BRPI0718380B1

BRPI0718380B1 - “ferramenta para executar medições eletromagnéticas em furo de poço, método para determinar propriedades de formações e meio legível por computador ”

Info

Publication number: BRPI0718380B1
Application number: BRPI0718380-1A
Authority: BR
Inventors: A. Dashevsky Yuliy; A. Borisov Gleb; I. Epov Michail
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2018-07-03
Also published as: US20080079431A1; WO2008070239A2; BRPI0718380A2; WO2008070239A3; US7427862B2; RU2009115958A

Description

(54) Título: FERRAMENTA PARA EXECUTAR MEDIÇÕES ELETROMAGNÉTICAS EM FURO DE POÇO, MÉTODO PARA DETERMINAR PROPRIEDADES DE FORMAÇÕES E MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR (51) Int.CI.: G01V 3/10 (30) Prioridade Unionista: 29/09/2006 US 11/537,105 (73) Titular(es): BAKER HUGHES INCORPORATED (72) Inventor(es): YULIY A. DASHEVSKY; GLEB A. BORISOV; MICHAIL I. EPOV

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para FERRAMENTA PARA EXECUTAR MEDIÇÕES ELETROMAGNÉTICAS EM FURO DE POÇO, MÉTODO PARA DETERMINAR PROPRIEDADES DE FORMAÇÕES E MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR .

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se genericamente a ferramentas para perfilagem de poços, e especificamente, ao aperfeiçoamento das informações providas por uma ferramenta de perfilagem de poços eletromagnéticas (EM).

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

A pesquisa continuada por materiais petroquímicos exige uma exploração crescentemente agressiva e sofisticada. Uma parte necessária desta exploração envolve perfurar furos de poço na terra e a criação coinci15 dente de poços profundos. O exame e a avaliação de formações subterrâneas na vizinhança dos poços profundos são completados por um processo denominado perfilagem de poço.

Durante a perfilagem de poço, uma área próxima do furo de poço (isto é, referida como zona próxima de furo de poço) está sujeita à inva20 são de fluido. Utilizando os dados de perfuração e outras medições de perfilagem para analisar as propriedades da zona invadida, pode-se chegar a importantes conclusões sobre o conteúdo de minerais.

Uma variedade de ferramentas e técnicas para a perfilagem de poços utiliza uma tecnologia sofisticada para avaliar os aspectos de forma25 ções na vizinhança do furo de poço. Ferramentas de perfilagem de poços exemplares aplicam campos eletromagnéticos, medições de nêutrons, determinações de densidade e formação de imagem de ressonância magnética nuclear (RMN).

Referindo à utilização de campos eletromagnéticos (EM), a re30 sistividade R e outros dados providos são tipicamente indicativos de aspectos de formações circundantes que ficam na zona próxima de furo de poço (considerada ser geralmente de uma parede ou superfície do furo de poço e

Petição 870180032559, de 20/04/2018, pág. 4/12 até aproximadamente um metro para dentro da terra circundante) e alguma distância além.

As medições feitas com uma ferramenta eletromagnética (EM) podem prover informações valiosas que descrevem uma variedade de as5 pectos das formações circundantes. No entanto, alguém versado na técnica reconhecerá que as características da zona próxima de furo de poço dominam os resultados para muitas medições. Portanto, é especificamente desejável produzir informações que descrevem os aspectos físicos associados com a zona próxima de furo de poço.

Por exemplo, conhecendo a distribuição da resistividade R, pode-se fazer estimativas referentes a aspectos tais como a capacidade de filtração para um reservatório local. Mais ainda, o conhecimento e a avaliação da resistividade R dentro da zona próxima de furo de poço provê a extração de dados petrofísicos referentes a propriedades que incluem a per15 meabilidade, a pressão capilar, e a permeabilidade relativa das formações circundantes. É desejável ter conhecimento destas propriedades para a zona próxima de furo de poço, já que cada uma destas propriedades é útil na execução de determinações referentes as condições petrofísicas.

Apesar das ferramentas EM terem um valor considerável para a perfilagem de poços, as medições típicas proveem os dados petrofísicos em áreas além da zona próxima de furo de poço. Isto é, as técnicas correntes para a utilização de ferramentas EM não realizam o potencial nas mesmas para prover dados significativos dentro (isto é, isoladas à) zona próxima de furo de poço.

O que são necessárias são técnicas para fazer medições com uma ferramenta eletromagnética, onde as medições proveem determinações referentes a propriedades petrofísicas na zona próxima de furo de poço. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As modalidades da invenção incluem uma ferramenta para exe30 cutar medições eletromagnéticas dentro de um furo de poço, que inclui: um transmissor que inclui uma bobina que tem N espiras enroladas coaxialmente ao redor de um mandril metálico longo e um receptor que inclui uma bobi3 na que tem um laço de recepção de uma espira enrolado coaxialmente ao redor do mandril; em que o transmissor está adaptado para prover uma corrente I de uma frequência predeterminada f a uma intensidade máxima em uma zona próxima de furo de poço; e em que o receptor está disposto a uma distância L do transmissor e adaptado para receber um sinal do transmissor.

