BRPI0814235B1

BRPI0814235B1 - Método e sistema para comunicar sinal através de fluido dentro de furo de poço e meio legível por computador para uso com o sistema

Info

Publication number: BRPI0814235B1
Application number: BRPI0814235-1A
Authority: BR
Inventors: Ingolf Wassermann; Hanno Reckmann; Michael Neubert
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2019-02-12
Also published as: CA2693718A1; CA2693718C; GB2465698A; US20090016160A1; NO20100042L; WO2009012139A3; US9726010B2; GB2465698B; BRPI0814235A2; GB201000342D0; WO2009012139A2; NO342868B1

Abstract

método e sistema para comunicar sinal através de fluido dentro de furo de poço e meio legível por computador para uso com o sistema. a invenção refere-se a uma separação de sinais 5 de telemetria e de ruído em um sistema de telemetria por modelagem do sistema como um no qual duas fontes estão operando simultaneamente. implementações diretas e indiretas de filtros iir e fir são discutidas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E SISTEMA PARA COMUNICAR SINAL ATRAVÉS DE FLUIDO DENTRO DE FURO DE POÇO E MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR PARA USO COM O SISTEMA

Antecedentes da Descrição

1. Campo da Descrição

A presente descrição refere-se a sistemas de telemetria para comunicar as informações de uma localização de fundo de poço para uma localização de superfície e, mais especificamente, a um método para remover o ruído na localização de superfície produzido por fontes de superfície.

2. Descrição da Técnica Relativa

Os sistemas de telemetria de fluido de perfuração, geralmente referidos como sistemas de pulso de lama, estão especificamente adaptados para a telemetria de informações do fundo de um fundo de poço para a superfície da terra durante as operações de perfuração de poço de óleo. As informações telemetradas frequentemente incluem, mas não estão limitadas a, parâmetros de pressão, temperatura, direção e desvio do furo de poço. Outros parâmetros incluem os dados de perfilagem tais como a resistividade das várias camadas, a densidade sônica, a porosidade, a indução, o autopotencial e os gradientes de pressão. Estas informações são críticas para a eficiência na operação de perfuração.

A Telemetria de MWD é requerida para conectar os componentes de MWD de fundo de poço com os componentes de MWD de superfície em tempo real, e manipular a maioria das operações relativas à perfuração sem perda de passo. O sistema para suportar isto é bastante complexo, com ambos os componentes de fundo de poço e de superfície que operam em passo.

Em qualquer sistema de telemetria existe um transmissor e um receptor. Na Telemetria de MWD as tecnologias de transmissor e de receptor são frequentemente diferentes se as informações estão sendo em uplink ou em downlink. Em uplink, o transmissor é comumente referido como o Pulsador de Lama (ou mais simplesmente o Pulsador) e é uma ferramenta de MWD no BHA que pode gerar flutuações de pressão no fluxo de lama. O sistema de receptor de superfície consiste em sensores que medem as fluPetição 870180142742, de 19/10/2018, pág. 6/15 tuações de pressão e/ou as flutuações de pulso, e módulos de processamento de sinal que interpretam estas medições.

O downlink é conseguido ou periodicamente variando a taxa de fluxo da lama no sistema ou periodicamente variando a taxa de rotação da coluna de perfuração. No primeiro caso, a taxa de fluxo é controlada utilizando um atuador de derivação e um controlador, e o sinal é recebido no sistema de MWD de fundo de poço que utiliza um sensor que é afetado ou por fluxo ou por pressão. No segundo caso, a velocidade rotativa de superfície é controlada manualmente, e o sinal é recebido utilizando um sensor que é afetado.

Para a telemetria de uplink, um pulsador adequado está descrito na Patente U.S. Número 6.626.253 para Hahn et al., que tem o mesmo cessionário que o presente pedido e o conteúdo da qual está totalmente aqui incorporado por referência. Descrito em Hahn '253 está um sistema de válvula de cisalhamento oscilante antiobturação para gerar flutuações de pressão dentro de um fluido de perfuração que flui. O sistema inclui um estator estacionário e um rotor oscilante, ambos com passagens de fluxo axiais. O rotor oscila em estreita proximidade com o estator, pelo menos parcialmente bloqueando o fluxo através do estator e girando pulsos de pressão oscilantes. O rotor passa através de duas posições de velocidade zero durante cada ciclo, facilitando rápidas mudanças em fase de sinal, frequência, e/ou amplitude, facilitando uma codificação de dados melhorada.

A U.S. RE38.567 para Gruenhagen et al., que tem o mesmo cessionário que a presente e o conteúdo da qual está totalmente aqui incorporado por referência, e a Patente U.S. Número 5.113.379 para Scherbatskoy ensinam métodos de telemetria de downlink nos quais a taxa de fluxo é controlada utilizando um atuador de derivação e um controlador.

