BRPI0711465B1

BRPI0711465B1 - ferramenta de perfilagem, e, método para ferramenta de perfilagem de resistividade azimutalmente sensível

Info

Publication number: BRPI0711465B1
Application number: BRPI0711465-6A
Authority: BR
Inventors: Hu Guoyu; Bittar Michael
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2018-04-24
Also published as: AU2007349251B2; NO20180182A1; NO20092661L; US20100156424A1; US8085050B2; GB2459067B; WO2008115229A1; BRPI0711465A2; GB2459067A; NO343049B1; NO344986B1; AU2007349251A1; GB0913958D0

Abstract

ferramenta de perfilagem, método para ferramenta de perfilagem de resistividade azimutalmente sensível, e, ferramenta para direcionamento de um aparelho de perfuraçao. métodos e sistemas para determinar a resistividade horizontal, resistividade vertical e ângulo de desvio relativo de formações geológicas anisotrópicas. alguns dos métodos e sistemas apresentados medem a variação senoidal de medidas de ferramenta de perfilagem de resistividade azimutalmente sensíveis, determinam parâmetros representativos da variação senoidal e, executam inversão baseada nos parâmetros senoidais. quando concebido desta maneira, o processo de inversão pode produzir estimativas de resistividade e ângulo de desvio mais consistentes e precisas. os parâmetros senoidais preferivelmente tomam a forma de medidas médias e pico-a-pico, mas também podem tomar outras formas. além disso, o uso desses parâmetros senoidais permite uma representação condensada das medidas da ferramenta de perfilagem de resistividade, e comunicação e armazenamento significativamente mais eficiente destas medidas. estas representações condensadas continuam a permitir detecção direcional de limite e geodirecionamento.

Description

(54) Título: FERRAMENTA DE PERFILAGEM, E, MÉTODO PARA FERRAMENTA DE PERFILAGEM DE RESISTIVIDADE AZIMUTALMENTE SENSÍVEL (51) Int.CI.: G01F 19/00 (73) Titular(es): HALLIBURTON ENERGY SERVICES, INC.

(72) Inventor(es): GUOYU HU; MICHAEL BITTAR / 27 “FERRAMENTA DE PERFILAGEM, E, MÉTODO PARA FERRAMENTA DE PERFILAGEM DE RESISTIVIDADE AZIMUTALMENTE SENSÍVEL”

DECLARAÇÃO RELATIVA A DESENVOLVIMENTO OU PESQUISA PATROCINADA POR ÓRGÃOS FEDERAIS [001] Não aplicável.

FUNDAMENTOS [002] No campo da perfuração e perfilagem de poço de petróleo, são usadas frequentemente ferramentas de perfilagem de resistividade para prover uma indicação da resistividade elétrica das formações de rocha que circundam um furo de sondagem terrestre. Esta informação a respeito da resistividade é útil para verificar a presença ou ausência de hidrocarbonetos. Uma ferramenta de perfilagem de resistividade típica inclui uma antena transmissora e um par de antenas receptoras localizadas a distâncias diferentes da antena transmissora, ao longo do eixo da ferramenta. A antena transmissora é usada para criar campos eletromagnéticos na formação circunvizinha. Por sua vez, os campos eletromagnéticos na formação induzem uma voltagem elétrica em cada antena receptora. Devido à propagação e às absorções geométricas pela formação geológica circunvizinha, as voltagens induzidas nas duas antenas de recepção têm fases e amplitudes diferentes. As experiências mostraram que a diferença de fase (Φ) e relação de amplitude (atenuação, A) das voltagens induzidas nas antenas receptoras são indicativas da resistividade da formação. A região da formação (como definida por uma distância radial a partir do eixo da ferramenta) a qual esta medida de resistividade pertence, é uma função da frequência do transmissor e da distância do transmissor ao ponto médio entre os dois receptores. Assim, alguém pode atingir profundidades de investigação radiais múltiplas de resistividade provendo transmissores múltiplos a diferentes distâncias a partir do par de receptores ou operando um único transmissor em frequências múltiplas.

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 11/43 / 27 [003] Se uma formação for eletricamente isotrópica, as resisti vidades medidas nas várias profundidades de investigação, por uma ferramenta de perfilagem de resistividade deste tipo, serão as mesmas. Entretanto, se as resistividades correspondentes às várias profundidades de investigação forem diferentes, estas diferenças indicam que a formação que está sendo medida é eletricamente anisotrópica. Em formações eletricamente anisotrópicas, a anisotropia é geralmente atribuível à estratificação extremamente fina durante o acúmulo sedimentar da formação. Por isso, em um sistema de coordenadas da formação orientado de modo que o plano x - y esteja paralelo às camadas da formação e o eixo z seja perpendicular às camadas da formação, as resistividades Rx e Ry, nas direções x e y, respectivamente, são as mesmas, mas a resistividade Rz na direção z é diferente de Rx e Ry. Assim, a resistividade em uma direção paralela ao plano da formação (isto é, o plano x - y) é conhecida como a resistividade horizontal, Rh, e a resistividade na direção perpendicular ao plano da formação (isto é, a direção z) é conhecida como a resistividade vertical, Rv. O índice de anisotropia, η é definido como η = [Rv/Rh]1/2.

[004] O ângulo de desvio relativo θ, é o ângulo entre o eixo da ferramenta e a normal ao plano da formação. Se o eixo de uma ferramenta de perfilagem de resistividade é perpendicular ao plano de uma formação anisotrópica (isto é, θ = 0°), ambas, as medidas da mudança de fase e atenuação da amplitude, refletem apenas a resistividade horizontal. Entretanto, se o eixo da ferramenta estiver inclinado em relação à normal do plano da formação (isto é, para ângulo de desvio relativo diferente de zero), a anisotropia da rocha afeta a resistividade derivada das medidas de mudança de fase (resistividade de mudança de fase, ou RO) diferentemente de como afeta a resistividade derivada das medidas da atenuação da amplitude (resistividade da atenuação da amplitude, ou RA). Para ângulos de desvio relativa pequenos (por exemplo, θ menor que aproximadamente 45°), a

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 12/43 / 27 diferença entre a mudança de fase e as resistividades da atenuação da amplitude é relativamente pequena. Entretanto, esta diferença torna-se significativa para ângulos de desvio relativa maiores do que aproximadamente 50°, e a diferença é grande para furos de sondagem horizontais (isto é, θ=90°). [005] Assim, anisotropia e desvio têm efeitos nas medidas da ferramenta de perfilagem de resistividade. Como resultado, sistemas de perfilagem de resistividade deveriam levar em conta a anisotropia da formação e o desvio relativa se perfis exatos da resistividade devem ser obtidos. Na patente U.S. 6.163.155, Michael Bittar apresenta uma destas abordagens que emprega ferramentas de perfilagem de resistividade tendo antenas transmissoras e/ou de receptor inclinadas. Foram desenvolvidas melhorias para esta abordagem revelada, que estão, aqui, apresentadas.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [006] Uma compreensão melhor dos vários modos de realização apresentados pode ser obtida quando a seguinte descrição detalhada é considerada conjuntamente com os desenhos seguintes, nos quais:

A Fig. 1 mostra uma perfilagem ilustrativa ao perfurar-se ambiente incluindo leitos de formação inclinados;