Também incluído está um método e um produto de programa de computador para determinar as propriedades de formações em uma zona próxima de furo de poço. O método e o produto de programa de computador requerendo: aplicar um sinal a uma ferramenta disposta dentro de um furo de poço, a ferramenta incluindo um transmissor que inclui uma bobina que tem N espiras enroladas coaxialmente ao redor de um mandril metálico longo e um receptor que inclui uma bobina que tem um laço de recepção de uma espira enrolado coaxialmente ao redor do mandril; em que o transmissor está adaptado para prover uma corrente I de uma frequência predeter15 minada f a uma intensidade máxima em uma zona próxima de furo de poço; e em que o receptor está disposto a uma distância L do transmissor e adaptado para receber um sinal do transmissor; gerar a intensidade máxima da corrente I dentro da zona próxima de furo de poço; receber o sinal da zona próxima de furo de poço com o receptor; e analisar o sinal para determinar as propriedades das formações.

Outros sistemas, métodos e/ou produtos de programa de computador de acordo com as modalidades serão ou ficarão aparentes para alguém versado na técnica quando da revisão dos desenhos seguintes e da descrição detalhada. É pretendido que todos tais sistemas, métodos, e/ou produtos de programa de computador estejam incluídos nesta descrição, estejam dentro do escopo da presente invenção, e sejam protegidos pelas reivindicações acompanhantes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

O assunto o qual é considerado como a invenção está especifi30 camente destacado e distintamente reivindicado nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. Os acima e outros objetos, características, e vantagens da invenção são aparentes da descrição detalhada seguinte to4 mada em conjunto com os desenhos acompanhantes nos quais:

Figura 1 apresenta os aspectos de um furo de poço;

Figura 2 apresenta os aspectos de um instrumento de perfilagem de poço;

Figura 3 apresenta os aspectos de uma configuração de ferramenta de indução (ferramenta EM) do tipo de mandril em uma geometria cilíndrica coaxial unidimensional;

Figura 4A até Figura 4E, coletivamente aqui referidas como Figura 4, apresentam os aspectos de um campo elétrico para a ferramenta EM que tem um comprimento L de aproximadamente 0,5 metro;

Figura 5A até Figura 5E, coletivamente aqui referidas como Figura 5, apresentam os aspectos de um campo elétrico para a ferramenta EM que tem um comprimento L de aproximadamente 0,75 metro;

Figura 6A até Figura 6E, coletivamente aqui referidas como Figura 6, apresentam os aspectos de um campo elétrico para a ferramenta EM que tem um comprimento L de aproximadamente 1,0 metro;

Figura 7A até Figura 7E, coletivamente aqui referidas como Figura 7, apresentam os aspectos de um campo elétrico para a ferramenta EM que tem um comprimento L de aproximadamente 2,0 metros;

Figura 8A até Figura 8D, coletivamente aqui referidas como Figura 8, apresentam a distribuição radial de máximos de correntes induzidas I como uma função de frequência f e comprimento de ferramenta L;

Figura 9A até Figura 9D, coletivamente aqui referidas como Figura 9, apresentam a resposta relativa do meio que circunda o furo de poço onde a resistividade de meio é R_t = 1 Ohm-m;

Figura 10A até Figura 10C, coletivamente aqui referidas como Figura 10, apresentam as contribuições relativas de diferentes subzonas como uma função de frequência F; e

Figura 11 apresenta uma modalidade exemplar para utilização da ferramenta EM.

A descrição detalhada explica as modalidades preferidas da invenção, juntamente com as vantagens e características, por meio de exem5 pio com referência aos desenhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Referindo à Figura 1, uma ferramenta de perfilagem de poço de indução eletromagnética 10 exemplar está mostrada disposta dentro de um furo de poço 2. O furo de poço 2 é perfurado através da terra 7 e penetra nas formações 4, a qual inclui várias camadas 4A-4E. A ferramenta 10 é tipicamente baixada para dentro e retirada do furo de poço 2 pela utilização de um cabo elétrico blindado 6 ou um meio de transporte similar como é conhecido na técnica. A ferramenta 10 é tipicamente montada de três subseções:

uma unidade eletrônica auxiliar 14 disposta em uma extremidade da ferramenta 10; uma unidade de mandril de bobina 8 presa na unidade eletrônica auxiliar 14; e uma unidade eletrônica 12 presa na outra extremidade da unidade de mandril de bobina 8, a unidade eletrônica 12 tipicamente sendo presa ao cabo 6.