Os sistemas de perfuração (abaixo descritos) incluem bombas de lama para conduzir o fluido de perfuração para dentro da coluna de perfuração e do furo de poço. Ondas de pressão de bombas de lama de superfície produzem quantidades consideráveis de ruído. O ruído de bomba é o resultado do movimento dos pistões de bomba de lama. As ondas de pres são das bombas de lama se deslocam na direção oposta do sinal de telemetria de uplink. Os componentes das ondas de ruído das bombas de lama de superfície podem estar presentes na faixa de frequência utilizada para transmissão do sinal de telemetria de uplink e podem mesmo ter um nível mais alto do que o sinal de uplink recebido, tornando a detecção correta do sinal de uplink recebido muito difícil. Fontes de ruído adicionais incluem o motor de perfuração e a interação da broca de perfuração com a formação. Todos estes fatores degradam a qualidade do sinal de uplink recebido e tornam difícil recuperar as informações transmitidas.

Os sistemas da técnica anterior tentam encontrar uma solução com sucesso que eliminaria uma porção substancial ou todo o ruído de bomba de lama medido por transdutores na superfície e, fazendo isto, aperfeiçoam a recepção de sinais de telemetria transmitidos do fundo de poço. Alguns destes sistemas também tentam levar em conta as ondas refletidas que se deslocam de volta na direção da fonte das ondas originais. No entanto, nenhum provê um meio para reduzir substancialmente o ruído de bomba de lama enquanto também lidando com a distorção causada pelo canal de lama e ondas refletidas. A presente descrição resolve esta dificuldade com uma simples solução.

Sumário da Descrição

Uma modalidade da descrição é um método para comunicar um sinal através de um fluido dentro de um furo de poço entre uma primeira localização e uma segunda localização. O método inclui medir os sinais dentro do fluido em pelo menos duas posições espaçadas em resposta à operação simultânea de: (A) pelo menos uma fonte de ruído, e (B) uma fonte de mensagem, estimar dos sinais dentro do fluido nas pelo menos duas posições espaçadas pelo menos um subconjunto de uma matriz de separação; e utilizar a matriz de separação estimada e os sinais nas pelo menos duas localizações espaçadas para estimar um sinal enviado pela fonte de mensagem.

Outra modalidade é um sistema para comunicar um sinal através de um fluido dentro de um furo de poço entre um conjunto de fundo de poço (BHA) e uma localização de superfície. O sistema inclui uma fonte de men sagem no conjunto de fundo de poço (BHA) configurada para gerar um sinal de mensagem; sensores em pelo menos duas posições espaçadas configurados para medir os sinais em resposta à operação simultânea de uma fonte de ruído e a fonte de mensagem, e pelo menos um processador configurado para estimar dos sinais dentro do fluido nas pelo menos duas posições espaçadas pelo menos um subconjunto de uma matriz de separação; e utilizar a matriz de separação estimada e os sinais nas pelo menos duas localizações espaçadas para estimar um sinal de mensagem enviado pela fonte de mensagem.

Outra modalidade é um meio legível por computador para utilização com um sistema para comunicar um sinal através de um fluido dentro de um furo de poço entre um conjunto de fundo de poço (BHA) e uma localização de superfície. O sistema inclui uma fonte de mensagem no conjunto de fundo de poço (BHA) configurada para gerar um sinal de mensagem, e sensores em pelo menos duas posições espaçadas configurados para medir os sinais em resposta à operação simultânea de uma fonte de ruído e a fonte de mensagem. O meio inclui instruções que permitem pelo menos um processador estimar dos sinais dentro do fluido nas pelo menos duas posições espaçadas uma matriz de separação, e utilizar a matriz de separação e os sinais nas pelo menos duas localizações espaçadas para estimar o sinal de mensagem.

Breve Descrição dos Desenhos

Para uma compreensão detalhada da presente descrição referências devem ser feitas à descrição detalhada seguinte da modalidade preferida, feitas em conjunto com os desenhos acompanhantes, nos quais aos elementos iguais foram dados números iguais e em que:

figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma sistema de perfuração com uma coluna de perfuração que carrega um conjunto de perfuração conduzido dentro de um furo de poço para perfurar o furo de poço;

figura 2A é uma vista esquemática de um conjunto de pulsador para telemetria de pulso de lama;

figura 2B mostra um estator do conjunto de pulsador da figura

2Α;

figura 2C mostra um rotor do conjunto de pulsador da figura 2A;

figura 3 mostra um diagrama de blocos que mostra um sistema de transferência único que provê canais para a propagação de sinais;

figura 4 mostra um diagrama de blocos que mostra sistemas de transferência múltiplos para a propagação de sinais;

figura 5 mostra um fluxograma de um método exemplar (indireto) para separar dois sinais que propagam em direções opostas utilizando múltiplos sensores;

figura 6 mostra uma implementação de FIR para um método alternativo (indireto) para separar dois sinais que propagam em direções opostas utilizando múltiplos sensores; e figura 7 mostra uma implementação de IIR de um método indireto para separar os sinais.