A Fig. 2 mostra um cabo de perfuração ilustrativo perfilando ambiente incluindo leitos de formação inclinados;

A Fig. 3 é uma vista esquemática em perspectiva de um sistema de coordenadas cartesianas em uma formação geológica sedimentar;

A Fig. 4 mostra um relacionamento entre os sistemas de coordenadas de um furo de sondagem e um leito de formação inclinado;

A Fig. 5 mostra um sistema de coordenadas para especificar a orientação de antenas de circuito fechado inclinadas;

A Fig. 6 mostra um diagrama de bloco do circuito usado de acordo com a presente invenção;

As Figs. 7A - 7N mostram várias configurações de antena

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 13/43 / 27 ilustrativas para uma ferramenta de perfilagem de resistividade;

A Fig. 8 mostra uma ferramenta de perfilagem de resistividade eletromagnética ilustrativa tendo medidas compensadas;

A Fig. 9 é um gráfico ilustrativo da atenuação da amplitude medida versus resistividade;

A Fig. 10 é um gráfico ilustrativo da mudança de fase medida versus resistividade;

A Fig. 11 mostra uma divisão ilustrativa de uma circunferência do furo de sondagem em raios azimutais;

A Fig. 12 mostra um gráfico ilustrativo da resistividade de fase medida em função do ângulo de rotação para frequências de sinal diferentes;

A Fig. 13 mostra um gráfico ilustrativo da resistividade de fase medida em função do ângulo de rotação para espaçamentos receptor transmissor diferentes;

A Fig. 14 é um gráfico ilustrativo que compara resistividades de fase e de atenuação para ângulos de desvio relativas diferentes;

A Fig. 15 é um gráfico ilustrativo que compara a resistividade de fase em função do ângulo de desvio para espaçamentos transmissorreceptor diferentes;

A Fig. 16 é um gráfico ilustrativo que compara a resistividade de fase em função do ângulo de desvio para frequências de sinal diferentes;

A Fig. 17 é um fluxograma de um método de perfilagem de resistividade ilustrativo;

A Fig. 18 é um gráfico ilustrativo da resposta da ferramenta em uma orientação azimutal;

A Fig. 19 é um gráfico ilustrativo da resposta da ferramenta em uma orientação azimutal oposta àquela da Fig. 18; e

A Fig. 20 é um gráfico ilustrativo da diferença entre as respostas da ferramenta das figs. 18 e 19.

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 14/43 / 27 [007] Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e formas alternativas, seus modos de realização específicos estão mostrados nos desenhos como exemplo e serão, aqui, descritos em detalhe. Entretanto deveria ser compreendido que os desenhos e descrição detalhada da mesma não pretendem limitar a invenção à forma particular apresentada, mas, ao contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalências e alternativas que caiam dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA [008] Aqui estão apresentados vários métodos e sistemas para determinar a resistividade horizontal, a resistividade vertical, e o ângulo de desvio relativo de formações geológicas anisotrópicas. Alguns dos métodos e sistemas apresentados medem a variação senoidal de medidas da ferramenta de perfilagem de resistividade azimutalmente sensível, determinam parâmetros representativos da variação senoidal, e executam a inversão baseada nos parâmetros senoidais. Quando imaginado desta maneira, o processo de inversão pode produzir estimativas mais precisas e mais consistentes da resistividade e do ângulo de desvio. Os parâmetros senoidais preferivelmente tomam a forma de medidas médias e pico-a-pico, mas podem igualmente tomar outras formas. Além disso, o uso destes parâmetros senoidais permite uma representação condensada das medidas da ferramenta de perfilagem de resistividade, permitindo comunicação e armazenamento significativamente mais eficientes destas medidas. As representações condensadas continuam a permitir a detecção direcional do limite e geodirecionamento.

[009] As configurações e operações apresentadas da ferramenta são mais bem compreendidas no contexto dos sistemas maiores em que operam. Consequentemente, um ambiente perfilando-enquanto-perfurando (LWD) ilustrativo está mostrado na fig. 1. Uma plataforma de perfuração 102 suporta uma torre de perfuração 104 tendo um bloco de deslocamento 106 para alçar e

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 15/43 / 27 descer uma coluna de perfuração108. Uma haste quadrada 110 suporta a coluna de perfuração 8 quando ela é descida através de uma mesa rotativa 12. Uma broca de perfuração 14 é acionada por um motor no fundo de poço e/ou pela rotação da coluna de perfuração 8. Quando a broca 14 gira, ela cria um furo de sondagem 16 que passa através de várias formações 18. Uma bomba 20 circula fluido de perfuração através de uma tubulação de alimentação 22 para a haste quadrada 10, pelo fundo de furo através do interior da coluna de perfuração 8, através de orifícios na broca de perfuração 14, de volta à superfície via ânulo ao redor da coluna de perfuração 8, e para dentro um fosso de retenção 24. O fluido de perfuração transporta detritos de corte do furo de sondagem para dentro do fosso 24 e ajuda a manter a integridade do furo de sondagem.

[0010] As configurações e operações apresentadas da ferramenta são mais bem compreendidas no contexto dos sistemas maiores em que operam. Consequentemente, um ambiente perfilando-enquanto-perfurando (LWD) ilustrativo está mostrado na fig. 1. Uma plataforma de perfuração 102 é equipada com uma torre de perfuração 104 que suporta um guincho 106 para alçar e descer uma coluna de perfuração 108. O guincho 106 suspende um cabeçote de acionamento 110 que é usado para girar a coluna de perfuração 108 e para descer a coluna de perfuração através da cabeça do poço 112. Uma broca de perfuração 114 está conectada à extremidade inferior da coluna de perfuração 108. Quando a broca 114 gira, cria um furo de sondagem 120 que passa através de várias formações 118. Uma bomba 116 circula fluido de perfuração através de uma tubulação de suprimento 118 para o cabeçote de acionamento 110, pelo fundo de furo através do interior da coluna de perfuração 108, através de orifícios na broca de perfuração 114, de volta à superfície via ânulo ao redor da coluna de perfuração 108, e para dentro de um fosso de retenção 124. O fluido de perfuração transporta detritos de corte do furo de sondagem para dentro do fosso 124 e ajuda a manter a integridade

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 16/43 / 27 do furo de sondagem 120.

[0011] Em poços que empregam telemetria acústica para LWD, os sensores do fundo de poço (incluindo a ferramenta de perfilagem de resistividade 126) são acoplados a um transmissor acústico de telemetria 128 que transmite sinais de telemetria na forma de vibrações acústicas na parede da tubulação da coluna de perfuração 108. Um arranjo de receptor acústico de telemetria 130 pode ser acoplado à tubulação abaixo do cabeçote de acionamento 110 para receber sinais transmitidos de telemetria. Um ou mais módulos de repetidor 132 podem ser providos opcionalmente ao longo da coluna de perfuração para receber e retransmitir os sinais de telemetria.

[0012] Uma ferramenta de perfilagem de resistividade eletromagnética 126 é integrada no conjunto de fundo de poço perto da broca 114. Enquanto a broca estende o furo de sondagem através das formações, a ferramenta de perfilagem 126 coleta medidas relacionadas às várias propriedades da formação, bem como, a orientação e posição da ferramenta e diversas outras condições da perfuração. A ferramenta de perfilagem 126 pode tomar a forma de um colar de perfuração, isto é, um tubo de parede espessa que provê peso e rigidez para ajudar no processo de perfuração. Um sub de telemetria 128 pode ser incluído para transferir medidas da ferramenta para um receptor de superfície 130 e para receber comandos do receptor de superfície. Em alguns modos de realização alternativos, o sub de telemetria 128 coleta e armazena medidas da ferramenta para uma recuperação posterior quando a ferramenta é trazida de volta à superfície.