A unidade de mandril de bobina 8 inclui um conjunto de bobinas o qual inclui bobinas de transmissor e bobinas de receptor de indução. O conjunto de bobinas, como será adicionaimente explicado, é para induzir os campos eletromagnéticos nas formações 4 e para receber os sinais de voltagem induzidos por correntes parasitas que fluem dentro das formações 4 como um resultado dos campos eletromagnéticos induzidos nas mesmas.

A unidade eletrônica auxiliar 14 tipicamente contém um receptor, uma capacidade de processamento de sinal e uma capacidade de telemetria (não mostradas). A unidade eletrônica auxiliar 14 também tipicamente inclui um gerador de sinal e amplificadores de potência (não mostrados), os quais fazem com que correntes alternadas de frequências selecionadas fluam através de bobinas de transmissor dentro da unidade de mandril de bobina 8.

Em modalidades típicas, a unidade eletrônica 12 inclui circuitos de receptor (não mostrados) para detectar as voltagens induzidas nas bobinas de receptor dentro da unidade de mandril de bobina 8, e circuitos para processar estas voltagens recebidas (não mostrados) em sinais representativos das condutividades das várias camadas 4A-4E das formações 4. Por conveniência, a unidade eletrônica 12 inclui uma telemetria de sinal para transmitir os sinais relativos à condutividade para a superfície da terra 7 através do cabo 6 para um processamento adicional. Alternativamente, a unidade eletrônica 12 pode armazenar os sinais relativos à condutividade em um dispositivo de gravação apropriado (não mostrado) para processamento após o instrumento 10 ser retirado do furo de poço 2.

Referindo à Figura 2, uma modalidade da técnica anterior da ferramenta EM 10 é apresentada. Nesta modalidade, a ferramenta 10 é uma ferramenta de indução de múltiplos componentes 10 que inclui um conjunto de bobinas 3 que inclui bobinas de transmissor e bobinas de receptor, como mostrado. Três bobinas de transmissor 101, 103 e 105, referidas como os transmissores T_x, T_z, e T_y estão substancialmente ortogonalmente orientadas (o eixo geométrico z sendo ao longo do eixo geométrico longitudinal da ferramenta, como apresentado na legenda). As bobinas de transmissor 101, 103 e 105 geram os campos magnéticos para obter as medições nas forma15 ções 4 que circundam o furo de poço 2.

Correspondendo às bobinas de transmissor 101, 103 e 105 estão as bobinas de receptor 107, 109 e 111, referidas como receptores R_x, R_z, e R_y, respectivamente. As bobinas de receptor 107, 109 e 111 medem os aspectos dos campos magnéticos correspondentes, e também estão subs20 tancialmente ortogonalmente orientadas uma em relação às outras. Bobinas de receptor 113 e 115 adicionais podem ser incluídas em algumas modalidades. Um exemplo não limitante da ferramenta 10 é a ferramenta 3DExplorer™, a qual é um instrumento de perfilagem de indução produzido pela Baker Hughes de Houston, Texas.

Tipicamente, a ferramenta de perfilagem de poço 10 inclui adaptações como podem ser necessárias para prover a operação durante a perfuração ou após um processo de perfuração ter sido executado.

Mais informações referentes à ferramenta 3DExplorer™ podem ser obtidas consultando o documento A New Multicomponent Induction

Logging Tool to Resolve Anisotropic Formations por Kriegsháuser, et al., SPWAL 41 st Annual Logging Symposium, 4-7 de Junho de 2000, a descrição do qual está aqui incorporada por referência na sua totalidade.

Os ensinamentos aqui proveem o coletamento de dados em uma zona próxima de furo de poço utilizando uma ferramenta de perfilagem de poço EM que tem certas características de projeto. Em geral, a zona próxima de furo de poço é considerada incluir porções da terra dentro de apro5 ximadamente sessenta e um centímetros (dois pés) da superfície do furo de poço 2.

Em modalidades típicas, as medições de indução são executadas no domínio de frequência f utilizando uma ferramenta EM que tem um mandril metálico. Estas medições são conseguidas por, entre outras coisas, geração de correntes de indução I que têm uma intensidade máxima na região de interesse. Estas medições proveem um zoneamento radial por uma distância de até aproximadamente sessenta e um centímetros (dois pés) do furo de poço 2.

Os presentes ensinamentos pedem uma configuração de ferra15 menta que aumente a sensibilidade de um sinal medido que corresponde a uma região predeterminada da zona próxima de furo de poço. Em princípio, para a área de interesse, os ensinamentos fazem uso de correntes de indução I que têm uma intensidade máxima dentro da área de interesse. Esta proposta tem uma base física simples. O campo elétrico é aproximadamente igual a zero sobre uma superfície da ferramenta. Além disso, o campo elétrico E_m aproxima-se assintoticamente de um valor zero a grandes distâncias da ferramenta 10. Isto significa que existe uma intensidade máxima do campo elétrico E_m a alguma distância radial r da ferramenta 10. Consequentemente, o controle da posição da intensidade máxima do campo elétrico E_m concentra a corrente elétrica I na zona de interesse. Tendo uma concentração da corrente elétrica I na zona de interesse causa um aumento na contribuição relativa para o sinal total desta zona.