Descrição Detalhada da Descrição

A figura 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de perfuração 10 com uma coluna de perfuração 20 que carrega um conjunto de perfuração 90 (também referido como o conjunto de fundo de poço, ou BHA) conduzido dentro de um furo de poço ou poço 26 para perfurar o furo de poço. O sistema de perfuração 10 inclui uma torre convencional 11 erigida sobre um solo 12 o qual suporta uma mesa rotativa 14 que é girada por um movedor primário tal como um motor elétrico (não-mostrado) a uma velocidade rotacional desejada. A coluna de perfuração 10 inclui uma tubulação tal como um tubo de perfuração 22 ou uma tubulação espiral que estende para baixo da superfície para dentro do furo de poço 26. A coluna de perfuração 20 é empurrada para dentro do furo de poço 26 quando um tubo de perfuração 22 é utilizado como a tubulação. Para as aplicações de tubulação espiral, um injetor de tubulação, tal como um injetor (não-mostrado), no entanto, é utilizado para mover a tubulação de uma sua fonte, tal como um carretei (não-mostrado), para o furo de poço 26. A broca de perfuração 50 presa na extremidade da coluna de perfuração rompe as formações geológicas quando esta é girada para perfurar o furo de poço 26. Se um tubo de broca 22 for utilizado, a coluna de perfuração 20 é acoplada a um guincho 30 através de uma junta Kelly 21, uma junta rotativa 28, e uma linha 29 através de uma polia 23. Durante as operações de perfuração, o guincho 30 é operado para controlar o peso sobre a broca, o qual é um parâmetro importante que afeta a taxa de penetração. A operação do guincho é bemconhecida na técnica e assim não será descrita em detalhes.

Durante as operações de perfuração, um fluido de perfuração 31 adequado de um poço de lama (fonte) 32 é circulado sob pressão através de um canal na coluna de perfuração 20 por uma bomba de lama 34. O fluido de perfuração passa da bomba de lama 34 para dentro da coluna de perfuração 20 através de um descompensador (não-mostrado) uma linha de fluido 38 e uma junta Kelly 21. O fluido de perfuração 31 é descarregado no fundo do furo de poço 51 através de uma abertura na broca de perfuração 50. O fluido de perfuração 31 circula furo acima através do espaço anular 27 entre a coluna de perfuração 20 e o furo de poço 26 e retorna para o poço de lama 32 através de uma linha de retorno 35. O fluido de perfuração atua para lubrificar a broca de perfuração 50 e carregar os recortes ou lascas de furo de poço afastando da broca de perfuração 50. Um sensor Si tipicamente colocado na linha 38 provê as informações sobre a taxa de fluxo de fluido. Um sensor de torque de superfície S₂ e um sensor S₃ associado com a coluna de perfuração 20 respectivamente proveem as informações sobre o torque e a velocidade rotacional da coluna de perfuração. Além disso, um sensor (não-mostrado) associado com a linha 29 é utilizado para prover a carga de gancho da coluna de perfuração 20.

Em uma modalidade da descrição, a broca de perfuração 50 é girada girando somente o tubo de perfuração 22. Em outra modalidade da descrição, um motor de fundo de poço 55 (motor de lama) está disposto dentro do conjunto de perfuração 90 para girar a broca de perfuração 50 e o tubo de perfuração 22 é girado usualmente para suplementar a potência rotacional, se requerido, e efetuar mudanças na direção de perfuração.

Em uma modalidade exemplar da figura 1, o motor de lama 55 está acoplado na broca de perfuração 50 através de um eixo de acionamen to (não-mostrado) disposto dentro de um conjunto de rolamento 57. O motor de lama gira a broca de perfuração 50 quando o fluido de perfuração 31 passa através do motor de lama 55 sob pressão. O conjunto de rolamento 57 suporta as forças radiais e axiais da broca de perfuração. Um estabilizador 58 acoplado no conjunto de rolamento 57 atua como um centralizador para a porção mais inferior do conjunto de motor de lama.

Em uma modalidade da descrição, um módulo de sensor de perfuração 59 está colocado próximo da broca de perfuração 50. O módulo de sensor de perfuração contém sensores, um circuito e um software de processamento e algoritmos relativos aos parâmetros de perfuração dinâmicos. Tais parâmetros tipicamente incluem o rechaço de broca, aderência - deslizamento do conjunto de perfuração, rotação inversa, torque, choques, pressão de furo de poço e de espaço anular, medições de aceleração e outras medições da condição de broca de perfuração. Um sub de telemetria ou de comunicação 72 que utiliza, por exemplo, telemetria de duas vias, está também provido como ilustrado no conjunto de perfuração 90. O módulo de sensor de perfuração processa as informações de sensor e transmite-as para a unidade de controle de superfície através do sistema de telemetria 72.

O sub de comunicação 72, uma unidade de energia 78 e uma ferramenta de MWD 79 estão todos conectados em tandem com a coluna de perfuração 20. Subs flexíveis, por exemplo, são utilizados na conexão da ferramenta de MWD 79 no conjunto de perfuração 90. Tais subs e ferramentas formam o conjunto de perfuração de fundo de poço 90 entre a coluna de perfuração 20 e a broca de perfuração 50. O conjunto de perfuração 90 faz várias medições incluindo as medições de ressonância magnética nuclear pulsada enquanto o furo de poço 26 está sendo perfurado. O sub de comunicação 72 obtém os sinais e as medições e transfere os sinais, utilizando a telemetria de duas vias, por exemplo, para serem processados na superfície. Alternativamente, os sinais podem ser processados utilizando um processador de fundo de poço no conjunto de perfuração 90.

