BRPI0719574A2 - Método, aparelho, sistema e memória legível por computador - Google Patents

Description

“MÉTODO, APARELHO, SISTEMA E MEMÓRIA LEGÍVEL POR COMPUTADOR”

Campo Técnico

Vários modos de realização aqui descritos se referem a determinar características de formações geológicas, incluindo densidade e porosidade.

Fundamentos da Invenção

Os fluidos (por exemplo, óleo, água, gás) podem existir em uma variedade de materiais, incluindo formações geológicas. Estes fluidos são recuperados, frequentemente, através de poços, ou uma perfuração cortando a formação. Durante operações de exploração e de recuperação, é, conseqüentemente, útil determinar as características da formação na qual os fluidos residem.

Medidas de raios gama podem ser usadas para determinar certas características da formação, tais como, a densidade da formação, a porosidade de nêutron, e o fator fotoelétrico. O conhecimento destas características pode ajudar geólogos a decidir que tipo de rocha compõe a formação (por exemplo, pedra calcária, arenito). Para fazer tais determinações, uma fonte de nêutrons que se propagam na, e, reagem com a formação para produzir raios gama pode ser usada. Embora prontamente disponíveis, fontes químicas (por exemplo, de radioisótopo) de nêutrons representam um perigo de segurança potencial e complicações logísticas associadas.

Além de encontrar uma fonte que seja segura e eficaz, outras dificuldades existem ao se tentar determinar características da formação. Por exemplo, alguns métodos dependem do conhecimento exato da produção do gerador de nêutrons e/ou calibração para dados de registro de furo aberto da calibração. Outros métodos que operam para remover a sensibilidade à produção absoluta de nêutrons não levam em consideração tanto os efeitos de transporte de nêutron e gama ao medir o fluxo de gama no detetor. Outros métodos ainda não fazem provisão para muitas variáveis que afetam medições, incluindo o afastamento e variações nas propriedades da lama.

Descrição Resumida dos Desenhos A fig. 1 é uma vista lateral recortada de uma ferramenta de registro de furo aberto com uma unidade de detetor de densidade de pulso de nêutron de acordo com vários modos de realização da invenção;

A fig., 2A é um gráfico ilustrando taxa de contagem de nêutron ao longo do tempo de acordo com vários modos de realização da invenção;

A fig. 2B é um gráfico ilustrando espectros de energia de acordo com vários modos de realização da invenção,

A fig. 3 é um bloco-diagrama de um instrumento de acordo com vários modos de realização da invenção;

As figs. 4A e 4B são blocos-diagrama de instrumentos e sistemas de acordo com vários modos de realização da invenção;

A fig. 6 é um bloco-diagrama de um artigo de acordo com vários modos de realização da invenção.

Descrição Detalhada Em alguns modos de realização da invenção, os desafios descritos acima podem ser resolvidos pelo uso de uma fonte não-química (por exemplo, um acelerador de nêutrons) como uma base para determinar várias características da formação. Se os efeitos de transporte de nêutron e gama forem considerados, e medições sensíveis a um número de incógnitas selecionadas forem feitas, muitas características da formação (por exemplo, densidade e porosidade) podem ser determinadas independentemente da taxa de geração de nêutron com melhor precisão do que é correntemente disponível com fontes não-químicas.

Ao empregar técnicas de nêutrons pulsados para medir densidade de formação, deve ser reparado que o fluxo de gama detectado é o produto de dois processos nucleares: transporte de nêutron e gama. Transporte de nêutron envolve dispersão elástica e não-elástica que desacelera nêutrons até o momento em que os nêutrons sejam finalmente absorvidos por algum 5 elemento e desapareçam. Transporte de nêutron é afetado pelo teor de hidrogênio da rocha (ou seja, a porosidade), o tipo de rocha, e densidade da rocha, bem como, outras propriedades. Dispersão inelástica e o evento de absorção final de nêutron produzem raios gama com uma larga faixa de energia. Alguns desses raios gama se propagam em direção aos detectores de 10 raios gama, quando o transporte for governado pelas propriedades de dispersão de gama da formação (ou seja, a densidade bruta e o número atômico efetivo).

A fig. 1 é uma vista lateral recortada de uma ferramenta de registro de furo aberto 75 com uma unidade detectora de densidade de pulso 15 de neutro 80 de acordo com vários modos de realização da invenção. A fonte 84 pode compreender um gerador de nêutron, como um gerador de neutro pulsado, e a unidade 80 pode compreender uma pluralidade de detectores de raios gama 86. Nêutrons provenientes da fonte 854 se deslocam através do furo perfurado 90 e formação 94, gerando raios gama 87, 88 no processo.

Alguns dos raios gama se dispersam 87 (ou seja, raios gama

gerados pela dispersão de nêutrons inelástica de volta para os detectores 86 na ferramenta 75. Alguns dos raios gama 88 são gerados a partir de nêutrons capturados.

O número de raios gama 87, 88 que atingem os detectores 86 25 depende de muitos fatores, um dos quais é a densidade da formação 94. Detectores de raios gama 86 medem a energia de cada raio gama87, 88 e o momento de sua detecção. Medições de afastamento e com compasso de calibre também podem ser feitas, como parte de, ou, separadamente do funcionamento de ferramenta 75. A informação resultante é usada para determinar a densidade da formação 94. A porosidade e fator fotoelétrico (PE) da formação 94 também podem ser determinadas.

O gerador de nêutron 84, que é bem-conhecido por alguém experiente na técnica, pode compreender um tubo fino relativamente longo no 5 qual íons de deutério e trítio (isótopos de hidrogênio) são acelerados em um campo elétrico e focados de modo a colidir com um alvo que também contém deutériO e trítio. Quando átomos de deutério e trítio colidem, eles produzem nêutrons com uma energia de cerca de 14,lMeV.

Nêutrons criados pelo gerador 84 se propagam em todas as direções e interagem com a matéria que encontram. Isto produz raios gama 87, 88 através de dois mecanismos diferentes. Na dispersão elástica, um nêutron é dispersado de um núcleo sem alterar a estrutura dos núcleons no núcleo. Nenhum raio gama é reproduzido, mas o nêutron perde energia. Na dispersão inelástica, um nêutron é dispersado de um núcleo e perturba a estrutura do núcleo, deixando-o em uma configuração de energia mais elevada. Entretanto, o núcleo não pode permanecer nesta configuração por muito tempo, e quando reverte a seu estado original, um ou mais raios gama, chamados de raios gama inelásticos 87 são emitidos. Esta interação reduz significativamente a energia do nêutron. O neutro eventualmente atinge uma energia na qual ele fica em equilíbrio com a temperatura circundante como resultado destas interações elásticas e inelásticas. A esta energia, ele é rebatido ao redor do ambiente até ser capturado por um núcleo em um processo chamado de captura de nêutron, convertendo o núcleo em um novo isótopo. Em geral, esta reação não deixa o novo isótopo em sua configuração de mais baixa energia, emitindo também raios gama 88 no processo. Estes raios gama são chamados de raios gama de captura 88.

Dispersão inelástica ocorre quando nêutrons tem uma energia relativamente elevada, de modo que estas reações ocorrem dentro de poucos micro-segundos após geração dos nêutrons, antes de ter perdido muita energia. Como contraste, a captura de nêutron ocorre quando os nêutrons estão a uma energia muito baixa, possivelmente em tomo de 1.000 micro- segundos após o nêutron ter sido gerado. Uma vez que raios gama 87, 88 gerados por estas reações contem informação diferente sobre o ambiente circundante, é útil diferenciar entre os dois tipos de raios gama. Para esta finalidade, o gerador 84 é, tipicamente, operado com um gerador pulsado pelo seu ligamento e desligamento de modo cíclico. Desse modo, ele fica ligado, tipicamente, por um período curto, chamado de rajada de nêutrons, e desligado por centenas ou milhares de micro-segundos.

Detectores de raios gama 86 podem compreender cristais cintilantes acoplados a fotomultiplicadores. Raios gama 87, 88 dispersam elétrons nos cristais, que, por sua vez, geram luz. Parte da luz atinge o fotomultiplicador, que converte a energia em um sinal eletrônico. A manipulação apropriada deste sinal, de uma maneira bem-conhecida por alguém experiente na técnica, provê um pulso eletrônico, cuja amplitude é proporcional à energia depositada no cristal. Vários tipos de cristais podem ser usados, incluindo, mas não de modo limitativo, iodeto de sódio, germinado de bismuto, iodeto de césio, orto-silicato de gadolínio, e brometo de lantânio.