[0013] As medidas da orientação podem ser executadas usando-se um indicador de orientação azimutal, que pode incluir magnetômetros, inclinômetros, e/ou acelerômetros, embora outros tipos de sensores, como giroscópios, possam ser usados. Preferivelmente, a ferramenta inclui um magnetômetro de fluxo de 3 eixos e um acelerômetro de 3 eixos. Como conhecido na técnica, a combinação destes dois sistemas de sensores permite

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 17/43 / 27 a medida do ângulo de face de ferramenta, do ângulo de inclinação do furo de sondagem, e do ângulo de azimute do furo de sondagem. Em alguns modos de realização, os ângulos de inclinação de face de ferramenta e do furo são calculados da saída do sensor de acelerômetro. As saídas do sensor de magnetômetro são usadas para calcular o azimute do furo. Com as informações da face de ferramenta, inclinação do furo, e azimute do furo, as várias ferramentas de perfilagem de resistividade aqui apresentadas podem ser usadas para direcionar a broca para o leito desejável. Especificamente, uma diferença de resposta azimutal ou a relação de resposta podem ser usadas efetivamente para entrar em uma zona rentável desejada ou para permanecer dentro da zona rentável de interesse.

[0014] Em vários momentos durante o processo de perfuração, a coluna de perfuração 108 é removida do furo de sondagem como mostrado na fig. 2. Uma vez a coluna de perfuração removida, as operações de perfilagem podem ser conduzidas usando-se uma ferramenta de perfilagem de cabo de perfuração 134, isto é, uma sonda de instrumento sensor suspensa por um cabo 142 tendo condutores para transportar energia para a ferramenta e telemetria da ferramenta à superfície. Uma porção de resistividade de formação de imagem da ferramenta de perfilagem 134 pode ter braços de centralização 136 que centralizam a ferramenta dentro do furo de sondagem quando a ferramenta é puxada furo acima. Uma instalação de perfilagem 144 coleta as medidas da ferramenta de perfilagem 134, e inclui meios de computação para processar e armazenar as medidas recolhidas pela ferramenta de perfilagem.

[0015] As figs. 1 e 2 mostram formações 118 que não são perpendiculares ao furo de sondagem, uma situação que pode ocorrer naturalmente ou que pode ocorrer devido às operações de perfuração direcional. Ao medir a resistividade e orientação da formação, é conveniente usar o sistema de coordenadas da formação mostrado na fig. 3. A fig. 3

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 18/43 / 27 mostra uma porção de um leito de formação sedimentar, com o eixo z orientado perpendicular ao plano da formação na direção da acumulação sedimentar. Como mencionado previamente, a resistividade da formação, quando medida ao longo deste eixo, é frequentemente diferente da resistividade da formação medida no plano x-y. Em um leito inclinado, o eixo x é escolhido para ser orientado na direção da descida mais inclinada, isto é, para baixo.

[0016] O relacionamento entre o sistema de coordenadas da formação e o sistema de coordenadas do furo de sondagem está mostrado na fig. 4. O eixo z do sistema de coordenadas do furo de sondagem está alinhado com o eixo longo do furo de sondagem, e o eixo x do sistema de coordenadas do furo de sondagem está direcionado para o lado norte (ou alternativamente, o lado de topo) do furo. Como mostrado na fig. 4, os dois sistemas de coordenadas são relacionados por duas rotações. Começando com o sistema de coordenadas da formação (x, y, z), uma primeira rotação do ângulo β é feita sobre o eixo z. O sistema de coordenadas resultante é denotado (x', y' z'). O ângulo β é o ângulo relativo da inclinação da camada, que indica a direção do desvio da formação em relação ao sistema de coordenadas do furo de sondagem. Uma segunda rotação do ângulo θ é, então, feita sobre o eixo y. Isto alinha o sistema de coordenadas da formação com o sistema de coordenadas do furo de sondagem. O ângulo θ é o ângulo de desvio relativo, que é o ângulo da inclinação dos leitos em relação ao eixo longo do furo de sondagem.

[0017] Sabe-se que, geralmente, a resistividade vertical é a resistividade medida perpendicular ao plano da formação, e a resistividade horizontal é a resistividade medida dentro do plano da formação. A determinação de cada um destes parâmetros (ângulo de desvio, ângulo da inclinação da camada, resistividade vertical, e resistividade horizontal) é desejável. Consequentemente, aqui são apresentados um método e um

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 19/43 / 27 instrumento para o fundo de poço, aperfeiçoados, para determinar simultaneamente a resistividade horizontal, a resistividade vertical, e o ângulo de desvio relativo para formações geológicas anisotrópicas. Alguns modos de realização do sistema empregam uma ferramenta de perfilagem eletromagnética tendo uma configuração de antena em que uma antena transmissora e uma antena receptora são orientadas em planos não paralelos, de modo que, a resistividade vertical e o ângulo de desvio relativo sejam desacoplados. Preferivelmente, o transmissor ou o receptor são montados em uma orientação convencional em um primeiro plano que é normal ao eixo da ferramenta, e a outra antena é montada em um segundo plano que não é paralelo ao primeiro plano. Os modos de realização apresentados são apropriados para aplicações de LWD, e são igualmente aplicáveis ao cabo de perfuração e, possivelmente, a outras aplicações.

[0018] Aqui também estão apresentados um método e um aparelho para o fundo de poço, melhorados, para direcionar uma ferramenta de fundo de poço durante operações de perfuração direcional, a fim de manter o furo de sondagem dentro de uma formação geológica desejada, provendo antecipadamente uma indicação de resistividade de um dado leito antes da entrada neste leito. Em alguns modos de realização, esta capacidade de direcionamento é conseguida provendo-se antenas transmissora e receptora que são montadas em planos não paralelos e computando-se a diferença azimutal ou a relação das respostas baseadas na fase ou amplitude das antenas receptoras. Com tal arranjo de antena, a relação azimutal ou diferença de respostas indicam se a resistividade do leito que se aproxima é maior ou menor do que a resistividade do presente leito. Com esta informação, o sondador pode direcionar o aparelho de perfuração de modo a manter o furo de sondagem em um leito geológico desejado.

[0019] A fig. 5 mostra um sistema de coordenadas para especificar a orientação de uma antena de circuito fechado. O sistema de coordenadas da

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 20/43 / 27 ferramenta (x”, y”, z”) tem um eixo z orientado paralelo ao eixo longo da ferramenta de perfilagem. O eixo x está direcionado para a linha livre de passagem de face de ferramenta que é usada para especificar a orientação da ferramenta. No sistema de coordenadas da ferramenta, a orientação da antena de circuito fechado é representada por um vetor normal N que é perpendicular ao plano das espiras da antena de circuito fechado. O ângulo de inclinação da antena é o ângulo ξ entre o eixo z e o vetor normal N. A orientação azimutal α da antena de circuito fechado é o ângulo α, entre o eixo x e a projeção do vetor normal N, no plano x-y.