A unidade de controle de superfície ou processador 40 também recebe os sinais de outros sensores e dispositivos de fundo de poço e os sinais dos sensores S₁ - S₃ e outros sensores utilizados no sistema 10 e processa tais sinais de acordo com as instruções programadas providas para a unidade de controle de superfície 40. A unidade de controle de superfície 40 exibe os parâmetros de perfuração desejados e outras informações em um display / monitor 42 utilizado por um operador para controlar as operações de perfuração. A unidade de controle de superfície 40 tipicamente inclui um computador ou um sistema de processamento baseado em microprocessador, uma memória para armazenar os programas ou modelos e dados, um gravador para gravar os dados, e outros periféricos. A unidade de controle de superfície 40 está tipicamente adaptada para ativar alarmes 44 quando certas condições de operação inseguras ou indesejáveis ocorrem. O sistema também inclui um processador de fundo de poço, um conjunto de sensor para fazer uma avaliação de formação e um sensor de orientação. Estes podem estar localizados em qualquer posição adequada no conjunto de fundo de poço (BHA). Um ponto de novidade do sistema é um processador de superfície que está configurado para processar os sinais de telemetria de uplink e prover uma estimativa do sinal de telemetria.

A figura 2A é uma vista esquemática do pulsador, também denominado uma válvula de cisalhamento oscilante, conjunto 19, para telemetria de pulso de lama. O conjunto de pulsador 19 está localizado dentro do furo interno do alojamento de ferramenta 101. O alojamento 101 pode ser um colar de perfuração perfurado no conjunto de fundo de poço 10, ou, alternativamente, um alojamento separado adaptado para montar dentro de um furo de colar de perfuração. O fluido de perfuração 31 flui através do estator 12 e do rotor 13 e passa através do espaço anular entre o alojamento de pulsador 108 e o diâmetro interno do alojamento de ferramenta 101.

O estator 102, vide figuras 2A e 2B, está fixo com relação ao alojamento de ferramenta 101 e ao alojamento de pulsador 108 e tem múltiplas passagens de fluxo no sentido de comprimento 120. O rotor 103, vide figuras 2A e 2C, tem uma forma de disco com lâminas dentadas 130 que criam passagens de fluxo 125 similares em tamanho e forma às passagens de fluxo 120 no estator 102. Alternativamente, as passagens de fluxo 120 e

125 podem ser furos através do estator 102 e do rotor 103, respectivamente as passagens de rotor 125 são adaptadas de modo que estas possam ser alinhadas, em uma posição angular com as passagens de estator 120, para criar uma passagem de fluxo direta. O rotor 103 está posicionado em estreita proximidade com o estator 102 e está adaptado para oscilar rotacionalmente. Um deslocamento angular do rotor 103 com relação ao estator 102 muda a área de fluxo efetiva criando flutuações de pressão dentro da coluna de lama circulada. Para conseguir um ciclo de pressão é necessário abrir e fechar o canal de fluxo mudando o posicionamento angular das lâminas de rotor 130 com relação à passagem de fluxo de estator 120. Isto pode ser feito com um movimento oscilante do rotor 103. As lâminas de rotor 130 são giradas em uma primeira direção até que a área de fluxo seja totalmente ou parcialmente restrita. Isto cria um aumento de pressão. Estas são então giradas na direção oposta para abrir a passagem de fluxo novamente. Isto cria uma diminuição de pressão. O deslocamento angular requerido depende do projeto do rotor 103 e do estator 102. Quanto mais os percursos de fluxo do rotor 103 incorporam, menor o deslocamento angular requerido para criar uma flutuação de pressão. Um pequeno ângulo de atuação para criar a queda de pressão é desejável. A potência requerida para acelerar o rotor 103 é proporcional ao deslocamento angular. Quanto menor o deslocamento angular, menor a potência de atuação requerida para acelerar ou desacelerar o rotor 103. Como um exemplo, com oito aberturas de fluxo sobre o rotor 103 e sobre o estator 102, um deslocamento angular de aproximadamente 22,5° é utilizado para criar a queda de pressão. Isto mantém a energia de atuação relativamente pequena em altas frequências de pulso. Note que não é necessário bloquear completamente o fluxo para criar um pulso de pressão e portanto diferentes quantidades de bloqueio, ou rotação angular, criam diferentes amplitudes de pulso.

O rotor 103 está preso no eixo 106. O eixo 106 passa através de um fole flexível 107 e monta através de rolamentos 109 os quais fixam o eixo em uma localização radial e axial com relação ao alojamento 108. O eixo está conectado a um motor elétrico 104, o qual pode ser um motor CC sem escovas reversível, um servomotor, ou um motor de passo. O motor 104 é eletronicamente controlado, por um circuito no módulo eletrônico 135, para permitir que o rotor 103 seja precisamente acionado em ambas as direções. O controle preciso da posição do rotor 103 provê uma modelagem específica do pulso de pressão gerado. Tais motores são comercialmente disponíveis e não são adicionalmente discutidos. O módulo eletrônico 135 pode conter um processador programável o qual pode ser pré-programado para transmitir os dados utilizando qualquer um de um número de esquemas de codificação os quais incluem, mas não estão limitados a, Chaveamento de Deslocamento de Amplitude (ASK), Chaveamento de Deslocamento de Frequência (FSK), ou Chaveamento de Deslocamento de Fase (PSK) ou a combinação destas técnicas.