Na Figura 3, uma modalidade exemplar da ferramenta EM 100 de acordo com os presentes ensinamentos está apresentada. Neste exem30 pio, a ferramenta EM 100 é uma ferramenta de modelo de bancada. As quantidades descritas na Figura 3 e a sua configuração foram utilizadas para simular uma operação e chegar aos resultados, conclusões e recomenda8 ções aqui providas. É claro, o modelo de ferramenta EM 100 está aqui apresentado para propósitos de ilustração somente, e não está limitando as várias modalidades da ferramenta EM 100.

Na modalidade apresentada, uma configuração de ferramenta 5 EM de indução do tipo de mandril de duas bobinas simples está provida. A ferramenta EM 100 inclui um mandril metálico longo 38 de raio b, que tem uma resistividade de metal R_met, e uma permeabilidade magnética de metal Pmet. Um transmissor de eixo geométrico z 31 TX_Z provê um único transmissor. O transmissor 31 inclui um solenóide com N espiras e provê uma cor10 rente I onde I = Ι_οβ'^ιω1. Um receptor de eixo geométrico z 32 RCV_Z provê um receptor único. O receptor 32 inclui um laço de recepção de uma espira. Tanto o transmissor 31 quanto o receptor 32 são de raio η, e estão enrolados coaxialmente ao redor do mandril metálico longo 38. Uma distância entre o transmissor 31 e o receptor 32 está representada pela variável L, e descreve um comprimento funcional para a ferramenta EM 100.

Na modalidade apresentada, a ferramenta EM 100 está posicionada sobre o eixo geométrico Z do furo de poço 2. Como acima indicado, o furo de poço 2 atravessa a terra 7 e várias formações 4 na mesma. O furo de poço 2 tem uma resistividade de furo de poço R_m, uma permeabilidade mag20 nética de furo de poço p_m e um raio de furo de poço r_m. Uma zona próxima de furo de poço 35 (nesta modalidade, aproximadamente sessenta e um centímetros (dois pés) da superfície do furo de poço, em algumas modalidades, até aproximadamente um metro) tem uma resistividade de meio R_t e uma permeabilidade magnética de meio p_t.

Medições de Indução na Presença de um Mandril Metálico 38.

As medições de indução utilizando o mandril metálico longo 38 (isto é, formado de materiais metálicos) pedem a utilização do mandril metálico longo 38 que tem um comprimento que não perturbe, ou substancialmente perturbe as medições ou o desempenho do transmissor 31 e do receptor 32 com efeitos de borda durante a operação da ferramenta EM 100. O mandril metálico longo 38 é abrangido por bobinas de transmissão de solenóide (como o transmissor 31) e bobinas de recepção (como o receptor 32). Esta configu9 ração está incorporada em um meio cilíndrico homogêneo ou de duas camadas. Utilizando este projeto para a ferramenta EM 100, as análises para as correntes I geradas dentro da zona próxima de furo de poço 35 em que as correntes proveram uma intensidade máxima na região de interesse fo5 ram executadas.

As seguintes etapas foram executadas de modo a completar a análise da ferramenta EM 100 e as técnicas para a sua utilização. Primeiro, as derivações de fórmulas que representam uma solução para os problemas de limite foram completadas. A seguir a derivação de expansões assintóticas de baixa frequência foram completadas. Finalmente, a avaliação das contribuições de diferentes partes do meio para o sinal medido foi executada. A discussão neste aspecto está baseada nos cálculos de um software de modelagem e nas expansões assintóticas de baixa frequência das expressões de componentes de campo eletromagnético.

Como com a técnica anterior, a ferramenta EM 100 está acoplada a recursos tais como a eletrônica 12. Os recursos (tais como a eletrônica) proveem uma energia apropriada para a ferramenta EM 100, e proveem uma recepção e análise de sinal.

Os cálculos foram executados para descrever a distribuição es20 pacial de um campo elétrico dentro de uma formação 4. Os cálculos foram completados para várias frequências f_x e várias distâncias L entre o transmissor 31 e o receptor 32. Para os cálculos, as quantidades para outros parâmetros acima descritos eram: η=0,06 m, N=1, d_m=0,1 m, b=0,05 m, R_met= 2,5E-7 Ohm*m e p_met=100 μ₀.

No primeiro conjunto de cálculos, foi assumido que o furo de poço 2 era igual em raio à ferramenta EM 100. Isto é, nenhum furo de poço 2 estava presente quando fazendo as medições. Os resultados estão apresentados na Figura 4 e na Figura 5. A Figura 4 representa uma série de medições onde a distância L entre o transmissor 31 e o receptor 32 era de 0,5 m.

