BRPI0902808A2 - redução de dados de imagens medidas dentro de um furo de poço - Google Patents

Abstract

REDUçãO DE DADOS DE IMAGENS MEDIDAS DENTRO DE UM FURO DE POçO. A presente invenção refere-se a um método de redução de dados para a transmissão de uma imagem de furo de poço para a superfície da terra utilizando larguras de banda restritas de sistemas de telemetria de LWD. O método de redução de dados está baseado na física de medição ao invés de algoritmos de compressão matemáticos. Os dados medidos de um sensor são ajustados, dentro da ferramenta de perfilagem, para uma função de resposta que relaciona a resposta de sensor a um parâmetro de interesse. Os coeficientes da função de resposta ajustada são escalados e então telemetrados para a superfície. Os dados medidos são reconstruidos na superfície pela combinação dos coeficientes telemetrados com a função de resposta. Uma imagem de furo de poço é formada pela combinação de dados reduzidos reconstruidos. Os parâmetros de leitos inclinados que intersectam o furo de poço podem ser determinados dos coeficientes.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REDUÇÃODE DADOS DE IMAGENS MEDIDAS DENTRO DE UM FURO DE POÇO".

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se à medição de imagens de parâmetrosde interesse enquanto perfurando um furo de poço. Mais especificamente, ainvenção está relacionada à redução de dados de imagem medida antes datransmissão para a superfície da terra, onde a redução de dados de imagemresulta em uma mínima perda em resolução de imagem. A invenção é tam-bém utilizada para determinar automaticamente a direção de leitos inclina-dos que intersectam o furo de poço.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os sistemas de perfilagem durante a perfuração (LWD) são utili-zados para produzir um furo de poço e imagens de formação de diversosparâmetros de interesse. O instrumento de perfilagem ou "ferramenta" estátipicamente disposto em um colar do conjunto de furo de poço, o qual é ter-minado por uma broca de perfuração. Os dados utilizados para gerar as i-magens são coletados enquanto a ferramenta de perfilagem de LWD giraconforme a broca de perfuração avança no furo de poço. As imagens obtidascom o LWD são obtidas de uma variedade de medições incluindo a radiaçãogama natural, a densidade de massa, as propriedades acústicas, e as pro-priedades eletromagnéticas tais como a resistividade. As ferramentas deformação de imagem de LWD tipicamente produzem grandes quantidadesde dados por intervalo de profundidade de avanço de furo de poço. É opera-cionalmente desejável obter as imagens de furo de poço em tempo real nasuperfície da terra. Os sistemas de telemetria de LWD típicos incluem umsistema de pulso de lama, um sistema de telemetria eletromagnético, ou umsistema de telemetria acústico que utilizam a coluna de perfuração como umconduto de dados. As taxas de telemetria destes dispositivos variam de 1 a20 bits por segundo. Devido a estas taxas de telemetria lentas, os dados deformação de imagem das ferramentas de LWD não podem ser transmitidospara a superfície em tempo real a menos que os dados sejam significativa-mente comprimidos.Diversos métodos de compressão foram desenvolvidos ao longodos anos para transmitir os dados de imagem de LWD em tempo real. Noentanto, estes métodos utilizam técnicas matemáticas genéricas e com per-da e tipicamente resultam em uma perda significativa de qualidade de da-dos.

Uma vez que as imagens de furo de poço são obtidas, a direçãode quaisquer leitos inclinados que intersectam o furo de poço são tipicamen-te determinadas correlacionando manualmente as pontas de centroide nasimagens com as medições absolutas de direção azimutal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta descrição está direcionada a um método de redução dedados, ao invés de um método de compressão de dados, para a transmissãode imagens de furo de poço para a superfície da terra utilizando larguras debanda restritas de sistemas de telemetria de LWD. O método de redução dedados está baseado na física de medição ao invés de algoritmos de com-pressão matemáticos. Mais especificamente, os dados medidos de um sen-sor são ajustados, em um processador disposto dentro da ferramenta deperfilagem, para uma função de resposta de sensor predeterminada que re-laciona a resposta de sensor a um parâmetro de interesse que inclui as mu-danças em limites de leito de formação e ângulos de inclinação. Os coefici-entes desta relação ajustada são escalados e então telemetrados para asuperfície. Os dados reduzidos são reconstruídos na superfície, em um pro-cessador de superfície, pela combinação dos coeficientes telemetrados coma função de resposta por meio disto formando os dados reduzidos reconstru-idos. Este processo conceitualmente gera uma reconstrução dos dados me-didos pela ferramenta. Uma imagem de furo de poço ou de uma formação éformada pela combinação de dados reduzidos reconstruídos. Para uma dadalargura de banda de telemetria de LWD, a imagem formada na superfícieexibe uma resolução superior em relação àquela obtida utilizando os algo-ritmos de compressão e de descompressão de dados.