O desenho da ferramenta 75 pode localizar materiais com número atônico baixo entre um ou mais detectores 86 e a frente 98 da ferramenta 75 para facilitar que raios gama atinjam o detetor 86. Isto pode melhorar a sensibilidade ao fator fotoelétrico Pe da formação 94.

Sob condições ideais, a produção de nêutrons de um gerador de nêutron pulsado 84 é grosseiramente constante, mas pode varias por 50% e mais durante operações de registro, devido às flutuações de temperatura. Devido a um conhecimento medido e/ou preciso da produção de nêutron do gerador não ser normalmente disponível, foram desenvolvidas técnicas para fazer várias medições independente da produção absoluta do gerador. Por exemplo, um mecanismo para gerenciar a variabilidade na produção do gerador é o emprego de relações de contagem em múltiplos detectores para reduzir a sensibilidade à produção absoluta de nêutron com respeito às quantidades, como porosidade e densidade estimadas da formação 94.

Naturalmente, em alguns modos de realização, nos quais a produção de neutro pode ser precisamente medida em base substancialmente contínua, alguns parâmetros de formação de interesse podem ser computados por um único detetor 86. Desse modo, a ferramenta 75 pode incluir um dispositivo 92 que mede a produção de nêutrons pelo gerador 84 em função do tempo. Este dispositivo 94 pode compreender um detetor de radiação ou algum outro medidor de produção de nêutrons, como um parâmetro operacional do gerador de nêutron (por exemplo, corrente alvo de gerador).

A ferramenta 75 pode incluir também um dispositivo 96 para medir o afastamento da ferramenta 75. Por exemplo, o dispositivo 96 compreender um transdutor ultra-sônico, ou uma extensão mecânica colocada em contato com a superfície do furo perfurado 90. Outros projetos. Bem- conhecidos por alguém experiente na técnica, também podem ser usados.

Em alguns modos de realização, o dispositivo de medição 96 é colocado, aproximadamente, a meio caminho entre a fonte 84 e o detetor mais afastado 86d, mas o tamanho relativamente grande de detectores 86c e 86d e o desejo de colocá-los tão próximos à fonte 84 quanto possível resulta, por vezes, na colocação do dispositivo 96 em outras localizações, conforme mostrado na fig. 1.

Em alguns casos, é útil ajustar as medições de afastamento para profundidade quando usando essas medições em outros cálculos. As medições de afastamento também podem ser ajustadas com base no calibre medido da perfuração 90, a fim de serem mais consistentes com o afastamento observado pelos próprios detectores 86. Esses ajustes podem ajudar a explicar a incapacidade da ferramenta 75 para ficar em contato constante com a superfície de perfuração 90 à medida que o diâmetro da perfuração 90 varia. As medições de calibre do diâmetro de perfuração também podem ser feitas usando dispositivos ultra-sônicos, mecânicos e outros dispositivos, como são bem conhecidos por aqueles experientes na técnica.

Em alguns modos de realização, os dados de medição de afastamento de perfuração podem ser adquiridos usando um transdutor giratório unitário (por exemplo, um transdutor de ultra-som de pulso-eco), bem conhecido por aqueles experientes na técnica. Isto é, enquanto o transdutor, montado próximo à face da ferramenta 75 é girado em uma direção azimutal ao redor da linha central da perfuração 90, energia ultra- sônica é transmitida e recebida pelo transdutor. O tempo entre lançar o sinal (por exemplo, o “IP” ou pulso inicial) e receber seu retomo, junto com a velocidade do som no meio de propagação, pode ser usado para determinar a distância de afastamento, como é bem conhecido por aqueles experientes na técnica.

Se a ferramenta 75 for perfeitamente centrada sobre a linha central de uma perfuração perfeitamente cilíndrica, a distância de afastamento mais o raio da ferramenta 75 dão o raio da perfuração 90 no ponto em que a medição é feita. Se os dados de afastamento (por exemplo, compreendendo medições de distância de afastamento) forem adquiridos por toda uma revolução completa da ferramenta 75, o contorno real da parede de perfuração 90 (que, provavelmente, não é perfeitamente cilíndrico) na elevação de transdutor pode ser obtido. Deve ser notado que, embora aqui sejam descritos transdutores de pulso-eco, pela simplicidade, um par de transdutores capta- passo (por exemplo, compreendendo transdutores de transmissão e recepção separados) também pode ser usado para a aquisição dos dados de afastamento.

Para reduzir a sensibilidade ao fluido na perfuração 90 e aumentar a sensibilidade à formação 94, a ferramenta 75 pode ser projetada para ser mais sensível aos raios gama 87, 88 vindo a partir de um lado (por exemplo, a frente 98 da ferramenta 75). Desse modo, em alguns modos de realização, a ferramenta 75 é centrada, de modo a empurrar a frente 98 da ferramenta 75 contra a parede da formação 94. Os detectores 86 podem ser focalizados em algum grau colocando-se a blindagem de alta densidade 99 entre e atrás dos detectores individuais 86.

A saída dos detectores 86 pode ser organizada pelo menos de dois modos. Por exemplo, os raios gama detectados dentro das várias janelas de tempo podem ser classificados de acordo com a energia depositada no detector 86, que produz um espectro de energia para cada janela de tempo e detector 86. Em adição, o número total de contagens em pequenas janelas de tempo pode ser gravado como uma função de tempo, onde o tempo é a diferença entre o início da rajada de nêutrons e o intervalo de tempo da janela. Esses espectros de tempo podem ser selecionados para transpor um intervalo de algumas centenas de micro-segundos até o momento do evento de rajada de nêutrons seguinte.

A fig. 2A é um gráfico 202 ilustrando a taxa de contagem de nêutrons no tempo de acordo com vários modos de realização da invenção. Aqui, são mostradas as medições com base no tempo a partir dos dois detectores (86c = “intermediário” e 86d = “mais afastado”). “Intermediário (ou Afastado) oilbh” significa uma formação saturada de água doce com petróleo na perfuração. “Intermediário (ou Afastado) oil-200kbh” significa uma formação saturada de petróleo com 200k ppm de água salgada na perfuração. “Intermediário(ou Afastado) 200kbh” significa uma formação saturada de água doce com 200k ppm de água salgada na perfuração.

Nesse caso, o gerador de nêutrons foi ligado por 80 micro- segundos e, então, desligado por 1250 micro-segundos. Durante o período de tempo de 80 micro-segundos Tl da rajada de nêutrons, a taxa de contagem aumenta com o tempo. Entretanto, uma vez que o gerador seja desligado durante o período de tempo T2, o número de raios gama detectados diminui rapidamente com o tempo. Portanto, é útil dividir cada ciclo de evento de rajada de nêutrons em três intervalos diferentes: o período de tempo Tl, durante o qual a fonte é ligada, um período de tempo T2 relativamente curto, 5 durante o qual a fonte é desligada e são feitas medições a partir dos detectores, e um período de tempo T3 relativamente longo, durante o qual a fonte é desligada, e medições adicionais são feitas. O espectro de energia pode ser gravado para todos os três intervalos. Outras quantidades de intervalos, e divisões de intervalos diferentes também podem ser usadas.

Visto que ocorre dispersão inelástica dentro de alguns micro-

segundos a partir do momento em que um nêutron é criado no gerador, os raios gama medidos durante o período de tempo Tl englobarão a maioria dos raios gama inelásticos que são detectados. Alguns raios gama de captura serão igualmente incluídos. Para obter o relativo isolamento do espectro de energia devido aos nêutrons inelásticos, uma porção do espectro a partir de um período recente, como o período de tempo T2, pode ser subtraída a partir daquela do período de tempo Tl. O espectro obtido durante o período de tempo T2 pode ser escalonado antes da subtração, de modo a remover a sensibilidade aos raios gama de captura. O fator de escalonamento pode ser determinado usando modelagem ou medições de laboratório. Visto que a razão de inelasticidade para capturar raios gama é muito menor durante o período de tempo T2 que durante o período de tempo Tl, a subtração provê um espectro resultante que pode ser referido como “espectro inelástico”. Em alguns modos de realização, o espectro inelástico transpõe uma faixa de energia de cerca de 50keV a cerca de IOMeV.