Em uma modalidade da descrição, o alojamento de ferramenta 101 tem sensores de pressão, não-mostrados, montados em localizações acima e abaixo do conjunto de pulsador, com a superfície de detecção exposta ao fluido dentro do furo de coluna de perfuração. Estes sensores são alimentados pelo módulo eletrônico 135 e podem ser para receber pulsos de pressão transmitidos da superfície. O processador no módulo eletrônico 135 pode estar programado para alterar os parâmetros de codificação de dados com base nos pulsos transmitidos de superfície. Os parâmetros de codificação podem incluir o tipo de esquema de codificação, a amplitude de pulso de linha de base, a frequência de linha de base, ou outros parâmetros que afetam a codificação de dados.

O alojamento de pulsador 108 inteiro está cheio com um lubrificante apropriado 111 para lubrificar os rolamentos 109 e para compensar a pressão do alojamento de pulsador interno 108 com a pressão de fundo de poço da lama de perfuração 31. Os rolamentos 109 são rolamentos antiatrito típicos conhecidos na técnica e não são adicionalmente descritos. Em uma modalidade, a vedação 107 é uma vedação de fole flexível diretamente acoplada no eixo 106 e no alojamento de pulsador 108 e veda hermeticamente o alojamento de pulsador 108 cheio com óleo. O movimento angular do eixo 106 faz com que o material flexível da vedação de fole 107 torça por meio disto acomodando o movimento angular. O material de fole flexível pode ser um material elastomérico ou, alternativamente, um material elastomérico reforçado com fibras. É necessário manter a rotação angular relativamente pequena de modo que o material de fole não será sobretensionado pelo movimento de torcedura. Em uma modalidade preferida alternativa, a vedação 107 pode ser uma vedação de eixo rotativa elastomérica ou uma vedação de face mecânica.

Em uma modalidade, o motor 104 está adaptado com um eixo de extremidade dupla ou alternativamente um eixo oco. Uma extremidade do eixo de motor está presa no eixo 106 e a outra extremidade do eixo de motor está presa na mola de torção 105. A outra extremidade da mola de torção 105 está ancorada na tampa de extremidade 115. A mola de torção 105 juntamente com o eixo 106 e o rotor 103 compreendem um sistema de mola massa mecânico. A mola de torção 105 está projetada de modo que este sistema de mola - massa esteja na sua frequência natural na, ou próximo da, frequência de pulso de oscilação desejada do pulsador. A metodologia para projetar um sistema de mola de torção - massa ressonante é bem-conhecida na técnica mecânica e não é aqui descrita. A vantagem de um sistema ressonante é que uma vez que o sistema está em ressonância, o motor somente precisa prover energia para superar as forças externas e o amortecimento de sistema, enquanto que as forças de inércia rotacionais são equilibradas pelo sistema ressonante.

A figura 3 mostra um diagrama de blocos que mostra um único sistema de transferência que provê canais para a propagação de sinais. O sinal de telemetria (mensagem) st 301 e o ruído de bomba sp_N 302 estão mostrados. Os sinais são detectados por pelo menos dois sensores η e r₂(304, 306 respectivamente). A mistura do sinal de telemetria s_t e do ruído de bomba Spn, ambas ondas de sinal que se deslocam em direções opostas através do sistema com as funções de transferência H₁₂(jw) e H₂₁(jni)) para cada direção, são medidos por dois sensores como

7-(í) = 5, +F'^S(H_u(,/á>)) *5_ywh (Ó = ⁺ (1) onde F'¹ é a transformada de Fourier inversa e 0 é o operador de convolução. O Pedido de Patente U.S. Número Série 11/311.196 de Reckmann et al., que tem o mesmo cessionário que o presente pedido e o conteúdo do qual está aqui incorporado por referência utiliza a formulação da Eq. (1) para estimar as funções de transferência de canal e estimar o sinal de telemetria.

A figura 4 mostra um diagrama de blocos que mostra múltiplos sistemas de transferência conectados para a propagação dos sinais s_T e s_PN. O sinal de telemetria (mensagem) s_T 301 e o ruído de bomba s_Pn 303 estão mostrados. Uma pluralidade de receptores 306 recebe os sinais que resultam do sinal de telemetria 301 e do ruído de bomba (sinal) 303. Quando utilizando n sensores para as medições de pressão (n > 1) o sistema está descrito na Eq. (2):

η(ί) = + ^(/)0.^,(/) + ^(/) r_m(0 = MO®j₇(0 + M')®^(')+/U0 (2) onde n,(t) é um termo de ruído. Isto pode ser reescrito em forma de matriz ignorante o termo de ruído como

0(0

0) r(/)-//(/) ®í(/) (3)

Os n sinais recebidos são representados por r^(t) e são uma mistura convolucional do sinal telemétrico s_T(t) e o sinal s_PN(t) gerado nas bombas. O termo de ruído é ignorado para simplificar a matemática, mas não deve ser considerado como uma limitação. O processo de mistura é descrito pela matriz de canal H(t), em que 0 é o operador de convolução. Para o i² sensor,

O sinal telemétrico s-r(t) é obtido separando-o do sinal de bomba s_PN(t). O sistema de processamento 307 processa as medições r,(t) para fornecer as estimativas St 309 do sinal de telemetria e S_Pn 311 do ruído de bomba. Po demos referir a hü(t) e hi₂(t) como uma primeira função de transferência entre a localização de receptor e a fonte de mensagem e a fonte de ruído, respectivamente. Assim, quando existe uma pluralidade de receptores, tem-se um primeiro e um segundo conjuntos de funções de transferência entre as localizações de receptor e a fonte de mensagem e a fonte de ruído respectivamente.