A Figura 5 representa uma série de medições onde a distância L entre o transmissor 31 e o receptor 32 era de 0,75 m.

A Figura 4A e a Figura 5A apresentam medições simuladas on10 de a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 1 Ohm-m. A Figura 4B e a Figura 5B apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 10 Ohm-m. A Figura 4C e a Figura 5C apresen5 tam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 25 Ohm-m. A Figura 4D e a Figura 5D apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 50 Ohm-m. A Figura 4E e a Figura 5E apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 100 Ohm-m.

Cálculos adicionais foram executados para as modalidades onde nenhum furo de poço 2 estava presente. A Figura 6 representa uma série de medições onde a distância L entre o transmissor 31 e o receptor 32 era de

1,0 m. A Figura 7 representa uma série de medições onde a distância L entre o transmissor 31 e o receptor 32 era de 2,0 m.

A Figura 6A e a Figura 7A apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 1 Ohm-m. A Figura 6B e a Figura 7B apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 10 Ohm-m. A Figura 6C e a Figura 6C apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 25 Ohm-m. A Figura 6D e a Figura 7D apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 50 Ohm-m. A Figura 6E e a Figura 7E apresentam medições simuladas onde a resistividade de meio R_t para a zona próxima de furo de poço 35 foi ajustada igual a 100 Ohm-m.

Referindo aos gráficos das Figuras 4-7, um desajuste percentual foi calculado entre os valores verdadeiros do campo elétrico E_m e uma expansão assintótica de baixa frequência correspondente. O desajuste está mostrado como uma função da distância r do eixo geométrico de furo de po11 ço Z para diferentes frequências f e distâncias L. Um ligeiro desajuste (010%) está mostrado em verde G. Um desajuste maior do que 10% e menor do que 20% está mostrado em amarelo Y. Um desajuste maior do que 20% e menor do que 30% está mostrado em amarelo O. Um desajuste que exce5 deu 30% está mostrado em vermelho - R. Cada uma das linhas cheias no gráfico indica os valores máximos do campo elétrico E_m para o cálculo.

Alguém versado na técnica pode apreciar que as expansões assintóticas de baixa frequência descrevem os valores de um campo elétrico E_m com boa precisão dentro de uma faixa ampla de parâmetros de modelo.

Supunha, por exemplo, que ferramentas EM 100 relativamente curtas são colocadas dentro de um meio que tem uma resistividade R_t maior do que 10 Ohm-m. Neste caso, as expansões assintóticas de baixa frequência descrevem o comportamento do campo elétrico E_m bastante precisamente (isto é, o desajuste não excede 20%) até uma frequência f de aproximadamente 1

MHz (ver Figura 4 e Figura 5). Isto continua verdadeiro mesmo para as ferramentas EM 100 relativamente longas se a formação for mais resistiva (ver Figura 6 e Figura 7). No entanto, note que quando o desajuste é pequeno (menor do que 10%), a localização do pico do campo elétrico E_m não depende (praticamente) dos valores dos parâmetros de modelo. Este não é o caso quando o desajuste está acima de 30%.

Um dos objetivos principais de obter as expansões de baixa frequência é descrever a localização dos valores máximos do campo elétrico E_m. A linha cheia indica a posição destes valores máximos.

As conclusões seguintes foram alcançadas dos resultados de modelagem. Primeiro, aumentando a frequência f da corrente I para o transmissor 31 faz com que a área que tem os valores máximos para o campo elétrico E_m induzido desloque na direção da parede de furo de poço. Referir à Figura 8 (onde a Figura 8A corresponde ao meio de resistividade Rt na zona próxima de furo de poço 35 de 10 Ohm-m, a Figura 8B onde a resis30 tividade de meio R_t é de 25 Ohm-m, a Figura 8C onde a resistividade de meio R_t é de 50 Ohm-m e a Figura 8D onde a resistividade de meio R_t é de

100 Ohm-m). Isto por sua vez causa um aumento na contribuição relativa para o sinal da área da formação 4 próxima do furo de poço.

A amplitude de deslocamentos de valores máximos depende não somente da frequência f da corrente I e da resistividade de meio R_t, mas também da distância L entre o transmissor 31 e o receptor 32. Além disso, deve ser notado que o ponto de intensidade máxima mais externo geralmente não move mesmo com frequências até 1 MHz.

Isto é verdadeiro para todas as ferramentas EM 100 modeladas, (L = 0,5 m a 2,0 m) e dentro da ampla faixa de resistividade de meio R_t (Rt = 10 Ohm-m a 100 Ohm-m). Estes pontos correspondem àqueles de posições de máximo de baixa frequência (LFM). As posições dos máximos de LFM podem ser calculadas utilizando as expansões assintóticas.

