida. No exemplo, a fonte de voltagem 107 é mostrada como es-tando em cima e/ou em um colar da broca 101 e é parte da BHA 59. Issonão é para ser interpretado como uma limitação para a presente invenção. Avoltagem pode ser gerada, por exemplo, usando uma bobina toroidal monta-da em algum lugar sobre e/ou ao redor da coluna de perfuração 20. Essafonte de voltagem 107 gera uma corrente em uma direção axial na coluna deperfuração 20 que flui na direção da ponta do furador 106 e retorna no ladooposto da fonte de voltagem 107 em uma localização remota. Se a lama écondutora, o colar da broca pode agir como o retorno. Uma conexão elétricaé provida entre a fonte de voltagem 107 e o furador 106 através do colar dabroca 101. Para as finalidades da presente invenção, a fonte de voltagem107 é também uma fonte de potência desde que ela gera uma corrente nacoluna de perfuração 20. Dentro da ponta do furador 160, um eletrodo 108 éinstalado na face do furador. O eletrodo 108 é isolado do resto da BHA 59 econectado através de um cabo 109 em um dispositivo de medição de corren-te 103 tal como uma bobina toroidal montada firmemente ao redor do cabo109 ou ao redor de um resistor de medição (não mostrado) em série com ocabo 109. A rota adotada pelo cabo 109 do dispositivo de medição de cor-rente 103 para o eletrodo 108 pode ser arbitrária, mas o cabo 109 deve serisolado, tal como por isolamento elétrico adequado, do colar da broca 101.Na outra extremidade do cabo 109 do eletrodo 108, o dispositivo de mediçãode corrente 103 é conectado no circuito eletrônico localizado no colar dabroca 101 da BHA 59. Com essa disposição, o potencial absoluto da pontado furador 106 (e da porção adjacente do colar da broca 101) é aproxima-damente o mesmo que o potencial absoluto do eletrodo 108. Isso mantémuma condição de focalização para a corrente transportada pelo eletrodo 108,como discutido a seguir.

Com a configuração mostrada, a ponta do furador 106 e a por-ção adjacente do colar da broca 101 agem como um eletrodo de focalizaçãoque transporta uma corrente de focalização 105 na direção geralmente indi-cada como mostrado na figura 2. Deve ser observado que o termo "transpor-ta" é para ser usado no seu significado mais amplo e é planejado para incluircorrente tanto para dentro quanto para fora da formação. Como um resulta-do da focalização provida pela corrente de focalização 105, uma corrente demedida 111 do eletrodo 108 é geralmente direcionada à frente da ponta dofurador 106. É essa direção avançada da corrente de medida 111 que provêa capacidade da presente invenção de ver à frente da ponta do furador.

Uma resistividade aparente ρ da formação terrestre é então for-necida por

<formula>formula see original document page 12</formula>

onde U é a voltagem da fonte de voltagem 107 e I é a corrente de medida111, por exemplo, medida no dispositivo de medição de corrente 103. A re-sistividade real da formação terrestre é obtida como:

<formula>formula see original document page 12</formula>

onde k é um fator de calibração. O fator de calibração pode ser obtido, porexemplo, por medições de laboratório feitas com a ferramenta em um meiode resistividade conhecida ou pela modelagem.

Uma outra modalidade da presente invenção é ilustrada na figu-ra 3. Como na modalidade da figura 2, uma fonte de voltagem axial 207 éprovida. No exemplo, a fonte de voltagem 207 é mostrada como estandosobre e/ou no colar da broca 201 e é parte da BHA 59. Isso não é para serinterpretado como uma limitação para a presente invenção. A voltagem podeser gerada, por exemplo, usando uma bobina toroidal ao redor da coluna deperfuração 20. Essa fonte de voltagem 207 gera uma corrente em uma dire-ção axial da coluna de perfuração 20 que flui na direção da ponta do furador206 e retorna no lado oposto da fonte de voltagem 207 em uma localizaçãoremota (ver acima). Uma conexão elétrica é provida entre a fonte de volta-gem 207 e o furador 206 através do colar da broca 203. Dentro da ponta dofurador 206, um eletrodo 208 é instalado em um lado da ponta do furador206. Isso está em contraste com a modalidade da figura 2, onde o eletrodo108 fica na face do furador. O eletrodo 208 é isolado do resto da BHA 59 econectado através de um cabo 209 em um dispositivo de medição de corren-te 203, tal como uma bobina toroidal montada firmemente ao redor do cabo209 ou ao redor de um resistor de medição (não mostrado) em série com ocabo 209. A rota adotada pelo cabo 209 do dispositivo de medição de cor-rente 203 para o eletrodo 208 pode ser arbitrária, mas o cabo 209 deve serisolado, tal como por isolamento elétrico adequado, do colar da broca 201.Na outra extremidade do cabo 209 do eletrodo 208, o dispositivo de mediçãode corrente 203 é conectado em circuito eletrônico localizado no colar dabroca 201 da BHA 59.