A separação é feita por convolução com uma matriz de separação W(t). Esta matriz pode ser compreendida como inversa (dois sensores) ou inversa generalizada (mais de dois sensores) da matriz de mistura H(t).

íδ(ι) 0 λ í(í>0Wr(/); θ _J(í)l <^4a)

Para dois sensores, W(t) é igual a:

IK(O _t (0 ® K? (0 - MO ® (O)¹

-MO' Áj(O ;

'MO

M^f) M), (4b)

Para mais de dois sensores, W(t) é dado pela equação (5), a qual é a solução de menor quadrado para um sistema de equação sobredeterminado.

^(,) = (//+,)«//(,)Γ®//^(0 = (^« / (5)

Para separar os sinais duas propostas são possíveis. A matriz W(t) pode ser estimada imediatamente (proposta direta) ou de uma estimativa da matriz de canal H(t) (proposta indireta). Para a estimativa será utilizado qualquer algoritmo conhecido na técnica (por exemplo, LMS, RLS, Forçamento zero) para executar esta tarefa.

A figura 5 mostra um fluxograma de um método exemplar (indireto) para separar dois sinais, tais como s_T e s_PN, que utilizam sinais de múltiplos sensores. Na Caixa 502, as medições η, r₂, ..., r_n são obtidas nos n sensores. Na Caixa 504, uma matriz de canal completa H~(t) é estimada, em que H~(t) é a estimativa da matriz de canal H(t). Assim, as respostas de impulso dos 2n canais (h₁₂, h₂i, h₂₃, h₃₂, ..., h_n-i,N, Hn,n-i) são estimadas. Estima-se e aplica-se W(t) como dado pelas Eq. (4a, 4b e 5). Em 506, separa-se os sinais de fonte.

De modo a remover o sinal de bomba de s ^(t) de modo que s_Tpermaneça, é suficiente estimar os canais de ruído de bomba h_x2(t) da matriz de canal somente (por exemplo, a segunda coluna de H(t) na Eq. (3)). Deste modo, é possível remover o sinal de bomba s_PN, mas então o sinal de tele metria st restante é distorcido. Estimar e/ou aplicar um equalizador pode ser utilizado para recuperar o sinal telemétrico original. Um equalizador exem plar para a aplicação de dois sensores é (vide Eq. (4b)). Deve ser notado que a estimativa da primeira linha de W(t) é suficiente para recuperar st(í), e a utilização do equalizador é para propósitos exemplares somente. Assim, é suficiente estimar um subconjunto da matriz de separação.

Em outro aspecto, ao invés de estimar todos os canais ou elementos de W(t) para cada fonte, pode-se, por exemplo, escolher uma função para representar um único elemento de sistema de matriz por fonte e então estimar os outros daquela fonte em relação ao único sistema selecionado.

Matematicamente isto é conhecido como substituição. No exemplo anterior utilizando dois canais, pode ser escolhido que hi₂(t) ou h₂₂(t) sejam a(t) de modo a obter estimativas do canal restante. Em um exemplo específico, a(t) pode ser escolhido como a função delta dirac ô(t). Com esta suposição a Eq.

(3) muda para ou

Λ0) (9a) ou

	\ (0	^(0 &	' s_T (0 '
Λ<'λΙ	Jht (0	a (/) J	Âpn (0>

(9b) onde /z₂₂ (t) e h_n (t) são as funções de transferência derivadas equivalentes a h₂₂(t) e h₁₂(t), respectivamente. SpN(t) é um sinal de bomba virtualmente emitido e tem efeitos idênticos sobre o sistema como spn(í). /?₂₂ (t) e Â_l2 (t) podem ser implementados como um filtro FIR ou um filtro IIR como apresentado na figura 6 e na figura 7.

A proposta indireta está ilustrada em uma implementação de FIR na figura 6. Por exemplo, pode-se minimizar a expectativa E[e²(t)] para o sinal de erro β(1)=η(ί) * h₂₂ (t) - r₂(t)

Esta é uma proposta de LMS ou RLS típica. O filtro h₂₂ (t) é diretamente calφ²(Ζ)1 x >;(ί))Ί culado minimizando a expectativa l? ' J do sinal j=(π c) ® (o ~~ (¹)) de erro e(t) ou a função de erro determinística na direção dos coeficientes de filtro que utiliza o procedimento minimização tal como descrito em Proakis, páginas 321 a 309.

Uma implementação de IIR está apresentada na figura 7. Como para a implementação de FIR, vários algoritmos com diferentes funções de erro para minimizar a estimativa dos coeficientes de IIR bk k=0, ..., M e a_kk=1, ..., N existem. O algoritmo proposto minimiza a variância de erro de saída E[e² (t)]. Isto está descrito nas páginas 267 a 269 de Regalia.