Os resultados da modelagem suportam a utilização de uma pluralidade de ferramentas EM 100 que tem comprimentos L variáveis e adaptadas para operação utilizando diferentes frequências f. A pluralidade provê a focalização da intensidade máxima do campo elétrico E_m a distâncias radias desejadas na zona próxima de furo de poço 35, onde as distâncias r variam de aproximadamente 0,25 m a aproximadamente 0,7 m do eixo geométrico de furo de poço Z.

Neste aspecto, complicações adicionais que podem ser encon20 tradas durante a utilização de ferramentas EM 100 de acordo com os ensinamentos aqui foram avaliadas. Por exemplo, as contribuições parciais de diferentes partes do meio em um sinal medido são agora consideradas. Uma proposta para resolver as contribuições parciais de diferentes partes do meio é gerar correntes dentro de uma zona próxima de furo de poço 35 com uma intensidade máxima na região de interesse. Para fazer isto acontecer, uma clara compreensão é necessária de como as partes elementares do meio contribuem para o sinal medido.

Para compreender o fluxo de corrente I no meio (isto é, na formação 4), considere que a densidade de corrente pode ser subdividida em correntes que fluem em uma série de toróides elementares ou dentro de anéis. Estes toróides (anéis) têm um eixo geométrico comum com aquele do transmissor e encontram-se em planos perpendiculares a este eixo geomé13 trico (o eixo geométrico Z). Devido à simetria axial, o campo elétrico E_m não intercepta os limites do meio que tem diferentes condutividades e portanto as cargas de superfície estão ausentes.

Consequentemente, um princípio de sobreposição pode ser apli5 cado. Isto provê considerar o sinal medido como uma soma de contribuições de cada um dos toróides elementares. A contribuição de qualquer toróide específico é proporcional à condutividade do toróide e ao campo elétrico E_m dentro do toróide.

Por exemplo, considere um mandril metálico 38 embutido em um 10 meio unidimensional que tem uma condutividade σ (r), um transmissor 31 de raio r_t que tem uma espira e um receptor 32 de raio r_r que tem uma espira, onde o transmissor 31 e o receptor 32 estão enrolados ao redor do mandril a z = z_t e z = z_r, respectivamente (N = 1, L = z_r - z_t).

A corrente total I que flui dentro do meio pode ser subdividida em 15 correntes que fluem em uma série de toróides elementares. A corrente I em um toróide elementar pode ser representada como segue:

I = o(r) Io E_f(r_b z_b r_T, z_T)drdz (1) onde r_T representa o raio do toróide elementar, e z_T representa as coordenadas z do toróide elementar, l₀ representa a corrente no transmissor; Ε_φ = campo elétrico E_m no ponto (r_T, z_T) que é induzido pelo transmissor 31; e drdz representa uma área de corte transversal do toróide elementar.

Para calcular a resposta eletromagnética Ε_φ ^τ de um toróide elementar a resístividade de meio R_t e a resistividade de furo de poço R_m são ajustadas para infinito (oo). Para conveniência, esta disposição é referida como um mandril no ar. Assim, a resposta eletromagnética Ε_φ ^τ de um to25 róide elementar é expressa como:

E/=/E^(r_bz_br_r,z_rj (2);

onde Ε_φ ^Μ representa um campo elétrico E_m no ponto (r_r, z_r) induzido pelo transmissor 31 que tem um laço de corrente de uma espira de raio r_T para a presença do mandril no ar. Nesta disposição, o laço de corrente de uma espira de raio r_T está localizado em z = z_T.

Portanto, a resposta eletromagnética Ε_φ ^ν de um volume V dentro do meio pode ser expressa como segue:

= F^P +1 (3);

(r\z)eV onde Ε_φ ^ρ = l0 Εφ^Μ (rt, z_t, r_r, z_r) representa o campo elétrico primário gerado pelo transmissor 31 na presença do mandril no ar. Para verificar a qualidade das computações, o sinal total de todos os toróides elementares foi comparado com o sinal do meio em camadas cilíndricas. A verificação provê um desajuste resultante que não excede 13%.

A Figura 9 e a Figura 10 demonstram como partes diferentes do meio contribuem para o sinal medido. A Figura 9 mostra que em baixas fre10 quências o campo secundário é bastante pequeno em comparação com o campo no modelo de fundo. Com um aumento na frequência f, o campo primário diminui significativamente, e todas as regiões começam a fazer uma contribuição dimensionável para o sinal total. Em frequências f acima de 5 MHz, a contribuição relativa da formação tende para zero e vai para uma negativa conforme a frequência f aumenta. A Figura 10 mostra o padrão de contribuições parciais como uma função de comprimento de ferramenta L. Na Figura 10, dm = 0,1 m, a resistividade de furo de poço R_m = 1 Ohm-m e a resistividade de meio R_t = 10 Ohm-m.