[0020] A fig. 6 mostra uma ferramenta de perfilagem ilustrativa 10 tendo N antenas transmissoras coaxiais, T1, T2, T3,..., TN espaçadas ao longo do comprimento da ferramenta de perfilagem. A Ferramenta de perfilagem ilustrativa 10 tem igualmente duas antenas receptoras inclinadas R1 e R2 que estão afastadas, espaçadas axialmente, das antenas transmissoras e entre si. Preferivelmente, as antenas transmissora e receptora são montadas em encaixes na ferramenta 10 e protegidas por um material não-condutor ou por um material com aberturas não condutoras. Em alguns modos de realização da, projetados para operar em mais de uma frequência, por exemplo, f1 = 2MHz e f2 = 1MHz, cada antena receptora inclui um par de bobinas, com a uma bobina ajustada para f1 e uma bobina ajustada para f2. Nestes modos de realização, as bobinas, em cada par, podem ser localizadas lado a lado ao redor da periferia da ferramenta 10, ou podem ser empilhadas concentricamente. As antenas transmissora e receptora podem ser fabricadas de acordo com os ensinamentos da patente U.S. 4.940.943. Deveria ser apreciado que o corpo da ferramenta 10 é feito preferivelmente de aço, a fim de impedir que a ferramenta 10 se transforme em um elo mais fraco na coluna de perfuração 14.

[0021] Deveria ser apreciado que a ferramenta de perfilagem 10 tem igualmente os circuitos eletrônicos necessários para processar os sinais

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 21/43 / 27 recebidos pelas antenas dos receptores como apresentado mais abaixo, desse modo, convertendo os sinais recebidos em um perfil ou outra indicação da resistividade da formação. Deveria igualmente ser apreciado que os sinais processados podem ser gravados dentro da seção de eletrônico da ferramenta 10 ou podem levados à superfície por um sistema de telemetria para processamento e leitura simultâneos na superfície.

[0022] A distância entre as bobinas usadas para R1 e R2 é preferivelmente 15,24cm ao longo do eixo longitudinal da ferramenta 10, mas outros espaçamentos do receptor também podem ser usados. A distância entre o par de receptores e os transmissores sucessivamente espaçados variará em algumas aplicações, como explicado em seguida com maior detalhe. Uma configuração preferida contém uma distância entre Tl e R1/R2 de 30,48cm/45,72cm; uma distância entre T2 e R1/R2 de 60,96cm/76,2cm; e uma distância entre T3 e R1/R2 de 91,44cm/106,68cm. Na sentença antecedente, deve-se compreender que o termo 30,48cm/45,72cm, por exemplo, indica que a distância entre T1 e R1 é 30,48cm e que a distância entre T1 e R2 é 45,72cm, baseado em que R1 e R2 estejam afastados 15,24cm. Estas configurações de espaçamento são aqui referidas, às vezes, usando-se uma expressão abreviada de, por exemplo, 30,48/45,72.

[0023] Ainda se referindo à ferramenta de perfilagem ilustrativa da fig. 6, amplificadores A1, A2, A3... são acoplados às bobinas do transmissor T1, T2, T3... TN respectivamente. Cada um dos amplificadores é, por sua vez, é ativado por osciladores F1, F2, F3... FN. As frequências de operação dos osciladores estão preferivelmente entre aproximadamente 0,5MHz até aproximadamente 4MHz. Devido ao poder de atenuação em profundidades de investigação maiores, como é o caso com espaçamentos de transmissores mais longos, as frequências ajustam-se, preferivelmente, ao relacionamento F1 > F2 >F3>... FN. Os osciladores F1, F2, F3... FN são controlados por um transmissor de ativação de circuito 30, que se interconecta a um

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 22/43 / 27 microprocessador 32, que, por sua vez, se interconecta a um circuito da interface de comunicação 34 e a um conversor analógico-digital (A/D) 36. O circuito da interface de comunicação 34 ativa a comunicação entre o microprocessador 32 e um controlador de ferramenta, uma memória integrada, uma unidade de telemetria, e/ou uma porta externa para comunicar com operadores ou computadores uma vez a ferramenta removida do furo de sondagem.

[0024] As antenas receptoras R1 e R2 são conectadas respectivamente aos amplificadores 40 e 42, que são conectados, respectivamente, aos circuitos de misturador 44 e 46. Os osciladores F1, F2, F3... FN são acoplados a um circuito de seleção de oscilador 48, a saída do qual é conectada às entradas de circuitos de misturador 44 e 46. O circuito de seleção de oscilador 48 conecta ao microprocessador 32 para determinar qual oscilador deve ser acoplado aos circuitos de misturador.

[0025] As saídas respectivas dos circuitos de misturador 44 e 46 ativam filtros passa-baixa 50 e 52, respectivamente, cujas saídas ativam os circuitos de medida da amplitude 54 e 56, respectivamente. As saídas dos circuitos de medida da amplitude 54 e 56 são conectadas a um circuito de multiplexador 60. As saídas dos circuitos de filtro passa-baixa 50 e 52 são conectadas igualmente às entradas de um circuito de medida de fase relativa 62, cuja saída é alimentada ao multiplexador 60. Sob o controle do microprocessador 32, o multiplexador 60 envia uma de suas entradas selecionada para o conversor A/D 36, para amostragem e conversão em um valor digital que o microprocessador possa armazenar e processar. Além disso, o microprocessador 32 adquire medidas de orientação da ferramenta dos sensores de orientação 70, e determina uma orientação da ferramenta a ser associada com cada medida de resistividade derivada dos sinais de receptor amostrados [0026] Na operação do dispositivo e dos circuitos ilustrados na Fig. 6,

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 23/43 / 27 deveria ser apreciado que é mais desejável processar sinais de frequência intermediária do que os sinais nominais recebidos pelo par de receptor R1 e R2. Consequentemente, os osciladores Fl', F2', F3’... FN’ são projetados para prover frequências muito próximo das frequências correspondentes F1, F2, F3... FN. Por exemplo, FN pode ser ajustada em uma frequência de 1,998MHz e, desse modo, prover uma frequência intermediária saindo dos circuitos de misturador 44 e 46 de 0,002 MHz (2kHz). De modo similar, F2 e F3 podem ser ajustadas em 1,998MHz e 0,998MHz, respectivamente. Assim, os únicos sinais que passam pelos filtros passa-baixa 50 e 52 serão as frequências intermediárias que são obtidas misturando-se as frequências de F1, F2, F3... FN com as frequências F1', F2', F3’..., FN’ respectivamente. Deveria ser apreciado que o circuito de medida de amplitude 54 provê uma medida de amplitude do sinal recebido pela antena receptora R1, enquanto o circuito de medida de amplitude 56 mede a amplitude dos sinais entrantes recebidos pela antena receptora R2. Similarmente, o circuito de medida de fase relativa 62 provê uma indicação da diferença de fase entre os sinais recebidos na antena receptora R1 e os sinais recebidos na antena receptora R2. As medidas de amplitude (A) e as medidas de fase (Φ) (alternativamente, as medidas da relação de amplitude e da diferença de fase) são, cada uma delas, indicativas da resistividade da formação.