As taxas de contagem são um resultado de ambos os tipos de interações de nêutron, bem como de isótopos naturalmente radioativos na formação. Quando tratando com as baixas taxas de contagem associadas aos dados coletados durante o período de tempo T3, é útil, portanto, remover a componente de radiação natural dos dados adquiridos. Isso pode ser conseguido desligando-se periodicamente o gerador por longos períodos de tempo e medindo-se a taxa de contagem na última parte desse intervalo, onde os raios gama inelásticos e de captura são virtualmente inexistentes. As taxas de contagem resultantes podem, então, ser tomadas como originando-se da radiação natural. A taxa de radiação é, então, subtraída do espectro de tempo quando o gerador está ativo para se obter um espectro corrigido. Como é bem conhecido por aqueles experientes na técnica, o espectro corrigido pode ser usado para computar seções transversais de captura de nêutron da formação e da perfuração.

Em um esforço para determinar as características de formação usando medições de raio gama ajustadas, o leitor é direcionado de volta para a fig. 1 e para a Tabela I abaixo, que lista uma série de variáveis que afetam o número de raios gama alcançando os detectores 86. Quatro das variáveis são as propriedades da formação 94, quatro são as propriedades de fluido da perfuração 90, duas estão relacionadas à geometria da perfuração 90, e uma é uma variável de gerador 84. Se forem feitas medições que são sensíveis às propriedades representadas por essas variáveis, usando dois ou mais detectores 86, muitas características de formação podem ser determinadas, incluindo, densidade, porosidade, e fator foto-elétrico Pe. Embora a porosidade não seja uma das variáveis na Tabela I, ela pode ser computada a partir do comprimento de desaceleração de formação Ls.

Para começar a determinar as características da formação 94, então, devem ser feitas medições independentes ou variáveis independentes. Embora mais detectores 86 possam produzir mais informação, há um compromisso entre informação e despesa. Desse modo, mitos modos de realização fazem uso de quatro detectores de raio gama 86 e de um dispositivo de medição de afastamento 96, como mostrado na fig. I. As medições de diâmetro (por exemplo, o calibre) de perfuração também podem ser usadas. Tabela I Símbolo Variável Pb Densidade de volume de formação (g/cc) Pe Fator foto-elétrico de formação (bams/e') Ls Comprimento de desaceleração de nêutron da formação (cm) Σόη dh Tamanho da perfuração (diâmetro em cm) SO Afastamento, a distância entre a frente da ferramenta e a parede de formação, onde a frente de ferramenta é definida como o lado em que os detectores ficam mais próximos ao diâmetro externo da ferramenta (cm) Pm Densidade de lama (g/cc) Pem Fator foto-elétrico de lama (bams/e') Ls,m Comprimento de desaceleração de nêutron da lama (cm) Im Seção transversal de captura de nêutron da lama (cu = IO-3Cm"1) N Número de nêutrons gerados por segundo (inteiro/segundo) Se for assumido que as taxas de contagem são proporcionais

ao número de nêutrons gerados por segundo (N), a razão de quaisquer duas taxas de contagem é independente da taxa de geração de nêutron. Portanto, a dependência da taxa de geração de nêutron N pode ser substancialmente eliminada usando-se essas razões. Se for usada esta abordagem, o número de incógnitas na Tabela I agora é de dez. Se pelo menos dez medições que tenham sensibilidades diferentes a essas incógnitas restantes puderem ser identificadas, então, os valores das incógnitas pode ser determinado.

Como mencionado anteriormente, o tamanho de perfuração (dh) pode ser medido diretamente usando um dos dispositivos de medição de calibre que são bem conhecidos por aqueles experientes na técnica. O afastamento (SO) pode ser medido diretamente com o dispositivo de medição de afastamento incorporado a ferramenta 96.

Visto que o fator foto-elétrico (Pe) afeta principalmente raios gama de baixa energia, a razão dos raios gama de baixa energia para os de alta energia medidos nos detectores 86a, 86c, e 86d deveria ser primariamente sensível à formação Pe, enquanto a ferramenta 75 mantiver bom contato com a formação 94, ou o peso de lama for baixo. Usar esse método tradicional de medir o fator foto-elétrico de formação Pe significa que, provavelmente, haverá pouca sensibilidade na determinação do fator foto-elétrico de formação Pe para a densidade de formação.

De modo semelhante, a razão dos raios gama de baixa energia para os de alta energia medidos no detector 86b produzirá o fator foto-elétrico 5 do fator foto-elétrico de lama Pem, com pouca sensibilidade na determinação do fator foto-elétrico de lama Pem para a densidade de lama pm.

O espectro de tempo a partir dos quatro detectores 86 pode ser usado para determinar as seções transversais de captura de lama (às vezes referida como perfuração) e formação £m, £fm de uma maneira que é bem 10 conhecida por aqueles experientes na técnica. A proximidade do detector 86b ao lado de perfuração da ferramenta 75 significa que esse detector pode ser usado para prover uma medida melhor da seção transversal de captura de lama £m.

Considerar agora o transporte dos raios gama inelásticos para 15 os detectores 86. A medida que os nêutrons se deslocam para fora do gerador 84, alguns se deslocam para frente para a formação 94 e alguns se deslocam para trás e lateralmente. Aqueles que se deslocam para frente passam através de qualquer lama que esteja entre a ferramenta 75 e a formação 94 (devido ao afastamento) antes de se moverem para a própria formação 94. A distância 20 que eles se deslocam antes de não poderem mais gerar raios gama 87 através de dispersão inelástica depende do comprimento de desaceleração da lama Lsm, do afastamento SO5 e do comprimento de desaceleração da formação Ls. Parte dos raios gama 87 gerados a partir da dispersão inelástica se dispersarão para os detectores 86. Em geral, os raios gama inelásticos terão de se deslocar 25 por uma distância curta aos detectores 86a e 86b, uma distância adicional ao detector 86c, e uma distância ainda adicional ao detector 86d. Essas distâncias são afetadas pelos comprimentos de desaceleração envolvidos. O número de raios gama que alcançam os detectores cai exponencialmente com o produto da distância viajada na formação 94 e a densidade de formação pb- Deslocando-se através da lama relacionada a afastamento entre a formação 94 e a ferramenta 75, os raios gama serão adicionalmente atenuados a uma taxa de acordo com o exponencial do produto da densidade de lama pm e a distância viajada na lama.

5 Se os nêutrons que se deslocaram para frente para a formação

94 forem os únicos envolvidos, então, a razão entre os detectores 86a e 86c ou 86d poderá remover a maior parte da sensibilidade ao comprimento de desaceleração Ls. Entretanto, também há nêutrons que se deslocam para trás e lateralmente a partir do gerador 84. A distância que eles viajam na lama 10 depende do diâmetro de perfuração dh. Esses nêutrons, geralmente, desacelerarão mais rápido, porque eles se deslocam através de mais lama, que, tipicamente, tem uma concentração maior de hidrogênio que a formação 94. O transporte dos raios gama inelásticos gerados a partir desses nêutrons será, portanto, fortemente influenciado pela densidade de lama pm, pelo fator foto- 15 elétrico de lama Pem, bem como pelo diâmetro de perfuração dh. Eles tenderão a entrar nos detectores 86 a partir de trás e das laterais dos detectores 86, mas a blindagem ao redor dos detectores 86 pode atenuar suas quantidades. Desse modo, as razões inelásticas terão uma forte dependência da densidade de formação pb, e uma dependência mais fraca dos 20 comprimentos de desaceleração da formação e lama Ls, Lsm, do afastamento SO, do diâmetro de perfuração dh, da densidade de lama pm, e do fator foto- elétrico de lama Pem.

O leitor agora é convidado a considerar as razões das taxas de contagem inelásticas no detector 86a para as taxas de contagem medidas nos detectores 86c e 86d. Essas taxas de contagem podem ser obtidas a partir da soma da curva de decaimento (as contagens como uma função do tempo) no intervalo de tempo inelástico (Tl).