Alguém versado na técnica pode concluir com base no acima que a profundidade de investigação para as ferramentas EM 100 curtas é muito mais rasa do que a profundidade de investigação para as ferramentas EM 100 longas. Conforme a frequência f aumenta, as correntes I induzidas são concentradas principalmente dentro do furo de poço 2. Se o comprimento de ferramenta L for maior do que aproximadamente 0,2 m, o tamanho ra25 dial da região que faz a contribuição dominante (e positiva) para o sinal geralmente não excede aproximadamente 0,2 metro a aproximadamente 0,3 metro da parede de furo de poço.

A distâncias r do eixo geométrico z do furo de poço 2 (onde r varia de aproximadamente 0,25 metro a aproximadamente 0,7 metro) é pos30 sível gerar correntes I com uma intensidade máxima na região de interesse.

Em algumas modalidades, a ferramenta EM 100 está combinada com outras ferramentas 10. Por exemplo, a ferramenta EM 100 aqui discutida pode estar incluída na ou em conjunto com a ferramenta de indução de múltiplos componentes da técnica anterior.

Em algumas modalidades, uma série de ferramentas EM 100 de acordo com os ensinamentos aqui são utilizadas em conjunto. Por exemplo, uma primeira ferramenta EM 100 que tem um primeiro comprimento L-ι é utilizada em uma coluna de ferramentas com uma segunda ferramenta EM 100 que tem um segundo comprimento L₂. A primeira ferramenta EM 100 e a segunda ferramenta EM 100 podem ser utilizadas simultaneamente, separadamente, em frequências variáveis, uma como uma reserva da outra, etc.

Ainda, em algumas modalidades, pelo menos um transmissor 31 e pelo menos um receptor 32 estão dispostos ao longo de um único mandril metálico 38 para formar circuitos separados. Isto é, por exemplo, uma plura15 lidade de transmissores 31 pode ser utilizada em conjunto com um único receptor 32 (ou vice versa) para prover a ferramenta EM 100 que parece ter múltiplos comprimentos. Este circuitos podem também ser utilizados simultaneamente, separadamente, em frequências variáveis, um como uma reserva do outro, etc.

A Figura 11 apresenta uma modalidade exemplar, para a utilização da ferramenta EM 100. Na Figura 11, a execução de medições na zona próxima de furo de poço 1100 inclui: aplicar um sinal na ferramenta EM em uma primeira etapa 1110, gerara corrente I dentro da zona próxima de furo de poço em uma segunda etapa 1120; receber e medir os sinais que vêm das correntes que fluem dentro da parte predeterminada da zona próxima de furo de poço como uma terceira etapa 1130; e analisar os dados para determinar as propriedades das formações em uma quarta etapa 1140. Tipicamente, a análise envolve técnicas que são conhecidas na técnica para analisar os dados eletromagnéticos de ferramentas de indução 10. Conse30 quentemente, as técnicas de análise não são aqui discutidas em maior profundidade. No entanto, as técnicas de análise proveem a determinação de vários aspectos, tais como, por exemplo, a capacidade de filtração para um reservatório local, a permeabilidade, a pressão capilar, e a permeabilidade relativa das formações circundantes.

Para dizê-lo em outras palavras, os ensinamentos aqui proveem uma transferência ou troca do máximo de corrente dentro da zona próxi5 ma de furo de poço e então parando este máximo na região de interesse. Esta técnica resulta em uma capacidade de obter leituras de diferentes regiões de interesse dentro da zona próxima de furo de poço.

Como acima descrito, as modalidades podem ser incorporadas na forma de processos implementados por computador e aparelhos para praticar estes processos. Em modalidades exemplares, os aspectos da invenção estão incorporados em um código de programa de computador executado por um ou mais elementos de rede. As modalidades incluem códigos de programa de computador que contêm instruções incorporadas em meios tangíveis, tais como os disquetes flexíveis, os CD-ROMs, os discos rígidos, e qualquer outro meio de armazenamento legível por computador, em que, quando o código de programa de computador é carregado em um e executado por um computador, o computador torna-se um aparelho para praticar a invenção. As modalidades incluem um código de programa de computador, por exemplo, tanto armazenado em um meio de armazenamento, carregado em e/ou executado por um computador, quanto transmitido por algum meio de transmissão, tal como por fiação ou cabeamento elétrico, através de fibra ótica, ou através de radiação eletromagnética, em que, quando o código de programa de computador é carregado em um e executado por um computador, o computador torna-se um aparelho para praticar a invenção. Quando implementados em um microprocessador de uso geral, os segmentos de código de programa de computador configuram o microprocessador para criar circuitos lógicos específicos.