Para a descrição da estimativa de filtro de IIR será introduzido o vetor de coeficientes 0^(k) &(k) = [&₀(k\b.(fc),A (A)(fc)]' e o sinal de vetor

Φ(£) = [η (fc), η (k - l),r_f (fc - 2),..._fr_s(fc - M),y(k -1),y(k - 2),..., y(k - A/)]'

A saída de filtro y(k) é:

Derivada da saída de filtro:

fy/<5b_fí = < (fc) - η (fc) - Σ a, (fc )<5_n ⁶ (fc - /) i=l

K (k) = -y(k) i) ¢=1

Atualização de sinal de erro:

e(k) = λ (<) - XO

Atualização do vetor de coeficientes de filtro ®(k + 1) = θ(Α) * μ â(k) e(k)

Na proposta direta, W(t) é estimado diretamente. Em geral W(t) é uma matriz que compreende 2n sistemas (wn(t), W2i(t), ... wi_n(t), w_2n(t)). Assumindo cada sistema sendo um filtro FIR de comprimento L, pode-se imaginar W(t) tendo três dimensões (2 χ η x L) como mostrado na equação (12) α-n u-o

(12)

W^(k) é uma matriz 2 χ n no tempo k e uma sequência de L matrizes W⁽⁰⁾ a W^(L'¹⁾ forma W(t).

O vetor de saída que contém os sinais separados pode ser escrito como (13)

Para estimar a matriz de separação W(t) pode-se utilizar por exemplo um algoritmo de gradiente atualizando todas as L matrizes W^(k) uma a uma como descrito em Hyvãrinen, páginas 363-365.

+1) = &<*>(/) + âíF‘*>(0; k = 0,..L -1 (r) = J0*¹ (0 ~ g(<F(í - 0 - k) v^^H(t) é o transposto conjugado da saída filtrada inversa do sinal já separado s^(t) das iterações anteriores (14) g^_>(s^) é um função não-linear. Para as distribuições supergaussianas de s_PN(t) ou s_T(t) pode-se utilizar por exemplo g⁺(x) = 2 tanh(x) (15)

Para as distribuições subgaussianas uma função não-linear possível é g'(x) = 2 tanh(x) - x. (16)

Para aumentar o desempenho da estimativa de matriz de canal inversa podemos pré-processar o vetor de sinal medido em um modo que os elementos de r^(t) têm média zero e estes são brancos. Branco significa que os elementos não são correlacionados e têm uma variância unitária.

A decorrelação de sinal médio zero pode ser conseguida por exemplo por Análise de Componente Principal (PCA) descrita em [3] páginas 140-141. A PCA é uma transformada linear de um sinal x^ = (x₀, ..., Xi-i)^Tcom uma matriz

V = D’^1/2E^t (17)

As colunas da matriz E = (e%, ..., eY) são os eigenvetores da matriz de

C = E x x^T and D = diag(d₀,...,d,,) \ covariancia * ^{L J 6 0 1} e D = diag(d₀, ... di_i) a matriz diagonal dos eigenvalores correspondentes.

Com base no sinal de telemetria estimado, a avaliação de formação pode ser feita substancialmente em tempo real quando o sinal de telemetria compreende medições de sensores de avaliação de formação. Além disso, as decisões de perfuração podem ser feitas com base nos sinais telemetrados.

A operação do transmissor e dos receptores pode ser controlada pelo processador de fundo de poço e/ou o processador de superfície. Implícito no controle e processamento dos dados é a utilização de um programa de computador em um meio legível por máquina adequado que permite o processador executar o controle e o processamento. O meio legível por má5 quina pode incluir ROMs, EPROMs, EAROMs, Memórias Instantâneas e

Discos Óticos. Os resultados do processamento incluem as estimativas de sinal de telemetria relativas a medições feitas por sensores de avaliação de formação de fundo de poço. Tais resultados são comumente armazenados em um meio adequado e podem ser utilizados para ações adicionais em de10 senvolvimento de reservatório tais como o completamento de poços e a perfuração de poços adicionais.

A descrição acima está direcionada a modalidades específicas da presente descrição para o propósito de ilustração e explicação. Ficará aparente, no entanto, para alguém versado na técnica que muitas modifica15 ções e mudanças nas modalidades acima apresentadas são possíveis sem afastar do escopo da descrição.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para comunicar um sinal através de um fluido dentro de um furo de poço entre uma primeira localização e uma segunda localização, o método caracterizado por compreender:

medir os sinais dentro do fluido em pelo menos duas posições espaçadas em resposta à operação simultânea de: (A) pelo menos uma fonte de ruído, e (B) uma fonte de mensagem;

estimar dos sinais dentro do fluido nas pelo menos duas posições espaçadas pelo menos um subconjunto de uma matriz de separação; e utilizar pelo menos o subconjunto estimado da matriz de separação e os sinais nas pelo menos duas localizações espaçadas para estimar um sinal enviado pela fonte de mensagem.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estimativa de pelo menos um subconjunto da matriz de separação ainda compreende:

estimar dos sinais nas pelo menos duas posições espaçadas as primeiras funções de transferência de um canal de fluido entre as pelo menos duas posições espaçadas e a fonte de mensagem, e as segundas funções de transferência entre as pelo menos duas posições espaçadas e a pelo menos uma fonte de ruído; e utilizar as primeira e segunda funções de transferência para estimar o subconjunto da matriz de separação.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a estimativa de pelo menos um subconjunto da matriz de separação ainda compreende inverter uma matriz que compreende as primeiras funções de transferência e as segundas funções de transferência.
4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas posições espaçadas ainda compreendem pelo menos três posições espaçadas, e em que a estimativa de pelo menos um subconjunto da matriz de separação ainda compreende obter um inverso generalizado de uma matriz que compreende as primeiras funções de transferência e as segundas funções de transferência.