A medida que os raios gama 87, 88 se deslocam através da formação 94 e de qualquer vão de afastamento na rota para os detectores 86, a razão do comprimento de caminho no vão para aquele na formação 94 será diferente para os raios gama que se deslocam para o detector 86c daquela para aqueles que se deslocam para o detector 86d. Consequentemente, as razões inelásticas dos dois conjuntos de raios gama terão dependências diferentes da densidade de lama pm e do fator foto-elétrico de lama Pem. Visto que o afastamento é determinado independentemente (por exemplo, via dispositivo 96), e a razão de Pe do detector 86b é fortemente dependente do fator foto- elétrico de lama Pem, essas diferenças podem ser usadas para determinar a densidade de lama pm.

A fig. 2B é um gráfico 204 ilustrando o espectro de energia de acordo com vários modos de realização da invenção. O eixo vertical é o das contagens normalizadas por segundo (CTS) e o eixo horizontal é a energia gama (em keV). As duas curvas são o espectro inelástico a partir do intervalo Tl e o espectro de captura a partir do intervalo T3 para uma formação calcária. Pode ser vantajoso, portanto, dividir os espectros em duas faixas de energia diferentes, e obter duas razões para cada detetor, visto que essas razões terão sensibilidades diferentes para a densidade de lama pm e para o fator foto-elétrico de lama Pe.

Considerar agora as razões das taxas de contagem para o detector lateral de formação mais próximo 86a para as taxas de contagem medidas nos detectores Intermediários e afastados 86c, 86d para a janela de captura do período de tempo T3 na fig. 2A. Essas taxas de contagem são determinadas adicionando-se as contagens na curva de decaimento nesse período de tempo. A região a partir da qual os nêutrons podem ser capturados é controlada pelo comprimento de desaceleração e pelo comprimento de difusão termal dos nêutrons na formação e na perfuração, geralmente englobando o detector 86a.

O comprimento de difusão termal para raios gama individuais depende da seção transversal de captura da lama na perfuração 90 e na formação 94. Desse modo, um número maior de raios gama 87 pode alcançar o detetor 86a sem passar através da maior parte da formação. Quanto maior o comprimento de difusão, maior se toma a região a partir da qual os nêutrons podem ser capturados e mais próxima essa região fica do detector 86c. Isso 5 resulta em mais raios gama alcançando o detector 86c, o que faz a razão de captura entre o detector 86a e o detetor 86c diminuir à medida que o comprimento de difusão aumenta.

Visto que o comprimento de difusão diminui com a porosidade, isso significa que a razão de captura entre o detector 86a e o 10 detector 86c aumentará com a porosidade. A medida que a porosidade aumenta e o comprimento de difusão diminui, a quantidade da formação 94 que os raios gama 88 atravessam para alcançar o detector 86c aumenta. A atenuação de densidade diminui com a porosidade, o que tende a diminuir a razão de captura. Isto é, a inclinação da razão de captura diminui em altas 15 porosidades.

Em resumo, a razão de captura é fortemente dependente do comprimento de desaceleração Ls e st de captura Zfm da formação 94. Entretanto, há ainda alguma sensibilidade à distância de afastamento SO, densidade de formação ph, comprimento de desaceleração da lama Ls m, seção 20 transversal de captura da lama Zm, diâmetro do furo de perfuração dh, densidade de lama pm, e o fator fotoelétrico de lama Pem. Pode ser inferido que a razão de captura do detetor 86d terá maior sensibilidade à densidade do que o detetor 86c, devido à captura de raios gama passar mais através da formação 94 para alcançar o detetor 86d do que a distância atravessada para 25 alcançar o detetor 86c.

Nenhuma das descrições descritas acima tem uma particularmente forte dependência exclusiva do comprimento de desaceleração da lama Lsm. Entretanto, o valor desta variável pode ser computada a partir do peso da lama e do tipo de lama sendo usada, normalmente conhecidos. Os valores de densidade da lama pm e do fator fotoelétrico Pe, uma vez determinados, também podem ser usados para afinar o valor determinado para o comprimento de desaceleração da lama Ls m de um modo iterativo.

5 Neste ponto, informação independente suficiente existe para

computar as incógnitas listadas na Tabela 1, exceto para a resistência do gerador, ou números e neutros gerados por segundo N. Entretanto, se as computações forem feitas como suficientemente independentes deste valor, a densidade de formação pb e o fator fotoelétrico de formação Pe podem, então, ser calculados.

A porosidade pode ser obtida a partir do comprimento de desaceleração da formação Ls, caso a litologia, salinidade da formação, temperatura e pressão forem conhecidas. Estes parâmetros são entradas normais em registros de porosidade de nêutron, e podem ser especificados 15 pelo operador de modo normal. A solução destas incógnitas será discutida abaixo com maior detalhe.

Para executar os mecanismos descritos para a determinação de características de formação, uma variedade de instrumentos, sistemas e métodos pode, assim ser usada. Por exemplo, a fig. 3 é um bloco-diagrama de 20 um instrumento 100 de acordo com vários modos de realização da invenção. O instrumento 100 (que pode incluir qualquer um ou todos dos componentes da ferramenta 75 mostrada na fig. 1) pode, portanto, compreender uma fonte excitada por aceleração 84 para irradiar comutavelmente uma porção de uma formação geológica 94 com nêutrons em uma rajada de nêutrons. O 25 instrumento 100 pode incluir ainda circuitos de lógica de aquisição 110 e um ou mais detectores 86 para medir (por exemplo, em função do tempo) um fluxo de raios gama, onde pelo menos uma porção de raios gama é gerada pelos nêutrons providos pela fonte 84. O fluxo medido pode ser armazenado como dados 112 em uma memória 124. O instrumento 100 pode incluir ainda circuitos de lógica de processamento 116 para determinar uma ou mais de porosidade de formação, a densidade pb, e/ou o fator fotoelétrico Pe da formação 94 com base no fluxo medido. Os circuitos de lógica de processamento 116 podem ser incluídos em uma ferramenta de interior de furo 75, ou acima do terreno, por exemplo, como parte de uma estação de trabalho computacional acima do terreno, como um computador 136, localizado possivelmente em uma instalação de execução de registro, ou em ambas. Resultados da atividade de aquisição de dados (ou seja, dados 112) ou processamento de dados pelos circuitos de lógica de processamento 116 podem ser exibidos em um mostrador 132 acoplado ao computador 136. Ou seja, os resultados de qualquer cálculo ou determinação aqui descritos podem ser exibidos no mostrador 132.

Em alguns modos de realização, o instrumento 100 inclui um ou mais sensores (por exemplo, sensores de ultra-som) em um di 82 que pode receber sinais 130 (por exemplo, sinais ultra-sônicos de pulso-eco, possivelmente usados para determinar a distância de afastamento SO. Ou seja, um ou mais transdutores pode ser acoplado aos circuitos de lógica de aquisição 110 para prover medições de dados de afastamento de furo de perfuração (por exemplo, medições das quais a distância SO pode ser derivada) associadas ao furo de perfuração 90 na formação geológica 94.

O instrumento 100 pode incluir circuitos de controle de fonte 126 para acoplamento aos circuitos de lógica de aquisição IlOe para habilitar comutavelmente a fonte excitada por aceleração 84.

Componentes adicionais podem formar uma parte do instrumento 100. Por exemplo, o instrumento 10 pode incluir circuitos de sincronismo 134 para acoplamento aos circuitos de lógica de aquisição e para definir uma pluralidade de períodos de tempo relacionados à função tempo sobre a qual o fluxo é medido pelos detectores 86. O instrumento 10 pode incluir ainda circuitos de lógica 140 para classificar uma pluralidade de fluxos de raios gama medidos para uma pluralidade de compartimentos de energia adjudicados às janelas de tempo.

Em alguns modos de realização, o aparelho 100 inclui uma rede neural 144 para receber dados de seção transversal da captura de nêutron como dados de entrada, e para gerar a porosidade de nêutron ou a densidade como dados de saída. Isto pode ocorrer, por exemplo, quando a rede neural foi treinada para processar estes dados em um laboratório, ou no campo, e a rede treinada é, então, utilizada para processar o mesmo tipo de dados juntamente com a atividade de aquisição de dados conduzida pelo aparelho 100. Alternativamente, isto pode ser implementado no computador de superfície 136.