[0027] Deveria ser igualmente apreciado que todas as frequências F1,

F2, F3... FN poderiam ter a mesma frequência, embora alguns modos de realização empreguem frequências diferentes para considerar o aumento da perda de energia na formação para espaçamentos de antenas transmissorasreceptoras maiores. Preferivelmente, as antenas transmissoras individuais são disparadas em sequência, embora em alguns modos de realização alternativos seja possível a operação simultânea das antenas transmissoras. Entretanto, aqueles experientes na técnica reconhecerão que a transmissão simultânea de todos os sinais do transmissor exigirá geralmente filtros e circuitos de

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 24/43 / 27 processamento adicionais para capacitar o instrumento a discriminar corretamente entre as diferentes frequências.

[0028] Além da configuração de antena da fig. 6, as figs. 7A-7N ilustram uma variedade de configurações contempladas da antena transmissora/receptor, cada uma delas tendo sensibilidade azimutal devido a uma antena transmissora inclinada, uma antena receptora inclinada, ou ambos. A Fig. 7A mostra uma ferramenta tendo uma antena transmissora coaxial T1 e uma antena receptora inclinada R1. A Fig. 7B mostra uma ferramenta tendo uma antena transmissora inclinada T1 e uma antena receptora coaxial R1. Entretanto, a configuração da antena não inclui necessariamente uma antena coaxial. A Fig. 7C mostra uma ferramenta tendo uma da antena transmissora inclinada T1 em um ângulo cT1 e uma antena receptora R1 inclinada em um ângulo ξR1.

[0029] Embora as configurações de antena das figs. 7A-7C provejam medidas de resistividade utilizáveis, estas medidas geralmente estão sujeitas às respostas assimétricas dos limites dos leitos, tornando frequentemente os perfis de resistividade desnecessariamente difíceis de interpretar. Para corrigir este problema, podem ser empregadas configurações de antena simétricas. A Fig. 7D mostra uma ferramenta tendo uma antena receptora inclinada R1 posicionada no meio do caminho entre duas antenas transmissoras coaxiais T1, T2. A Fig. 7E mostra uma ferramenta tendo uma antena receptora coaxial R1 posicionada no meio do caminho entre duas antenas transmissoras inclinadas T1, T2. As antenas transmissoras inclinadas da fig. 7E são paralelas, mas isto é opcional, como mostrado pelas antenas transmissoras na fig. 7F, que são inclinadas em ângulos azimutais opostos. Como antes, a configuração da antena não inclui necessariamente uma antena coaxial. A Fig. 7G mostra uma ferramenta tendo uma primeira antena transmissora inclinada T1 em um ângulo cT1, uma segunda antena transmissora inclinada T2 em um ângulo ξT2, e uma antena receptora R1 inclinada em um ângulo ξR1.

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 25/43 / 27 [0030] As configurações de antena das figs. 7A-7G são apropriadas para fazer medições absolutas (não-diferenciais) de atenuação e mudança de fase. Embora estas medidas sejam utilizáveis, elas podem não ter resolução espacial suficiente. Para corrigir este problema, podem ser empregadas configurações diferenciais de antena. A Fig. 7H mostra uma ferramenta tendo uma antena transmissora coaxial T1 e um par de antenas receptoras inclinadas Rl e R2. A Fig. 7H mostra uma ferramenta tendo uma da antena transmissora inclinada T1 e um par de antenas receptoras coaxiais R1 e R2. Esta configuração de antena não inclui necessariamente uma antena coaxial, e o par de antenas receptoras não é necessariamente paralelo. A Fig. 7J mostra uma ferramenta tendo uma antena transmissora inclinada T1 em um ângulo cT1, uma primeira antena receptora inclinada R1 em um ângulo ξR1 e uma segunda antena receptora inclinada R2 em um ângulo ξR2.

[0031] Embora não apropriada para prover resolução espacial melhorada, a fig. 7K mostra uma configuração de antena tendo um par de antenas receptoras co-localizadas R1 e R2 que estão inclinadas em direções azimutais diferentes. Esta configuração de antena pode ser particularmente apropriada para derivar um sinal de direcionamento direcional.

[0032] Combinando projetos simétricos e diferenciais de configuração de antena, é possível criar projetos de antena que provejam medições compensadas, isto é, medidas que sejam protegidas contra erros atribuíveis às variações induzidas pela temperatura nos componentes do circuito eletrônico. A fig. 7L mostra uma ferramenta tendo um par de antenas receptoras inclinadas Rl e R2 tendo um ponto médio centralizado entre duas antenas transmissoras coaxiais T1 e T2. A fig 7M. mostra uma ferramenta tendo um par de antenas receptoras coaxiais R1 e R2 tendo um ponto médio centralizado entre duas antenas transmissoras inclinadas Tl e T2. Note-se que as antenas inclinadas podem ser paralelas, embora não necessariamente. Além disso, em cada uma das configurações de antena, antecedentes, as funções de

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 26/43 / 27 transmissor e receptor podem ser trocadas de acordo com o princípio da reciprocidade. A fig. 7N, por exemplo, mostra um par de antenas transmissoras coaxiais T1 e T2 tendo um ponto médio centralizado entre duas antenas receptoras inclinadas R1 e R2. Além disso, em cada uma das configurações de antena antecedentes, antenas transmissoras e receptor adicionais podem estar presentes para permitir medidas em espaçamentos adicionais de antena transmissora-receptora.

[0033] A Fig. 8 ilustra as medições de amplitude e de fase que podem ser feitas por uma ferramenta de perfilagem de resistividade compensada 802. Em resposta a um sinal da antena transmissora 808, as antenas receptoras 810 e 812 medem sinais tendo uma atenuação Al e A2, respectivamente, e tendo mudanças de fase Φ1 e Φ2, respectivamente. Destas medições, uma primeira atenuação diferencial (logA2-logA1) e a fase diferencial (Φ2-Φ1) podem ser determinadas. Similarmente, em resposta a um sinal da antena transmissora 814, as antenas receptoras 810 e 812 medem sinais tendo uma atenuação A4 e A3, respectivamente, e tendo mudanças de fase Φ4 e Φ3, respectivamente. Destas medições uma segunda atenuação diferencial (logA4-logA3) e a segunda fase diferencial (Φ4-Φ3) podem ser determinadas. As primeiras e segundas medições da atenuação diferencial podem, então, ter a média calculada (como podem as primeiras e segundas medições da fase diferencial) para obter uma medida compensada, isto é, uma medida na qual as polarizações fixas no eletrônico são canceladas.

[0034] A fig. 9 mostra um relacionamento ilustrativo entre atenuação e resistividade da formação isotrópica para uma ferramenta de perfilagem de resistividade de antena inclinada. A fig. 10 mostra um relacionamento ilustrativo entre mudança de fase e resistividade da formação isotrópica para uma ferramenta de perfilagem de resistividade de antena inclinada. Estes relacionamentos são conhecidos na técnica, e serão empregados na descrição abaixo.