A corrente de focalização da ponta do furador 206 e de uma por-ção adjacente do colar da broca 201 é indicada por 205. Devido ao fato queo eletrodo 208 fica no lado da ponta do furador 206, a corrente de medida211 flui em uma direção que está próxima de ser radial. Essa direção da cor-rente de medida 211 provê a ferramenta de registro com sensibilidade azi-mutal.

Como seria conhecido para aqueles primeiros na técnica, medi-ções de resistividade feitas por um dispositivo MWD provêem uma melhorindicação da resistividade da formação (ou, de maneira equivalente, conduti-vidade) do que as medições por linhas de fios. Isso é devido ao fato que asmedições por linhas de fios, que são feitas depois de um tempo decorrido daperfuração do poço, são afetadas pela invasão da formação pelos fluidos debroquear. Sob esse aspecto, medições de resistividade feitas na ponta dofurador são até mesmo melhores.

A fim de demonstrar a capacidade de "visão à frente do furador"da invenção, uma modelagem numérica foi executada. A modelagem incluiuma comparação com uma ferramenta da técnica anterior, que é represen-tada somente por seu espaçamento de transmissor e receptor. A figura 4mostra o modelo de uma ferramenta de registro 300 que foi usada. A mode-lagem foi feita para um furo 26 de 31,12 cm de diâmetro (12,25 polegadas).O transmissor 303 gera uma voltagem DC que é seguida por uma correnteatravés da coluna de perfuração 301. A corrente retorna na seção de retorno302 para o transmissor 303. Toda a coluna de perfuração 301 é assumidaidealmente como condutiva e livre de perda. Portanto, o potencial abaixo dotransmissor 303 na direção do furador 309 é igual na ferramenta de registro300. A corrente pode ser determinada nas áreas de superfície da ferramen-ta. Dentro do modelo, a montagem do furo de sondagem completa (BHA) 59(exceto pela ponta do furador 309) é circundada pela lama de perfuração 31de resistividade de lama específica que é geralmente diferente da resistivi-dade da formação. A simulação começa em uma formação de 1 Ω-m 304 deresistividade de formação. Uma outra formação com uma resistividade dife-rente 306 é deslocada na direção vertical a fim de simular a penetração dofurador e da ferramenta através do limite entre as duas formações 307. Du-rante a penetração, a corrente através do receptor 305, bem como atravésde um eletrodo de medida 311, é gravada.

A figura 5 mostra a mudança de corrente no eletrodo do furadorcomparado com a técnica convencional onde a corrente do furador é grava-da no receptor de acordo com o modelo. A abscissa é a resposta da correnteexpressa como uma porcentagem da resposta máxima. A ordenada é a pro-fundidade em metros (m). As curvas 401 (existem cinco delas) são para vá-rias modalidades ilustrativas da presente invenção com espaçamentos de 0m, 0,28 m, 0,87 m, 2,11 me 4,75 m, respectivamente entre a ponta do fura-dor e o receptor. A BHA 59 é movida de uma formação de 1 Ω-m de resisti-vidade de formação para uma formação de 100 Ω-m de resistividade de for-mação. Valores negativos de profundidade significam que a BHA 50 estácompletamente dentro da formação de 1 Ω-m de resistividade, o valor 0 deprofundidade significa que o furador toca o limite da formação de 100 Ω-mde resistividade e valores positivos de profundidade representam posiçõesda face do furador na formação de 100 Ω-m de resistividade. A corrente énormalizada para a corrente na formação de 1 Ω-m de resistividade em -2m(100%). As curvas 403, 405, 407, 409 e 411 são respostas de corrente cor-respondentes no receptor para o dispositivo simulado da técnica anterior.