O aparelho 100 também pode incluir uma ou mais memórias de registro 124. Se a porosidade de nêutron, a densidade pb e/o fator fotoelétrico Pe da formação 94 são determinados abaixo da superfície, estes dados podem ser armazenados em uma memória de registro 124 como dados 112 abaixo da superfície, ou comunicados à, e, armazenados em uma memória de registro 124, acima da superfície, via transmissor 128.

As FIGS. 4A e 4B são diagramas de bloco do aparelho 200 e dos sistemas 264 de acordo com vários modos de realização da invenção. O aparelho 200, que pode ser similar ou idêntico ao aparelho 100 descrito acima e mostrado na FIG. 3, pode compreender porções de um corpo de ferramenta 270 como parte de uma operação de registro wireline, ou de uma ferramenta de interior de furo 224 (similar ou idêntica à ferramenta 75 da FIG. 1) como parte de uma operação de perfuração de interior de furo. Um sistema 264 pode compreender mais de um do aparelho 200.

A FIG. 4A mostra um poço durante operações de registro wireline. Uma plataforma de perfuração 286 pode ser equipada com uma torre de perfuração 288 que suporta um guincho 290. As operações de perfuração de poço de óleo e gás são realizadas, geralmente, usando-se uma coluna de tubos de perfuração mutuamente conectados de modo a formar uma coluna de perfuração que é descida através de uma mesa rotativa 210 em um furo de poço, ou perfuração 212.

Aqui é assumido que a coluna de perfuração foi removida 5 temporariamente da perfuração 212 para permitir que um corpo de ferramenta 270 (por exemplo, uma ferramenta de registro wireline), como uma sonda de teste, seja descida pelo wireline, ou cabo de registro 274, na perfuração 212. Tipicamente, o corpo de ferramenta 270 é descido até o fundo da região de interesse e subseqüentemente içado a uma velocidade substancialmente 10 constante. Durante a viagem ascendente, os aparelhos incluídos no corpo de ferramenta 270 (por exemplo, o aparelho 200) podem ser usados para executar medições nas formações subsuperficiais 214 adjacentes à perfuração 212 quando passam por elas, ou quando o corpo de ferramenta 270 permanece estacionário.

Os dados de medição (por exemplo, similar ou idêntico aos

dados 112, da FIG. 3) podem incluir dados da distância do afastamento e medições de fluxo que podem ser comunicadas a uma instalação de registro 292 para armazenamento, processamento, e análise. A instalação de registro 292 pode ser provida com equipamento eletrônico para vários tipos de 20 tratamento de sinais. Dados de registro similares podem ser recolhidos e analisados durante as operações de perfuração (por exemplo, durante registro em operações de perfuração (LWD)). Por exemplo, o corpo de ferramenta 270, neste caso, pode alojar um ou mais aparelhos 200, e a instalação de registro 292 pode incluir um ou mais computadores de superfície 254, 25 similares ou idênticos ao computador 136 descrito acima em relação à FIG. 3.

Voltando agora à FIG. 40, pode ser visto como um sistema 264 também pode formar uma porção de uma torre de perfuração 202 localizada em uma superfície 204 de um poço 206. A torre de perfuração 202 pode prover suporte para uma coluna de perfuração 208. A coluna de perfuração 208 pode ser operada para penetrar uma mesa rotativa 210 para perfurar uma perfuração 212 através de formações subsuperficiais 214. A coluna de perfuração 208 pode incluir um Kelly 216, tubulação de perfuração 218 e um conjunto de fundo de furo 220 localizado, talvez, na porção inferior da 5 tubulação de perfuração 218. A coluna de perfuração 208 pode incluir tubos de perfuração conectados e desconectados, bem como, tubulação bobinada conectada e desconectada, incluindo tubulação de perfuração segmentada, revestimento, e tubulação bobinada.

O conjunto de fundo de furo 220 pode incluir colares de 10 perfuração 222, uma ferramenta de interior de furo 224, e uma broca de perfuração 226. A broca de perfuração 226 pode ser operada para criar uma perfuração 212 penetrando a superfície 204 e as formações subsuperficiais 214. A ferramenta de interior de furo 224 pode compreender qualquer um dentre numerosos tipos diferentes de ferramentas incluindo ferramentas de 15 medição durante a perfuração (MWD), ferramentas LWD, e outras.

Durante operações de perfuração, a coluna de perfuração 208 (talvez incluindo a Kelly 216, a tubulação de perfuração 218, e o conjunto de fundo de furo 220) pode ser girada pela mesa rotativa 210. Além disso, ou alternativamente, o conjunto de fundo de furo 220 também pode ser girado 20 por um acionador de topo, ou motor (por exemplo, um motor da lama) localizado no interior do furo. Os colares de broca 222 podem ser usados para adicionar peso à broca de perfuração 226. Os colares de broca 222 também podem enrijecer o conjunto de fundo de furo 220 para permitir que o conjunto de fundo de furo 220 transfira o peso adicionado à broca de perfuração 226 e 25 ajudando, por sua vez, a broca de perfuração 226 a penetrar a superfície 204 e as formações subsuperficiais 214.

Durante as operações de perfuração, uma bomba de lama 232 pode bombear fluido de perfuração (conhecido às vezes por aqueles experientes na técnica como "lama de perfuração", ou simplesmente "lama") a partir de um tanque de lama 234 através de uma mangueira 236, para a tubulação de perfuração 218 e para baixo, até a broca de perfuração 226. O fluido de perfuração pode fluir para fora da broca de perfuração 226 e ser retomado à superfície 204 através de uma área anular 240 entre a tubulação 5 de perfuração 218 e os lados da perfuração 212. O fluido de perfuração pode, então, ser retomado ao tanque de lama 234, onde este fluido é filtrado. Em alguns modos de realização, o fluido de perfuração pode ser usado para refrigerar a broca de perfuração 226, bem como, para prover lubrificação para a broca de perfuração 226 durante as operações de perfuração. 10 Adicionalmente, o fluido de perfuração pode ser usado para remover detritos de perfuração da formação subsuperficial 214 criados pela operação da broca de perfuração 226.

Desse modo, em referência agora às FIGS. 1-3 e 4A-4B, é evidente que em alguns modos de realização, o sistema 264 pode incluir um 15 colar de broca 222, e/ou uma ferramenta de interior de furo 224, ou um corpo de ferramenta 270, ou uma sonda de teste instalada de modo substancialmente permanente (em um interior de poço), à qual um ou mais aparelhos 200 são acoplados. A ferramenta de interior de furo 224 pode compreender uma ferramenta LWD ou uma ferramenta MWD. O corpo de ferramenta 270 pode 20 compreender uma ferramenta de registro wireline, incluindo uma sonda de teste acoplada, por exemplo, a um cabo 274, como um wireline, ou cabo de registro. Desse modo, um wireline 274, ou uma coluna de perfuração 208, pode ser acoplado mecanicamente à ferramenta de interior de furo 224. A ferramenta de interior de furo 224 pode ser usada para, pelo menos 25 parcialmente, alojar uma fonte de aceleração excitada para irradiar comutavelmente uma porção da formação geológica 214 com nêutrons em uma rajada de nêutrons. O sistema 264 também pode incluir circuitos de lógica de aquisição, um ou mais detectores para medir o fluxo de raios gama, e o processamento dos circuitos de lógica, cada um deles operando como descrito anteriormente.

Então, em alguns modos de realização, um sistema 264 pode incluir um ou mais transdutores para se acoplar aos circuitos de lógica de aquisição e para prover dados do afastamento de perfuração associado à ferramenta de interior de furo, e uma perfuração na formação geológica. Alguns sistemas 264 podem incluir uma memória de registro 294 e um transmissor para enviar informação da porosidade de nêutron da formação, densidade, e fator fotoelétrico à memória de registro 294, que pode ser incluída em uma estação de registro 292. Um ou mais expositores 296 podem ser incluídos no sistema 264 como parte de um computador de superfície 254 para exibir qualquer tipo de dado adquirido e/ou característica calculada da formação/lama, incluindo a porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico. Em alguns modos de realização, os circuitos de lógica de aquisição e o processamento dos circuitos de lógica estão, cada um deles, incluídos na ferramenta de interior de furo 224.