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 27/43 / 27 [0035] Para permitir medição simultânea da resistividade, anisotropia, e desvio, as ferramentas de perfilagem e métodos apresentados empregam uma ou várias antenas inclinadas para obter medidas de resistividade azimutalmente sensíveis. A circunferência da ferramenta (ou do furo de sondagem) é dividida em raios azimutais como mostrado na fig. 11, e, quando a ferramenta gira e a linha livre de passagem de face de ferramenta passa através de cada raio azimutal, um conjunto de medições de resistividade é feito dentro de cada raio, em uma dada posição no furo de sondagem. Em vários modos de realização contemplados, o número de raios varia de 6 ou 8 raios até 16 ou 32 raios. Dependendo da velocidade de rotação relativa e deslocamento axial, conjuntos de medições múltiplas podem ser obtidos e combinados dentro de cada raio (por exemplo, calculando-se a média). O conjunto de medições de resistividade pode ser medidas de fase e/ou de atenuação absolutas, ou medidas de fase e/ou de atenuação diferenciais. Entretanto, em pelo menos alguns modos de realização, as medidas de resistividade são medidas de resistividade de atenuação compensadas e medidas de resistividade de fase compensadas (por exemplo, determinadas usando-se relações como as das figs. 9-10 e ignorando, por hora, qualquer efeito do desvio ou anisotropia), enquanto em outros modos de realização as medidas de resistividade são medidas de resistividade de atenuação compensadas (por exemplo, usando-se uma relação como a da fig. 9). O conjunto de medições de resistividade pode incluir medições em frequências diferentes e/ou em espaçamentos diferentes do transmissor-receptor.

[0036] A fig. 12 ilustra a dependência azimutal de medidas de resistividade de fase em frequências diferentes em uma formação anisotrópica inclinada. A fig. 13 ilustra a dependência azimutal de medidas de resistividade de fase em espaçamentos diferentes do transmissor-receptor. Em cada frequência e espaçamento, as medidas de resistividade são aproximadamente senoidais. A natureza senoidal destas medidas é explorada

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 28/43 / 27 preferivelmente para condensar as medidas dependentes do azimute dentro de um conjunto representativo de parâmetros característicos. Em alguns modos de realização preferidos, os parâmetros característicos são (1) um valor médio, (2) um valor da diferença máximo-para-mínimo, e (3) um identificador para a localização do pico da senóide (por exemplo, um número de raio azimutal). Outros conjuntos de parâmetros característicos representativos podem igualmente ser empregados. Por exemplo, o valor médio poderia ser substituído por um valor máximo, um valor mínimo, ou pelo valor da média quadrática. O valor da diferença máximo-para-mínimo poderia ser substituído por um valor da diferença máximo-para-média ou por um segundo valor extremo que, quando comparado com o primeiro parâmetro, indica a amplitude da oscilação senoidal. A localização do pico poderia ser substituída pela localização do vale, ou completamente abandonada, se o ângulo da inclinação da camada da formação já for conhecido. Em alguns modos de realização pode ser suficiente determinar um subconjunto de um conjunto representativo de parâmetros senoidais para caracterizar um aspecto selecionado da variação azimutal.

[0037] A representação condensada de medidas de resistividade em uma dada profundidade no furo de sondagem pode ser útil para armazenamento e comunicações de telemetria. Entretanto, mais importante, é o uso destes parâmetros característicos no processo de inversão para determinar resistividades verticais e horizontais e o desvio da formação. Quando um processo de inversão, empregando apenas o valor máximo ou o valor médio, é comparado a um processo de inversão que emprega um valor médio e um valor da diferença máximo-para-mínimo, é observada uma precisão significativamente melhorada e as características determinadas da formação são mais resistentes ao ruído da medida.

[0038] Como um exemplo ilustrativo de como as equações de inversão podem ser derivadas, consideremos a configuração de antena da fig.

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7Α. Quando a ferramenta penetra uma formação anisotrópica em um ângulo de desvio relativo de Θ (ver Fig. 4), o momento magnético MT da antena transmissora coaxial pode ser considerado como a superposição de um dipolo magnético horizontal (“HMD”, um dipolo magnético orientado ao longo do eixo x da formação) e um dipolo magnético vertical (VMD, um dipolo magnético orientado ao longo do eixo z da formação), com correspondentes momentos magnéticos de componente horizontal e vertical MTh e MTv, respectivamente, que são dados pelas equações

A/j.^ = Af_rsen# =/, jÇsení? [1]

Aí =M_r ÇQ5 0 COS& [2] onde

I_t = a corrente na bobina do transmissor,

A_t = a área em seção transversal da bobina do transmissor, e θ= o ângulo de desvio relativo (o ângulo entre o eixo da ferramenta e a normal à formação).

[0039] Como mostrado por Luling, M.G., Processing and Modeling

2-MHz Resistivity Tools in Dipping, Laminated, Anisotropic Formations”, SPWLA 35th Annual Logging Symposium, 19 a 22 de junho de 1994, o HMD produz campo magnéticos H_ilx e e o VMD produz campos magnéticos H_vx e H_vz como segue:

ik.L —— [3sen² Éí-l-t-JtjÃ² cos* 0+—j—^ikkL-Zík^Ls^ 0}E3] _ MrCOSe ζ - it?Z² COS0sen0 - likfl. COstfsen^) [4]

4,t Z

H ₌ M_T senfl Z e^_ _ tf tf _CÜS 0sen 9 - 3ik_hL COS 9 sen &]) [5]

H_w = ^{Mr 00819} 3 Cos* Θ -1 -r L² senâ - 3/^Z cns^a0 + ÍA,£/) [6]

4ff L onde

ÚJ

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21/27

V ar β — 0 sen^£ &

kh=o número de onda complexo na direção horizontal k_v= o número de onda complexo na direção vertical (ü = a frequência angular (em radianos/segundo) da bobina do transmissor = 2μ/ f= a frequência da bobina do transmissor (em Hertz) μ = a permeabilidade magnética da formação (assumindo-se μ — Har

0¾ = condutividade horizontal da formação σ_ν = condutividade vertical da formação Oh - a constante dielétrica horizontal (assumida) a, = a constante dielétrica vertical (assumida)

L = a distância entre a bobina do transmissor e a bobina do receptor, e i= VÃ [0040] Na antena do receptor, o campo H_z (o campo ao longo do eixo z da ferramenta) é dado pela equação ff_x -\ )sení? + ;X +ff_h)costf [7a] e o campo H_x (o campo perpendicular ao z da ferramenta e no plano x-z do sistema de coordenadas da formação) é dado pela equação ff, = [7b] [0041] Para uma antena receptora inclinada em um ângulo de ξ^ε azimute de α (ver Fig. 5), a voltagem induzida em um circuito fechado do receptor é

F=ϊúl¢/4^Jfή^C0Sí^^|'^ííI^se,1Cϊ^c0ϊíϊ ^HÍÍí-^se,l^ ^a) onde A_Ré a área em seção transversal da bobina do receptor. Das equações

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22/27 antecedentes, pode ser mostrado que, quando as antenas transmissora e receptora são paralelas, a voltagem induzida do receptor é

[0042] A equação [9] mostra que a voltagem induzida, V, depende de kh e β. Por sua vez, kh depende de e β depende de Oh, o_v, e Θ. Estas relações indicam que o_v, e Θ são dependentes, e esta dependência impede a convergência de uma solução simultânea para Oh, o_v, e Θ. Para quebrar esta dependência e permitir uma solução para oh, o_v, e Θ, é desejável ter a antena transmissora e a antena receptora inclinadas em ângulos diferentes. Embora a formulação acima seja para um transmissor coaxial com um receptor inclinado, a teoria da reciprocidade provê que o mesmo resultado se aplica igualmente a um transmissor inclinado com um receptor não inclinado. Certamente, tanto o transmissor quanto o receptor podem ser inclinados, contanto que os ângulos respectivos de inclinação não sejam os mesmos, isto é, ξτ Ψ ξιυ [0043] A variação tipo senoidal nas figs. 12-13 é evidente. As figs.