Como pode ser observado na figura 5, as respostas de corrente401 para várias modalidades ilustrativas da presente invenção são quaseindependentes da distância entre a ponta do furador 309 e o receptor 305.Um pequeno efeito de proteção pode ser observado quando a distância en-tre o furador e o transmissor é alongada. Entretanto, o eletrodo do furador écapaz de detectar mudanças de corrente de 20% em meio metro antes queo furador toque a nova formação, enquanto a tecnologia convencional usan-do um receptor de anel detecta, na melhor das hipóteses (ver curva 403),somente uma mudança de 10%. A marca de 50% é alcançada em 25 cmantes da nova formação, para a presente invenção, enquanto as técnicas datécnica anterior mostram essa mudança somente depois que o furador pene-trou a nova formação. Quando a face do furador toca a nova formação, oeletrodo do furador indica o valor final da mudança de corrente enquanto atécnica convencional mede o valor final mais do que 0,5 m depois do novolimite da formação. Todos os resultados se tornam piores para a medição doreceptor de anel se espaço é adicionado entre o furador e o receptor de a-nel, como mostrado, por exemplo, pela deterioração da curva 403 para acurva 411.

Na prática, um modelo de resistividade da formação terrestre édefinido. Esse pode ser feito usando medições de resistividade de um poçopreviamente perfurado na proximidade, ou a partir de outras informações.Com base nesse modelo de resistividade, a resistividade medida pela ferra-menta de registro 300 da presente invenção pode ser usada para estimaruma distância para uma interface na formação terrestre. A interface pode serum limite de leito entre formações tendo resistividades diferentes ou ela po-de ser uma interface de fluido em uma formação com fluidos de resistividadediferente em lados opostos da interface. A ferramenta de registro 300 de vá-rias modalidades ilustrativas da presente invenção é assim usada para de-terminar um parâmetro de interesse da formação terrestre tal como uma re-sistividade e/ou uma distância para uma interface à frente da ponta do fura-dor na formação terrestre.

A capacidade da ferramenta de registro 300 da presente inven-ção ver à frente da ponta do furador pode ser utilizada na navegação do re-servatório. Quando as medições são feitas com uma montagem de sensorincluindo a ferramenta de registro 300 montada na BHA 59 durante as ope-rações de perfuração, a distância determinada pode ser usada por um pro-cessador abaixo no furo para alterar a direção de perfuração do furo de son-dagem 26. Alternativamente e/ou adicionalmente, a informação da distânciapode ser telemetrada para a superfície onde um processador de superfície40 e/ou um operador de perfuração pode controlar a direção de perfuração.O método pode também ser usado nas aplicações com linha de fios. Paraaplicações com linha de fios, a sonda deve ficar no fundo do furo para de-terminar as distâncias para limites de leito distantes do furo de sondagem26. Isso pode ser útil na conclusão do poço, por exemplo, no projeto das o-perações de fratura para evitar a propagação de fraturas além de uma dis-tância especificada. Se o reservatório é detectado à frente do furador, uminvólucro poderia ser instalado antes da penetração.

Quando sensores de orientação são usados para determinar aorientação da ponta do furador 50, essa informação de orientação pode sercombinada com a informação de resistividade obtida a partir das mediçõesde corrente e voltagem para obter uma estimativa da variação azimutal daresistividade da formação terrestre. Uma causa comum da variação da resis-tividade azimutal é a presença de camadas finas de resistividades diferentesna formação terrestre. Quando essas são inclinadas para o furo de sonda-gem 26, isso resultará em uma variação azimutal na resistividade (tipicamen-te como uma variação senoidal) quando medida pelo dispositivo, tal como aferramenta de registro 300, da presente invenção. Essa variação senoidalpode ser detectada usando métodos de processamento conhecidos fora do"sinal" ruidoso. Sensores de orientação adequados podem ficar localizadosna coluna de perfuração 20 perto da ponta do furador 50, ou no eixo detransmissão do motor de perfuração 55, se um é usado. Tais sensores deorientação devem ser colocados perto o suficiente da ponta do furador 50,de modo que as medições de orientação são indicativas da orientação daponta do furador 50 e não são afetadas pela torção da coluna de perfuração20 ou do eixo de transmissão do motor 55. A imagem de resistividade podetambém ser usada para geodirigir pela comparação de uma imagem obtidadas medições com uma imagem modelada derivada de um modelo de sub-superfície.