As ferramentas de registro 75, 224; unidade do detector 80; fonte 84; detectores 86; dispositivo 92; dispositivo 96; aparelhos 100, 200; circuitos de lógica de aquisição 110; dados 112; processamento dos circuitos de lógica 116; memórias 124, 294; circuitos de controle 126; transmissor 128; 20 expositores 132, 296; circuitos de sincronização 134; computadores 136, 254; circuitos de lógica 140; rede neural 144; torre de perfuração202; coluna de perfuração 208; mesa rotativa 210; Kelly 216, tubulação de perfuração 218; conjunto de fundo de furo 220; colares de broca 222; broca de perfuração 226; bomba de lama 232; sistemas. 264; corpo de ferramenta 270; cabo de 25 registro 274; plataforma de perfuração 286; torre de perfuração 288; guincho 290; e instalação de registro 292 podem, todos, ser caracterizados aqui como "módulos". Estes módulos podem incluir circuitos de hardware, e/ou um processador, e/ou circuitos de memória, os módulos de programas de software e objetivos, e/ou firmware, e combinações destes, conforme desejado pelo arquiteto do aparelho 100, 200 e sistemas 264, e quando apropriados para implementações particulares de vários modos de realização. Por exemplo, em alguns modos de realização, estes módulos podem ser incluídos em um aparelho e/ou em uma unidade simuladora da operação do sistema, como um software da unidade simuladora do sinal elétrico, uma unidade simuladora do uso e distribuição de energia, uma unidade simuladora da dissipação de energia/calor, e/ou uma combinação de software e hardware usados para simular a operação dos vários modos de realização potenciais.

Igualmente deveria ser compreendido que o aparelho e sistemas dos vários modos de realização podem ser usados em aplicações diferentes de perfuração de furos de poço e operações de registro e, portanto, os vários modos de realização não devem ser limitados por isso. As ilustrações dos aparelhos 100, 200 e sistemas 264 são pretendidas para prover uma compreensão geral da estrutura de vários modos de realização, e não são pretendidas pra servir como uma descrição completa de todos os elementos e características dos aparelhos e dos sistemas que possam usar as estruturas aqui descritas.

As aplicações que podem incluir os novos aparelhos e sistemas dos vários modos de realização incluem circuitos eletrônicos usados em computadores de alta velocidade, circuitos de processamento de sinais e de comunicação, modems, módulos de processador, processadores embutidos, interruptores de dados, e módulos de aplicações específicas, incluindo módulos multicamadas, multi-chips. Estes aparelhos e sistemas podem adicionalmente ser incluídos como subcomponentes dentro de uma variedade de sistemas eletrônicos, como instrumentos de medição de processo, computadores pessoais, estações de trabalho, dispositivos médicos, e veículos, entre outros. Alguns modos de realização incluem diversos destes métodos.

A FIG. 5 é um fluxograma do método 511 de acordo com vários modos de realização da invenção. Há diversas maneiras pelas quais os dados de medição e outra informação (por exemplo, parâmetros de registro obtidos de um local de perfuração) podem ser combinados para determinar as incógnitas desejadas. Uma primeira técnica envolve escrever uma função relacionando as variáveis desejadas aos valores medidos usando-se 5 parâmetros livres e, em seguida, determinar os melhores valores para estes parâmetros usando-se uma análise de regressão baseada em uma quantidade substancial de medições de laboratório, ou de modelagem. Este método pode prover um meio relativamente rápido e fácil para se obter uma solução aproximada.

Uma segunda técnica é determinar o relacionamento funcional

entre cada medição e as muitas variáveis. Isto é feito adquirindo-se um grande número de pontos de dados, através de experimentação, ou cálculo. Ao registrar, ou ao perfurar, um conjunto de medidas pode ser adquirido a cada profundidade. Para cada conjunto de medidas, isto provê um conjunto de equações mais numerosas do que o número de incógnitas. O melhor conjunto de incógnitas pode, então, ser determinado. Por exemplo, cada incógnita pode ser estimada usando-se a primeira técnica descrita acima. Naturalmente, esta aproximação não seria usada normalmente para incógnitas que fossem medidas diretamente, ou computadas a partir de dados externos. As equações podem então ser transformadas em uma expansão de série de Taylor que é linear no conjunto de incógnitas. Depois disso, técnicas conhecidas daqueles experientes na técnica podem ser empregadas para se obter soluções aperfeiçoadas usando uma análise de mínimos quadrados. Se desejado, esta técnica pode ser iterada com as soluções obtidas para prover uma resposta mais precisa.

Uma terceira técnica envolve o uso de uma rede neural (como mencionado previamente) para computar as incógnitas. As redes neurais, que são bem conhecidas daqueles experientes na técnica, provêm um mecanismo para receber muitas medições como a entrada, com soluções para problemas complicados como saída, sem compreender os detalhes da solução. Como com as técnicas precedentes, o uso um grande conjunto de dados para treinar/calibrar o sistema é conveniente.

Ainda em modos de realização adicionais, detectores adicionais podem ser usados para prover medições de sensibilidade refinadas. Um monitor da saída de nêutron da fonte também poderia ser usado. Isto evitaria trabalhar com relações de captura e inelásticas, de modo que taxas de contagem de detectores individuais poderiam ser usadas diretamente. Por exemplo, esta implementação poderia permitir que o detector 86a fosse removido do aparelho mostrado na FIG. 1.

Assim, muitos modos de realização podem ser realizados. Por exemplo, um método 511 pode começar no bloco 521 com a irradiação de uma porção de uma formação geológica com nêutrons em uma rajada de nêutrons gerados por uma fonte eletrônica comutável. Esta fonte é capaz de produzir nêutrons sob controle eletrônico. Ou seja, a geração de nêutron pode ser iniciada e interrompida eletronicamente.

O método 511 pode continuar com a aquisição de dados no bloco 531. A aquisição pode ser realizada por entrada direta (por exemplo, transferindo-se parâmetros de registro conhecidos, como o peso da lama e o tipo de lama que está sendo usada), ou por medição. Desse modo, o método 511 pode incluir a medição em função do tempo, usando um ou vários detectores, um fluxo de raios gama, onde pelo menos uma porção dos raios gama é gerada pelos nêutrons no bloco 531. Esta medição particular é conhecida daqueles experientes na técnica como a obtenção do "espectro do

If

tempo de deterioração. Seções transversais da captura podem ser determinadas a partir destas medições.

O método 511 pode prosseguir para incluir a determinação de um ou mais dentre a porosidade de nêutron, densidade, e/ou fator fotoelétrico da formação geológica baseado no fluxo medido no bloco 541. Finalmente, o método 511 pode incluir registrar qualquer um dos dados adquiridos e/ou características determinadas da formação (por exemplo, porosidade de nêutron, densidade, e/ou fator fotoelétrico), talvez em uma memória, no bloco 551.

As atividades de medição no bloco 531 podem compreender medir o fluxo de raios gama em um intervalo de tempo coincidente com alguma porção da rajada de nêutrons (por exemplo, ver período de tempo Tl da FIG. 2). Medir também pode compreender medir uma taxa de contagem bruta dos raios gama que inclua todos os raios gama detectados com uma energia acima de um limiar mínimo. Estes raios gama podem ser gerados primariamente da dispersão inelástica dos nêutrons. A taxa de contagem bruta pode ser medida, ou um espectro de energia pode ser medido, e, então, taxas de contagem podem ser determinadas para várias escalas de energia.

Além disso, as atividades de medição no bloco 531 podem compreender medir um espectro de energia para determinar taxas de contagem dos raios gama para uma pluralidade de escalas de energia, bem como, medir o fluxo de raios gama em um intervalo de tempo após a fonte ser desligada (o leitor está referido ao período de tempo T3, da FIG. 2). Estes raios gama podem ser gerados primariamente a partir da captura de nêutron. Novamente, uma taxa de contagem bruta pode ser medida, ou um espectro de energia pode ser medido e usado para determinar taxas de contagem para várias escalas de energia.

As atividades de medição no bloco 531 também podem incluir medir o fluxo de raios gama para determinar uma medida de fundo do fluxo de raios gama em uma janela do tempo substancialmente livre da porção dos raios gama que estão sendo gerados pelos nêutrons. Em alguns casos, a maior parte deste fluxo medido compreende raios gama da captura.

Outras atividades de medição conduzidas no bloco 531 incluem medir uma distância do afastamento em uma perfuração na formação geológica usando pelo menos um dentre um sinal acústico ou um dispositivo mecânico. O diâmetro da perfuração na formação geológica pode ser medido com um dispositivo de compasso de calibre.