14-16 ilustram a dependência do desvio dos valores de pico senoidais para uma formação geológica típica tendo uma resistividade horizontal de lohm-m e uma resistividade vertical de 4ohm-m. A fig. 14 representa a resistividade de atenuação de amplitude e a resistividade de mudança de fase em função do ângulo de desvio relativo usando-se um único par transmissor-receptor em uma frequência única. A fig. 15 representa a resistividade de mudança de fase em função do ângulo de desvio relativo usando-se três espaçamentos de pares transmissor-receptor em uma única frequência. A fig. 16 representa a resistividade de mudança de fase em função do ângulo de desvio relativo usando-se um único par de transmissor-receptor em três frequências diferentes.

[0044] A fig. 17 mostra um processo de perfilagem de resistividade ilustrativo para determinar a resistividade horizontal, a resistividade vertical, e

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 32/43 / 27 o ângulo de desvio relativo em função da posição ao longo do furo de sondagem. Após a ferramenta de perfilagem de resistividade ter sido colocada em um furo de sondagem e a perfuração começada, com a rotação concomitante da ferramenta de perfilagem, o processo de perfilagem começa no bloco 1702 com a seleção de uma antena transmissora e de uma frequência de transmissão. Enquanto o processo continua, a operação da seleção itera com cada antena de transmissão e cada frequência de transmissão que seja apropriada para esta antena de transmissão.

[0045] No bloco 1704, a ferramenta de perfilagem ativa a antena de transmissão selecionada na frequência selecionada, e mede as respostas do receptor. A Ferramenta de perfilagem, além disso, mede a posição e a orientação da ferramenta a ser associada com as respostas do receptor, medidas. Em vários modos de realização, as respostas do receptor podem ser mudança de fase absoluta, atenuação absoluta, mudança de fase diferencial, e/ou atenuação diferencial. No bloco 1706, a informação da posição e orientação é usada para associar as respostas do receptor, medidas, com um raio azimutal. Se forem obtidas medidas múltiplas para um dado raio, as medidas podem ser combinadas, por exemplo, calculando-se a média. No bloco 1708, é feito um teste para determinar se há mais medidas a serem feitas nesta posição no furo de sondagem (por exemplo, um teste para ver se a posição medida da ferramenta ainda está dentro de uma faixa predeterminada). Em caso afirmativo, os blocos 1702-1708 são repetidos. [0046] No bloco opcional 1710, a ferramenta de perfilagem determina medidas de fase e/ou de atenuação compensadas, como descritas previamente em relação à fig. 8. No bloco 1712, a ferramenta de perfilagem determina um conjunto de parâmetros senoidais para representar as medidas obtidas na posição atual no furo de sondagem. Preferivelmente, o conjunto de parâmetros característicos é indicativo da média e da diferença máximo-paramínimo, e pode também indicar a posição do pico ou do vale da senóide. Em

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 33/43 / 27 alguns modos de realização, os parâmetros são determinados a partir de uma função de seno parametrizada que ajuste os dados medidos com um erro quadrático mínimo. Os parâmetros senoidais podem ser comunicados à superfície para que as operações subsequentes sejam executadas pelas instalações de computação de superfície.

[0047] No bloco 1714, os parâmetros característicos são invertidos para determinar um ou mais dos ângulos de inclinação da camada da formação, do ângulo de desvio da formação, da resistividade da formação (horizontal ou vertical), e da anisotropia da formação. As medidas da formação determinadas são armazenadas sob a forma de um perfil, que pode ser apresentado e atualizado opcionalmente no bloco 1716. No bloco 1718 é feito um teste para determinar se a perfilagem deve continuar (por exemplo, se o processo de perfuração está em curso), e, em caso afirmativo, os blocos 1702-1718 são repetidos.

[0048] O processo de inversão pode tomar a forma de uma pesquisa baseada em uma tabela de consulta com interpolação, mas é executado preferivelmente com um modelo de forma fechada frontal de respostas da ferramenta que são esperadas em resposta às estimativas do desvio da formação, resistividade e anisotropia. Começando com estimativas aleatórias, arbitrárias, ou em certos casos, predeterminadas do desvio da formação, resistividade, e anisotropia, o processo de inversão atualiza repetidamente estas estimativas até que os valores de parâmetro senoidais prognosticados pelo modelo frontal se casem com os valores de parâmetros senoidais medidos dentro de algum limiar predeterminado. A rotina de atualização pode empregar, por exemplo, o método de Levenberg-Marquardt explicado por Tianfei Zhu e Larry D. Brown, Two-dimensional Velocity Inversion and Synthetic Seismogram Computation, Geophysics, vol. 52, no 1, janeiro 1987, p. 37-50.

[0049] Em alguns modos de realização, os valores de parâmetros

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 34/43 / 27 característicos medidos são os valores médios e da diferença máximo-paramínimo da mudança de fase diferencial medidos em função do azimute em cada três ou mais frequências de transmissão. Em outros modos de realização, os valores de parâmetro característicos são os valores médios e da diferença máximo-para-mínimo da atenuação diferencial medida em função do azimute em três ou mais espaçamentos receptor-transmissor. Ainda em outros modos de realização, ambas, as informações de fase e de atenuação são medidas e usadas como a base da inversão. Outros valores de parâmetro característicos são possíveis e podem ser usados.

[0050] Voltando, agora, ao aspecto do geodirecionamento deste sistema, a Fig. 18 mostra a mudança de fase e atenuação medidas em uma orientação azimutal de uma ferramenta de perfilagem de resistividade ilustrativa tendo a configuração de antena mostrada na fig. 7A, assumindo-se um furo de sondagem passando através de um leito isotrópico, com 6,096m de espessura, 10Qm, imprensado entre leitos isotrópicos espessos, 1Qm, em um ângulo de desvio relativo de 60°. As respostas mostradas são para ferramentas de 2MHz com espaçamentos de antena 60,96/76,2, e um ângulo de inclinação da antena receptora de 45°. (Detalhes adicionais da simulação estão disponíveis em Bittar, patente U.S. 7.138.803.) Entretanto, pessoas razoavelmente experientes na técnica reconhecerão que outras frequências e configurações de antena podem ser usadas. A mudança de fase e atenuação medidas em orientações azimutais opostas da ferramenta de perfilagem de resistividade ilustrativa estão mostradas na fig. 19. Quando as diferenças de respostas coletadas em direções azimutais opostas são consideradas, resultam em uma resposta diferencial como a mostrada na Fig. 20. (Uma resposta similar de A pode ser encontrada subtraindo-se da resposta em uma direção azimutal a média das respostas em todas as direções azimutais.) [0051] Note-se, aqui, que a resposta de ferramenta para um limite entre formações isotrópicas exibe uma resposta senoidal muito parecida com

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 35/43 / 27 aquelas mostradas nas figs. 12 e 13. O valor máximo da resposta ocorre na direção azimutal em direção a limites próximos com regiões de condutividade maior e na direção azimutal afastada dos limites próximos com regiões de condutividade menor. Inversamente, o valor mínimo de resposta ocorre na direção azimutal afastada dos limites com regiões de condutividade maior e na direção azimutal em direção aos limites próximos com regiões de condutividade menor. Em ambos os casos, a direção do sinal de direcionamento é consistente quando a ferramenta atravessa um limite.