As medições feitas abaixo no furo podem ser gravadas em ummeio adequado. Os dados podem também ser compactados e transmitidospara uma localização na superfície. Na modalidade da invenção ilustrada nafigura 3, um método de compactação de dados revelado no pedido de paten-te US número serial 10/892.011 (agora patente US XXXXXXX) de Hassan eoutros tendo o mesmo procurador que a presente invenção e os conteúdosda qual são incorporados aqui por referência, pode ser usado. O métodorevelado em Hassan para finalidades exemplares somente e outros métodospodem ser usados. Hassan revela um método e aparelho para registrar umaformação terrestre e adquirir a informação de subsuperfície onde uma ferra-menta de registro é transportada no furo de sondagem para obter parâme-tros de interesse. Os parâmetros de interesse obtidos podem ser valores dedensidade, acústicos, magnéticos ou elétricos como conhecido na técnica.Os parâmetros de interesse podem ser transmitidos para a superfície emuma pluralidade de resoluções usando um método de compactação de ima-gem de múltipla resolução. Parâmetros de interesse são transformados emuma pluralidade de funções de custo dos quais as regiões de interesse sãodeterminadas para resolver características dos aspectos de interesse dentrodas regiões. Características de aspecto podem ser determinadas para obterposições de tempo ou profundidade dos limites de leito e o ângulo de imer-são do furo de sondagem relativos às estruturas de subsuperfície, como ori-entação da estrutura de subsuperfície e furo de sondagem do poço. Caracte-rísticas dos aspectos incluem tempo, profundidade e geometrias da subsu-perfície tais como imersão estrutural, espessura e litologias. Na superfície,uma imagem da formação pode ser construída. Com qualquer uma das duasmodalidades discutidas acima, um registro de resistividade pode ser produ-zido. Além disso, existem vários usos bem-conhecidos para medições deresistividade: esses incluem determinação da saturação de hidrocarbonetoda formação. O conhecimento dessa saturação é extremamente útil no de-senvolvimento do reservatório.

O processamento dos dados pode ser feito por um processadorabaixo no furo para fornecer medições corrigidas substancialmente em tem-po real. Alternativamente, as medições poderiam ser gravadas abaixo nofuro, recuperadas quando a coluna de perfuração 20 é desengatada e pro-cessadas usando o processador de superfície 40. Está implícito no controlee processamento dos dados o uso de um programa de computador em ummeio adequado legível por máquina que possibilita que o processador exe-cute o controle e o processamento. O meio legível por máquina pode incluirROMs, EPROMs, EEPROMs, memórias flash e discos óticos.

Embora a revelação precedente seja direcionada para as moda-lidades preferidas da presente invenção, várias modificações serão eviden-tes para aqueles versados na técnica. É planejado que todas as variaçõesdentro do escopo e do espírito das reivindicações anexas sejam abrangidaspela revelação precedente.

Claims (19)

1. Aparelho para fazer medições de um parâmetro de interessede uma formação terrestre durante a perfuração de um furo de sondagemnela, o aparelho compreendendo:(a) uma ponta do furador configurada para ser transportada emuma montagem do furo inferior (BHA) configurada para perfurar o furo desondagem,(b) um eletrodo na ponta do furador configurado para transportaruma corrente de medida para dentro da formação terrestre, o eletrodo sendoeletricamente isolado da ponta do furador,(c) uma fonte de potência configurada para gerar a corrente demedida e manter a ponta do furador em um potencial tendo um valor subs-tancialmente igual a um potencial do eletrodo e(d) um processador configurado para:(A) usar o valor do potencial e um valor da corrente para estimarum valor do parâmetro de interesse e(B) gravar o valor estimado do parâmetro de interesse em ummeio adequado.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o parâme-tro de interesse é pelo menos um entre (i) uma resistividade da formaçãoterrestre, (ii) uma condutividade da formação terrestre, (iii) uma distânciapara uma interface na formação terrestre e (iv) uma imagem da resistividadeda formação.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, também compre-endendo um sensor de orientação no BHA, em que o eletrodo fica em umlado da ponta do furador e em que o processador é também configurado pa-ra comprimir e telemetrar uma imagem da resistividade da formação parauma localização de superfície.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o proces-sador é também configurado para estimar o valor do parâmetro de interesseusando um fator de calibração determinado a partir de uma medição em ummeio de resistividade conhecida.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, em que o sensorde orientação é selecionado do grupo consistindo de: (i) um acelerômetro,(ii) um magnetômetro e (iii) um giroscópio.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a fonte depotência também compreende uma bobina toroidal.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, também compre-endendo um dispositivo de medição de corrente configurado para prover ovalor da corrente de medida.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o proces-sador é também configurado para controlar a direção de perfuração do BHAcom base em pelo menos um entre: (i) uma distância determinada para umainterface na formação terrestre e (ii) uma imagem da resistividade da forma-ção.