As atividades de determinação do bloco 541 podem, do mesmo modo, incluir muitos elementos. Por exemplo, estas atividades podem incluir a determinação de constantes de deterioração da formação e da perfuração baseadas no fluxo medido. Em particular, o fator fotoelétrico pode ser determinado a partir de um espectro de energia associado com o fluxo sobre o intervalo de tempo da medição. O fator fotoelétrico também pode ser determinado a partir de um espectro de energia associado com o fluxo medido e a taxa de contagem bruta sobre o intervalo do tempo. Em alguns modos de realização, o fator fotoelétrico é determinado usando-se o fluxo de fundo.

A determinação da porosidade de nêutron, densidade, e/ou fator de fotoelétrico da formação geológica no bloco 541, pode incluir determinar a taxa na qual os nêutrons são gerados. As relações do fluxo medido por diferentes detectores podem ser usadas para reduzir a dependência da taxa de irradiação de nêutron, usando-se pares de detectores, como mencionado previamente.

De acordo com as diferentes técnicas de solução, outros eventos podem ocorrer dentro das atividades de determinação do bloco 541. Por exemplo, usando-se a primeira técnica, a porosidade de nêutron, densidade, e/ou fator fotoelétrico podem ser computados a partir de uma função de uma pluralidade de fluxos medidos, incluindo o fluxo medido. Isto é mais geral do que computações usando relações, uma vez que uma função de relações também pode ser escrita como uma função nos fluxos. Esta técnica pode incluir adicionalmente determinar constantes de deterioração da formação geológica e a perfuração na formação geológica, bem como, determinar um ou mais dentre a porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico a partir de uma função de relações associadas com o fluxo medido e as constantes de deterioração. Os termos do coeficiente da função podem ser determinados por regressão, baseada, talvez, em medições de laboratório e modelagem matemática da resposta da ferramenta.

Usando-se a segunda técnica, as atividades no bloco 541 podem incluir determinar relacionamentos funcionais entre o fluxo e as constantes de deterioração medidas e variáveis associadas com a formação geológica e a perfuração. Estas variáveis incluem aquelas alistadas na Tabela 1: a densidade aparente da formação geológica, o fator fotoelétrico da formação geológica, o comprimento de desaceleração do nêutron da formação geológica, a secção transversal da captura de nêutron da formação geológico, o diâmetro da perfuração na formação geológica, a distância do afastamento da perfuração, a densidade da lama na perfuração, o fator fotoelétrico da lama, o comprimento de desaceleração do nêutron da lama, e a secção transversal da captura de nêutron da lama. O método 511 pode prosseguir para determinar as variáveis que provejam conformidade substancial entre o fluxo medido e as constantes de deterioração e os relacionamentos funcionais no bloco 541, bem como, determinar um ou mais dentre a porosidade de nêutron, densidade, e/ou fator fotoelétrico da formação, a partir das variáveis. Como notado previamente, esta atividade envolve resolver simultaneamente múltiplas equações e os relacionamentos funcionais podem ser determinados por medições de laboratório e cálculo.

Usando-se a terceira técnica, as atividades no bloco 541 podem incluir prover fluxo medido e constantes de deterioração como dados de entrada a uma rede neural. O método 511 pode, então, prosseguir para incluir gerar um ou mais dentre a porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico como uma saída da rede neural.

Deveria ser notado que os métodos aqui descritos não têm que ser executados na ordem descrita. Além disso, as várias atividades descritas em relação aos métodos aqui identificados podem ser executadas de modo iterativo, em série, em paralelo. A informação, incluindo parâmetros, comandos, operandos, e outros dados, pode ser enviada e recebida e, talvez, armazenada usando-se uma variedade de mídias, tangíveis e intangíveis, incluindo umas ou mais ondas portadoras.

Lendo e compreendendo o teor desta apresentação, alguém

experiente na técnica compreenderá a maneira pela qual um programa de software pode ser executado, a partir de uma mídia legível por computador, em um sistema baseado em computador, para executar as funções definidas no programa de software. Alguém experiente na técnica compreenderá adicionalmente que várias linguagens de programação podem ser empregadas para criar um ou mais programas de software projetado para implementar e executar os métodos aqui apresentados. Os programas podem ser estruturados em um formato orientado para o objetivo usando uma linguagem orientada para o objetivo, como Java ou C++. Alternativamente, os programas podem ser estruturados em um formato orientado para o procedimento usando uma linguagem procedural, como ASSEMBLY, FORTRAN, ou C. Os componentes de software podem se comunicar usando qualquer um dos numerosos mecanismos conhecidos daqueles experientes na técnica, como interfaces de programas de aplicação ou técnicas de comunicação interprocessos, incluindo chamadas de procedimento remoto. Os ensinamentos dos vários modos de realização não estão limitados a qualquer linguagem ou ambiente de programação particular. Desse modo, outros modos de realização podem ser realizados.

A FIG. 6 é um diagrama de bloco de um artigo 685 de acordo com vários modos de realização da invenção. O artigo 685 compreende um artigo de fabricação, como um computador, um sistema de memória, um disco magnético ou ótico, qualquer outro dispositivo de armazenamento, e/ou qualquer tipo de dispositivo ou sistema eletrônico. Por exemplo, o artigo 685 pode incluir um processador 687 acoplado a uma mídia legível por computador, como uma memória 689 (por exemplo, mídia de armazenamento removível e fixa, incluindo memória tangível tendo condutores elétricos, óticos, ou eletromagnéticos) tendo informação associada 691 (por exemplo, instruções e/ou dados do programa de computador) a qual, quando executada por um computador, faz com que o computador (por exemplo, o processador 487) execute um método incluindo ações como irradiar uma porção de uma formação geológica com nêutrons em uma rajada de nêutrons gerada por uma fonte eletrônica comutável, medir, com um ou mais detectores, um fluxo de raios gama, pelo menos uma porção dos raios gama sendo gerada pelos nêutrons em função tempo, e determinar pelo menos uma dentre uma porosidade de nêutron, uma densidade, e um fator fotoelétrico da formação geológica baseado no fluxo medido. De fato, qualquer uma das atividades descritas em relação aos vários métodos acima pode ser executada desse modo.

Desse modo, deveria ser notado que cada um dos vários modos de realização da invenção aqui descritos provê um resultado utilizável, concreto, e tangível. Os modos de realização apresentados são utilizáveis devido à, por exemplo, porosidade, densidade, e fator fotoelétrico de uma formação geológica poderem indicar diretamente como as operações de recuperação do petróleo poderiam ser fáceis ou difíceis. Esta indicação é específica, substancial, e digna de crédito. A porosidade da formação, densidade, e fator fotoelétrico são tangíveis porque transmitem o mundo real ao contrário do abstrato, a informação considerando a estrutura da formação envolvendo a perfuração no ponto onde as medições dos fluxos de raios gama são feitas. A porosidade e a densidade da formação também são concretas, uma vez que sua determinação é substancialmente repetível.

A implementação do aparelho, sistemas, e métodos dos vários modos de realização pode prover a capacidade de determinar características da formação com maior exatidão do que a conseguida previamente com uma fonte eletrônica comutável. Desse modo, características da formação, e seu efeito sobre operações de recuperação de petróleo, podem chegar com confiança maior em uma variedade de situações. Finalmente, uma fonte de nêutrons de produto não químico, combinada com a determinação de relações da captura e inelásticas usando múltiplos detectores de raios gama pode ser usada para determinar a densidade da formação, a porosidade de nêutron, e o fator fotoelétrico sem calibrar o sistema usando-se um registro existente.

Os desenhos de acompanhamento que fazem parte desta, mostram, com o objetivo de ilustração e não de limitação, modos de realização específicos pelos quais a invenção pode ser praticada. Os modos de realização ilustrados estão descritos em detalhe suficiente para permitir àqueles experientes na técnica praticar os ensinamentos aqui apresentados. Outros modos de realização podem ser utilizados e derivados dos mesmos, de modo que substituições e mudanças estruturais e lógicas podem ser feitas sem fugir do escopo desta apresentação. Esta descrição detalhada não deve, conseqüentemente, ser considerada em um sentido de limitação, e o escopo dos vários modos de realização é definido apenas pelas reivindicações anexas, juntamente com toda a gama de equivalentes às quais estas reivindicações têm direito.