Apesar da invenção ter sido descrita com referência a modalidades exemplares, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos para os seus elementos sem afastar-se do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou um ma17 terial específico aos ensinamentos da invenção sem afastar-se do seu escopo essencial. Portanto, é pretendido que a invenção não seja limitada à modalidade específica descrita como o melhor modo contemplado para executar esta invenção, mas que a invenção incluirá todas as modalidades que caiam dentro do escopo das reivindicações anexas. Mais ainda, a utilização dos termos primeiro, segundo, etc. não denotam nenhuma ordem ou importância, mas ao contrário os termos primeiro, segundo, etc. são utilizados para distinguir um elemento de outro. Mais ainda, a utilização dos termos um, uma, etc. não denotam uma limitação de quantidade, mas ao contrário deno10 tam a presença de pelo menos um do item referido.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ferramenta para executar medições eletromagnéticas dentro de um furo de poço, a ferramenta caracterizada por compreender:

um transmissor que compreende uma bobina que tem N espiras 5 enroladas coaxialmente ao redor de um mandril metálico longo e um receptor que compreende uma bobina que tem um laço de recepção de uma espira enrolado coaxialmente ao redor do mandril; em que o transmissor está adaptado para prover uma corrente I de uma frequência predeterminada f a uma intensidade máxima em uma zona próxima de furo de poço; e em que o

10 receptor está disposto a uma distância L do transmissor e adaptado para receber um sinal do transmissor.
2. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a distância L está entre aproximadamente 0,4 metro e aproximadamente 2,0 metros.

15
3. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a distância L está selecionada para prover a intensidade máxima a uma distância predeterminada de um eixo geométrico central da ferramenta.
4. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada

20 pelo fato de que a frequência f está entre aproximadamente 0,001 MHz e aproximadamente 10 MHz.
5. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a zona próxima de furo de poço compreende uma zona que estende-se de uma superfície da ferramenta até aproximadamente um

25 metro.
6. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um comprimento do mandril metálico longo compreende um comprimento que não perturba substancialmente o desempenho do transmissor e do receptor durante a operação da ferramenta.

30
7. Método para determinar as propriedades de formações em uma zona próxima de furo de poço usando a ferramenta como definida na reivindicação 1, caracterizada por compreender:

Petição 870180032559, de 20/04/2018, pág. 5/12 aplicar um sinal à ferramenta disposta dentro de um furo de poço, a ferramenta compreendendo um transmissor que compreende uma bobina que tem N espiras enroladas coaxialmente ao redor de um mandril metálico longo e um receptor que compreende uma bobina que tem um laço de

5 recepção de uma espira enrolado coaxialmente ao redor do mandril; em que o transmissor está adaptado para prover uma corrente I de uma frequência predeterminada f a uma intensidade máxima em uma zona próxima de furo de poço; e em que o receptor está disposto a uma distância L do transmissor e adaptado para receber um sinal do transmissor;

10 gerar a intensidade máxima da corrente I dentro da zona próxima de furo de poço;

receber o sinal da zona próxima de furo de poço com o receptor; e analisar o sinal para determinar as propriedades das formações. 15
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que analisar provê uma determinação de pelo menos uma de uma capacidade de filtração para um reservatório local, uma permeabilidade, uma pressão capilar, e uma permeabilidade relativa das formações circundantes.
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo 20 fato de que gerar compreende gerar a intensidade máxima em uma parte predeterminada da zona próxima de furo de poço.
10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que ainda compreende gerar a intensidade máxima em uma pluralidade de localizações predeterminadas para prover a determinação das

25 propriedades em cada uma das localizações.
11. Meio legível por computador que compreende instruções para determinar as propriedades de formações em uma zona próxima de furo de poço por meio da implementação do método como definido na reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as instruções compreendem:

30 aplicar um sinal a uma ferramenta disposta dentro de um furo de poço, a ferramenta compreendendo um transmissor que compreende uma bobina que tem N espiras enroladas coaxialmente ao redor de um mandril

Petição 870180032559, de 20/04/2018, pág. 6/12 metálico longo e um receptor que compreende uma bobina que tem um laço de recepção de uma espira enrolado coaxialmente ao redor do mandril; em que o transmissor está adaptado para prover uma corrente I de uma frequência predeterminada f a uma intensidade máxima em uma zona próxima

5 de furo de poço; e em que o receptor está disposto a uma distância L do transmissor e adaptado para receber um sinal do transmissor;

gerar a intensidade máxima da corrente / no interior da zona próxima de furo de poço;

receber o sinal da zona próxima de furo de poço com o receptor;

10 e analisar o sinal para determinar as propriedades das formações.
12. Meio legível por computador de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que analisar provê uma determinação de pelo menos uma de uma capacidade de filtração para um reservatório local,

15 uma permeabilidade, uma pressão capilar, e uma permeabilidade relativa das formações circundantes.
13. Meio legível por computador de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que gerar compreende gerar a intensidade máxima em uma parte predeterminada da zona próxima de furo de poço.

20 14. Meio legível por computador de acordo com a reivindicação

11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende gerar a intensidade máxima em uma pluralidade de localizações predeterminadas para prover a determinação das propriedades em cada uma das localizações.

Petição 870180032559, de 20/04/2018, pág. 7/12

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