9. Método de medição de um parâmetro de interesse de umaformação terrestre durante a perfuração de um furo de sondagem nela, ométodo compreendendo:(a) transportar uma ponta do furador em uma montagem do furoinferior (BHA) para dentro do furo de sondagem,(b) transportar uma corrente de medida para dentro da formaçãoterrestre, usando um eletrodo sobre e eletricamente isolado da ponta do fu-rador,(c) focalizar a corrente de medida,(d) usar um valor de um potencial do eletrodo e um valor da cor-rente para estimar um valor do parâmetro de interesse e(e) gravar o valor estimado do parâmetro de interesse em ummeio adequado.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, em que focalizar acorrente de medida também compreende manter a ponta do furador em umpotencial tendo um valor substancialmente igual ao potencial do eletrodo.

11. Método de acordo com a reivindicação 9, em que o parâme-tro de interesse é pelo menos um entre (i) uma resistividade da formaçãoterrestre, (ii) uma condutividade da formação terrestre, (iii) uma distânciapara uma interface na formação terrestre e (iv) uma imagem da resistividadeda formação.

12. Método de acordo com a reivindicação 9, também compre-endendo:(i) medir uma orientação do BHA,(ii) transportar a corrente de medida de um lado da ponta do fu-rador e(iii) comprimir e telemetrar a imagem da resistividade da forma-ção para uma localização de superfície.

13. Método de acordo com a reivindicação 9, em que estimar ovalor do parâmetro de interesse também compreende usar um fator de cali-bração determinado a partir de uma medição em um meio de resistividadeconhecida.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, em que medir aorientação do BHA também compreende usar um sensor de orientação queé selecionado do grupo consistindo de (i) um acelerômetro, (ii) um magne-tômetro e (iii) um giroscópio.

15. Método de acordo com a reivindicação 9, também compre-endendo gerar a corrente de medida usando uma bobina toroidal.

16. Método de acordo com a reivindicação 9, também compre-endendo usar um dispositivo de medição de corrente para prover o valor dacorrente de medida.

17. Método de acordo com a reivindicação 9, também compre-endendo ajustar um invólucro no furo de sondagem com base em uma dis-tância determinada para uma interface na formação terrestre.

18. Meio legível por computador para uso com um aparelho parafazer medições de um parâmetro de interesse de uma formação terrestredurante a perfuração de um furo de sondagem nela, o aparelho compreen-dendo:(a) uma ponta do furador transportada em uma montagem dofuro inferior (BHA) configurada para perfurar o furo de sondagem,(b) um eletrodo na ponta do furador configurado para transportaruma corrente de medida para dentro da formação terrestre, o eletrodo sendoeletricamente isolado da ponta do furador e(c) uma fonte de potência configurada para gerar a corrente demedida e manter a ponta do furador em um potencial tendo um valor subs-tancialmente igual a um potencial do eletrodo,o meio compreendendo instruções que possibilitam que um pro-cessador:(d) use o valor do potencial e um valor da corrente para estimarum valor do parâmetro de interesse e(e) grave o valor estimado do parâmetro de interesse em ummeio adequado.

19. Meio, de acordo com a reivindicação 18, também compreen-dendo pelo menos um entre (i) uma ROM, (ii) uma EPROM, (iii) uma EE-PROM, (iv) uma memória flash e (v) um disco ótico.