[0052] Em modos de realização que condensam a informação de medida de resistividade azimutal em parâmetros senoidais como uma média, diferença máximo-para-mínimo, e indicador de orientação de pico, a diferença máximo-para-mínimo e o indicador de orientação de pico podem ser usados como o sinal de direcionamento. Uma diferença máximo-para-média e indicador de orientação de pico poderiam ser empregados com efeito similar. Em alguns modos de realização alternativos, é empregada uma relação de valor máximo-para-mínimo. O sondador pode combinar a informação do sinal de direcionamento com medições da posição e orientação da ferramenta e o conhecimento derivado de furos de teste ou de levantamentos sísmicos para formular decisões direcionais de direcionamento. Espera-se que os sinais de direcionamento aqui descritos sejam particularmente eficazes em permitir que um sondador detecte e entre efetivamente em uma zona rentável e em permitir que o sondador mantenha um curso de furo de sondagem que maximize o intervalo de furo de sondagem na zona rentável.

[0053] Embora os detalhes específicos antecedentes descrevam um modo de realização preferido desta invenção, pessoas razoavelmente experientes na técnica de perfuração e perfilagem de poço de petróleo reconhecerão que várias mudanças podem ser feitas nos detalhes do método e aparelho desta invenção sem fugir do espírito e escopo da invenção como definido nas reivindicações anexas. Consequentemente, deveria ser

Petição 870180003017, de 12/01/2018, pág. 36/43 / 27 compreendido que esta invenção não deve ser limitada aos detalhes específicos aqui mostrados e descritos.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ferramenta de perfilagem (126) tendo um eixo de ferramenta, caracterizada pelo fato de compreender:

uma primeira antena transmissora (T1) para transmitir uma onda eletromagnética com uma primeira frequência para dentro de uma formação;

uma segunda antena transmissora (T2) para transmitir uma onda eletromagnética com uma segunda frequência para dentro da formação;

pelo menos uma antena receptora (R1, R2) para receber uma onda eletromagnética a partir da formação, onde, pelo menos uma das antenas transmissora e receptora é inclinada em relação ao eixo da ferramenta;

um sensor de ângulo rotacional (70) para determinar um ângulo azimutal da ferramenta de perfilagem;

um processador (32) acoplado à pelo menos uma antena receptora e ao sensor de ângulo rotacional para coletar pelo menos uma medida de formação para pelo menos três ângulos azimutais em cada uma da primeira e segunda frequências; e para determinar, com base nas ditas medidas de formação, pelo menos um parâmetro senoidal que caracterize a variação azimutal de dita pelo menos uma medida da formação na primeira frequência, e pelo menos um parâmetro senoidal adicional que caracterize a variação azimutal de dita pelo menos uma medida da formação na segunda frequência.
2. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do parâmetro ser indicativo de uma diferença máximo-para-mínimo da medida da formação.
3. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a pelo menos uma medida da formação compreender pelo menos uma dentre voltagem complexa, uma relação de amplitude, e uma diferença de fase derivada da onda

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2 / 5 eletromagnética recebida.
4. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato da medida da formação ser determinada em referência à onda eletromagnética da antena transmissora.
5. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato da medida da formação ser determinada em referência à onda eletromagnética recebida por uma segunda antena receptora (R2).
6. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita pelo menos uma medida da formação ser uma componente de resistividade da formação.
7. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a dita pelo menos uma medida da formação ser resistividade vertical.
8. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do processador calcular a resistividade vertical e horizontal da formação.
9. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato do processador adicionalmente calcular um desvio relativa da formação.
10. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da antena transmissora ser inclinada em um primeiro ângulo em relação ao eixo da ferramenta, a antena receptora ser inclinada em um segundo ângulo em relação ao eixo da ferramenta, e uma diferença entre os primeiros e segundos ângulos ser menor do que 90°.
11. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma segunda antena receptora (R2) orientada paralela à primeira antena receptora (R1) para receber uma onda eletromagnética a partir da formação.

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12. Ferramenta de perfilagem (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a segunda antena transmissora (T2) é orientada paralela à primeira antena transmissora (T1).
13. Ferramenta (126) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender:

uma primeira antena transmissora para transmitir uma onda eletromagnética com uma primeira frequência para dentro de uma formação;

uma segunda antena transmissora para transmitir uma onda eletromagnética com uma segunda frequência para dentro da formação; pelo menos uma antena receptora para receber uma resposta da formação provocada pelas ondas eletromagnéticas, onde pelo menos uma das antenas transmissora e receptora é inclinada em relação a um eixo da ferramenta;

um indicador de ângulo rotacional para indicar um ângulo rotacional; e um processador acoplado à antena receptora e ao indicador de ângulo rotacional para determinar uma medida da formação em cada frequência para pelo menos três ângulos rotacionais, e para determinar para cada frequência pelo menos um parâmetro de uma senóide azimutalmente dependente que melhor se ajuste à medida da formação a essa frequência.
14. Ferramenta de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato do indicador de ângulo rotacional compreender pelo menos um dentre uma janela de fluxo, um magnetômetro, um acelerômetro, e um giroscópio.
15. Ferramenta de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato do pelo menos um parâmetro compreender um indicador de uma orientação azimutal de um pico do sinal periódico.
16. Método para ferramenta de perfilagem de resistividade azimutalmente sensível, caracterizado pelo fato de compreender:

enviar uma primeira onda eletromagnética com uma primeira

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4 / 5 frequência de uma primeira antena transmissora (T1) para dentro de uma formação;

receber uma onda eletromagnética com a primeira frequência da formação com uma antena receptora, onde pelo menos uma das antenas transmissora e receptora estar inclinada em relação a um eixo de ferramenta;

enviar uma segunda onda eletromagnética com uma segunda frequência de uma segunda antena transmissora para dentro da formação, onde a segunda frequência é diferente da primeira frequência;

receber uma onda eletromagnética com a segunda frequência, da formação, com a antena receptora;

repetir ditas etapas de enviar e receber para coletar pelo menos uma medida de formação em cada uma da primeira e segunda frequências para pelo menos três ângulos azimutais;

determinar uma variação azimutal de dita pelo menos uma medida da formação em cada uma da primeira e segunda frequências; e armazenar pelo menos um parâmetro senoidal para caracterizar a variação azimutal da pelo menos uma medida da formação na primeira frequência, e pelo menos um parâmetro senoidal adicional para caracterizar a variação azimutal de dita pelo menos uma medida da formação na segunda frequência.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato da medida da formação ser pelo menos uma de mudança de fase, atenuação, e voltagem complexa derivada da onda eletromagnética recebida.
18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

exibir um perfil de resistividade baseado pelo menos parcialmente no pelo menos um dos parâmetros senoidais.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato do perfil de resistividade representar pelo menos uma dentre uma

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5 / 5 resistividade horizontal da formação, uma resistividade vertical da formação, e um coeficiente de anisotropia da formação.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente determinar um ângulo de desvio relativo da formação baseado pelo menos parcialmente no pelo menos um dos parâmetros senoidais.

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