Estes modos de realização da invenção podem ser aqui

referidos, individual e/ou coletivamente, pelo termo "invenção", meramente pela conveniência e sem pretender limitar voluntariamente o escopo deste pedido a qualquer invenção única, ou conceito de invenção, se mais de um, de fato, for apresentado. Desse modo, embora modos de realização específicos tenham sido aqui ilustrados e descritos, deveria ser apreciado que qualquer arranjo calculado para alcançar a mesma finalidade pode ser substituído pelos modos de realização específicos mostrados. Pretende-se que esta apresentação cubra todas e quaisquer adaptações ou variações dos vários modos de realização. Combinações dos modos de realização acima, e de outros modos de realização não descritos aqui especificamente, serão aparentes àqueles experientes na técnica examinando-se a descrição acima.

O Resumo da Apresentação é provido para cumprir com a 37 C.F.R. § 1.72 (b), que exige um resumo que permita ao leitor verificar rapidamente a natureza da apresentação técnica. Ele é submetido com a compreensão que não será usado para interpretar ou limitar o escopo ou significado das reivindicações. Além disso, na descrição detalhada antecedente, pode ser visto que várias características estão agrupadas em conjunto em um único modo de realização com a finalidade de simplificar a apresentação. Este método de apresentação não deve ser interpretado como refletindo uma intenção de que os modos de realização reivindicados exijam mais características do que as citadas expressamente em cada reivindicação. Além disso, como as reivindicações a seguir refletem, o assunto da invenção e é menor do que todas as características de um único modo de realização descrito. Desse modo, as reivindicações a seguir são aqui incorporadas na Descrição Detalhada, com cada reivindicação considerada, por si mesma, como um modo de realização separado

Claims (31)

1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: irradiar uma porção de uma formação geológica com nêutrons em uma rajada de nêutrons gerada por uma fonte eletrônica comutável; medir um decaimento de fluxo de raios gama em função do tempo, com um ou vários detectores, para prover um fluxo medido, pelo menos uma porção dos raios gama sendo gerada pelos nêutrons; e determinar pelo menos uma porosidade de nêutron, uma densidade, e um fator fotoelétrico da formação geológica baseado no fluxo medido.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a medição compreende: medir o fluxo de raios gama em um intervalo de tempo coincidente com alguma porção de rajada de nêutrons..

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a medição compreende: medir uma taxa bruta da contagem dos raios gama.

4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a medição compreende: medir um espectro de energia para determinar taxas da contagem dos raios gama para uma pluralidade de escalas da energia.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a medição compreende: medir o fluxo de raios gama em um intervalo de tempo após a fonte ser desligada.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a medição compreende: medir o fluxo de raios gama para determinar uma medição do fluxo de raios gama de fundo em uma janela de tempo substancialmente livre de uma porção dos raios gama gerados pelos nêutrons.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma maioria do fluxo medido compreende captura de raios gama

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação compreende: determinar constantes de deterioração da formação e da perfuração baseada no fluxo medido:

9. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o fator fotoelétrico é determinado a partir de um espectro de energia associado ao fluxo sobre o intervalo de tempo.

10. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o fator fotoelétrico é determinado a partir de um espectro de energia associado ao fluxo medido sobre o intervalo de tempo.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: medir uma distância de afastamento em uma perfuração na formação geológica usando pelo menos um de um sinal acústico ou um dispositivo mecânico.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: medir um diâmetro da perfuração na formação geológica com um dispositivo de compasso de calibre.

13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinar pelo menos um de porosidade de nêutron, a densidade, e o fator fotoelétrico compreende: determinar uma taxa na qual os nêutrons são gerados.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as relações do fluxo medido por detectores diferentes incluídos no um ou vários detectores são usadas para reduzir a dependência sobre a taxa de irradiação de nêutron.

15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos um de porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico é computado a partir de uma função de uma pluralidade de fluxos medidos, incluindo o fluxo medido:

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende: determinar constantes de deterioração da formação geológica e de uma perfuração na formação geológica; e determinar pelo menos um de porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico de uma função de relações associadas ao fluxo medido e às constantes de deterioração.

17. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os termos de coeficiente da função são determinados por regressão,

18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: determinar relacionamentos funcionais entre o fluxo e as constantes de deterioração medidos, e variáveis associadas à formação geológica e à perfuração, as variáveis incluindo uma densidade do grosso da formação geológica, um fator fotoelétrico da formação geológica, um comprimento de desaceleração de nêutron da formação geológica, a seção transversal da captura de nêutron da formação geológica, um diâmetro de uma perfuração na formação geológica, uma distância entre o afastamento e a perfuração, a densidade da lama na perfuração, um fator fotoelétrico da lama, um comprimento de desaceleração de nêutron da lama, e uma seção transversal da captura de nêutron da lama; determinar as variáveis que provêem acordo substancial entre o fluxo medido e as constantes de deterioração, e os relacionamentos funcionais; e determinar pelo menos um de porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico das variáveis.

19. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: prover o fluxo medido e as constantes de deterioração como dados de entrada, a uma rede neural; e gerar o pelo menos um de porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico como uma saída da rede neural.

20. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: registrar o pelo menos um de porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico.

21. Aparelho, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de aceleração excitada para irradiar comutavelmente uma porção de uma formação geológica com nêutrons em uma rajada de nêutrons; circuitos de lógica de aquisição e um ou vários detectores para medir um decaimento de fluxo de raios gama, em função do tempo, para prover um fluxo medido, pelo menos uma porção dos raios gama gerados pelos nêutrons; e processar circuitos de lógica para determinar pelo menos uma porosidade de nêutron, uma densidade, e um fator fotoelétrico da formação geológica com base no fluxo medido.

22. Aparelho de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende: circuitos do controle de fonte para acoplamento aos circuitos de lógica de aquisição e para habilitar comutavelmente a fonte de aceleração excitada.

23. Aparelho de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende: os circuitos do sincronismo para acoplamento aos circuitos de lógica de aquisição e para definir uma pluralidade de períodos de tempo relativos à função do tempo.

24. Aparelho de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende: os circuitos da lógica para classificar uma pluralidade de fluxos de raios gama medidos, incluindo o fluxo medido em uma pluralidade de escaninhos de energia atribuídos às janelas do tempo.

25. Aparelho de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende: uma rede neural para receber dados de seção transversal da captura de nêutron como dados de entrada, e para gerar a porosidade de nêutron ou a densidade como dados de saída.

26. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: uma ferramenta de interior de furo para abrigar pelo menos parcialmente uma fonte aceleração excitada para irradiar comutavelmente uma porção de uma formação geológica com nêutrons em uma rajada de neutros; circuitos lógicos de aquisição e um ou vários detectores para medir um decaimento de fluxo de raios gama para prover um fluxo medido, pelo menos uma porção dos raios gama sendo gerados pelos nêutrons em função do tempo; e circuitos lógicos de processamento para determinar pelo menos uma de uma porosidade de nêutron, densidade, e um fator fotoelétrico da formação geológica baseada no fluxo medido.

27. Sistema de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: um transdutor para acoplamento aos circuitos de lógica de aquisição e para prover os dados do afastamento da perfuração associados à ferramenta de interior de furo e a uma perfuração na formação geológica.

28. Sistema de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: uma memória de registro; e um transmissor para enviar o pelo menos um de porosidade de nêutron, densidade; e fator fotoelétrico à memória de registro.

29. Sistema de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: um expositor para exibir o pelo menos um de porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico.

30. Sistema de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que os circuitos de lógica de aquisição e os circuitos de lógica de processamento são, cada um, incluídos na ferramenta de interior de furo.

31. Memória legível por computador caracterizada pelo fato de que tem instruções armazenadas na mesma que, quando executadas por um computador, fazem com que o computador execute um método compreendendo: irradiar uma porção de uma formação geológica com nêutrons em uma rajada de nêutrons gerada por uma fonte eletrônica comutável; medir um decaimento de fluxo de raios gama com um ou vários detectores para prover um fluxo medido, pelo menos uma porção dos raios gama sendo gerados pelos nêutrons em função do tempo; e determinar pelo menos uma de porosidade de nêutron, densidade, e fator fotoelétrico da formação geológica baseada no fluxo medido.