Petição 870180142742, de 19/10/2018, pág. 7/15
5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o subconjunto da matriz de separação ainda compreende somente uma única linha da matriz de separação.
6. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que utilizar pelo menos o subconjunto da matriz de separação ainda compreende utilizar um filtro que é um de: (i) um filtro de resposta de impulso finito, e (ii) um filtro de resposta de impulso infinito.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matriz de separação é estimada diretamente dos sinais nas pelo menos duas posições espaçadas, o método ainda compreendendo utilizar um algoritmo de gradiente.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os sinais nas pelo menos duas localizações espaçadas compreendem pelo menos um de (i) sinais de pressão, e, (ii) sinais de taxa de fluxo.
9. Sistema para comunicar um sinal através de um fluido dentro de um furo de poço entre um conjunto de fundo de poço (BHA) e uma localização de superfície, o sistema caracterizado por compreender:

uma fonte de mensagem no conjunto de fundo de poço (BHA) configurada para gerar um sinal de mensagem;

sensores em pelo menos duas posições espaçadas configurados para medir os sinais em resposta à operação simultânea de: (A) uma fonte de ruído, e (B) a fonte de mensagem; e pelo menos um processador configurado para:

estimar dos sinais dentro do fluido nas pelo menos duas posições espaçadas pelo menos um subconjunto de uma matriz de separação; e utilizar pelo menos o subconjunto estimado da matriz de separação e os sinais nas pelo menos duas localizações espaçadas para estimar um sinal de mensagem enviado pela fonte de mensagem.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um processador está configurado para estimar pelo menos um subconjunto da matriz de separação:

Petição 870180142742, de 19/10/2018, pág. 8/15 estimando dos sinais nas pelo menos duas posições espaçadas as primeiras funções de transferência de um canal de fluido entre as pelo menos duas posições espaçadas e a fonte de mensagem, e as segundas funções de transferência entre as pelo menos duas posições espaçadas e a pelo menos uma fonte de ruído; e utilizar as primeiras e segundas funções de transferência para estimar pelo menos um subconjunto da matriz de separação.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um processador está ainda configurado para estimar pelo menos um subconjunto da matriz de separação invertendo uma matriz que compreende as primeiras funções de transferência e as segundas funções de transferência.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas posições espaçadas ainda compreendem pelo menos três posições espaçadas, e em que o pelo menos um processador está ainda configurado para estimar pelo menos um subconjunto da matriz de separação obtendo um inverso generalizado de uma matriz que compreende as primeiras funções de transferência e as segundas funções de transferência.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o subconjunto da matriz de separação ainda compreende somente uma única linha da matriz de separação.
14. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um processador está ainda configurado para utilizar pelo menos o subconjunto estimado da matriz de separação utilizando um filtro que é um de: (i) um filtro de resposta de impulso finito, e (ii) um filtro de resposta de impulso infinito.
15. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um processador está ainda configurado para utilizar um algoritmo de gradiente para estimar pelo menos um subconjunto da matriz de separação diretamente dos sinais nas pelo menos duas posições espaçadas.

Petição 870180142742, de 19/10/2018, pág. 9/15
16. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os sinais nas pelo menos duas posições espaçadas são selecionados do grupo que consiste em (i) sinais de pressão, e, (ii) sinais de taxa de fluxo.
17. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um tubular de perfuração configurado para conduzir a BHA para dentro do furo de poço.
18. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a fonte de mensagem compreende uma válvula oscilante.
19. Meio legível por computador para utilização com um sistema para comunicar um sinal através de um fluido dentro de um furo de poço entre um conjunto de fundo de poço (BHA) e uma localização de superfície, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende:

uma fonte de mensagem no conjunto de fundo de poço (BHA) configurada para gerar um sinal de mensagem; e sensores em pelo menos duas posições espaçadas configurados para medir os sinais em resposta à operação simultânea de: (A) uma fonte de ruído, e (B) a fonte de mensagem;

o meio compreendendo instruções que permitem pelo menos um processador:

estimar dos sinais dentro do fluido nas pelo menos duas posições espaçadas pelo menos um subconjunto de uma matriz de separação; e utilizar o subconjunto estimado da matriz de separação e os sinais nas pelo menos duas localizações espaçadas para estimar o sinal de mensagem.
20. Meio legível por máquina de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que ainda compreende pelo menos um de (i) uma ROM, (ii) uma EPROM, (iii) uma EAROM, (iv) uma Memória Instantânea, e (v) um Disco ótico.