Os coeficientes selecionados podem também ser utilizados paraidentificar os leitos inclinados que intersectam o furo de poço, e ainda deter-minar uma direção destes leitos inclinados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

O modo no qual as características e vantagens acima recitadas,brevemente sumarizadas acima, são obtidas pode ser compreendido emdetalhes com referência às modalidades ilustradas nos desenhos anexos.

Figura 1 ilustra um sistema de perfilagem de LWD disposto den-tro de um ambiente de perfuração de furo de poço;

figura 2 mostra um exemplo da resposta normalizada de umaferramenta de raios gama hipotética conforme esta passa através de umainterface entre uma areia limpa e uma formação xistosa;

figura 3 ilustra a resposta de uma ferramenta de densidade deLWD hipotética conforme esta gira a uma profundidade dentro de um furo depoço que é intersectado por dois leitos inclinados;

figura 4 é um fluxograma do método de redução de dados destainvenção;

figura 5 ilustra a economia no número de bits telemetrados pelométodo de redução de dados desta invenção;

figura 6 mostra imagens de densidade de massa geradas emuma zona de contraste de densidade média;

figura 7 mostra imagens de densidade de massa geradas emuma zona de contraste de densidade baixa;

figura 8 mostra imagens de densidade de massa geradas emuma zona de contraste de densidade alta;

figura 9 mostra uma imagem de furo de poço de densidade demassa com um coeficiente de ajuste sobreposto e que indica a direção deinclinação de limite de leito;

figura 10 mostra a mesma imagem de furo de poço de densida-de de massa com um coeficiente de ajuste sobreposto e que indica um con-traste de densidade de leitos inclinados;

figura 11 ilustra a resposta de uma ferramenta de densidade deLWD hipotética conforme esta gira dentro de um furo de poço que é intersec-tado por dois leitos inclinados de densidade de 2,30 g/cm3 e 2,10 g/cm3;figura 12 ilustra a segunda derivada da curva apresentada nafigura 11;

figura 13 é um fluxograma de um algoritmo para medir os parâ-metros de leitos inclinados que intersectam um furo de poço; e

figuras 14, 14(a) e 14(b) ilustram um mapa de ângulos azimutaisde interseção de leitos inclinados como uma função de um azimute e umaprofundidade de furo de poço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

O sistema de redução de dados será descrito em detalhes útilí-zando as medições de densidade de massa feitas com um sistema de perfi-lagem de LWD. As medições de raios gama naturais serão também utiliza-das na descrição de conceitos básicos do sistema de redução de dados.

APARELHO

A figura 1 ilustra um sistema de perfilagem de LWD disposto emum ambiente de perfuração de furo de poço. O componente de instrumentode furo de poço de LWD ou "ferramenta" do conjunto de furo de poço é de-signado como um todo pelo número 10, e compreende um alojamento depressão 11o qual é tipicamente um colar de perfuração. A ferramenta 10está disposta dentro de um furo de poço 44 definido por paredes de furo depoço 43 e penetrando na formação terrestre 34. Uma broca de perfuração 12termina uma extremidade inferior da ferramenta 10, e um conector 30 termi-na uma extremidade superior da ferramenta. O conector 30 conecta opera-cionalmente a ferramenta 10 a uma extremidade inferior de uma coluna deperfuração 32. A extremidade superior da coluna de perfuração termina emuma sonda de perfuração rotativa 36, a qual é conhecida na técnica e estáconceitualmente ilustrada em 36.

Novamente referindo-se à figura 1, a ferramenta 10 compreendeuma seção de raios gama 16 que responde à radiação gama que ocorre na-turalmente na formação 34. A seção de densidade de massa compensadaestá mostrada em 20. Os detalhes das medições de raios gama e de densi-dade de massa de LWD estão descritos na Patente U.S. Número 6.566.649B1, "Compensação de Retrocesso e Correção de Furo de Poço e Tamanhode Furo de um Novo Sistema de Perfilagem de Densidade / Nêutron deLWD", SPE 77478, M. Mickael et. al, 29 de Setembro - 02 de Outubro, 2002,e "Projeto, Calibração, Caracterização e Experiência de Campo de Novasferramentas de Perfilagem Durante a Operação de Alta Temperatura, Azimu-tal, e Espectral", SPE 77481, M. Mickael et. al, 29 de Setembro - 02 de Ou-tubro, 2002, as quais estão aqui inseridas nesta descrição por referência. ÁFerramenta 10 pode compreender outros elementos que podem ser utiliza-dos para complementar as medições feitas com a seção de raios gama 16 ea seção de densidade 20. Na modalidade mostrada na figura 1, a ferramentacompreende uma seção direcional opcional 24 que prove uma medição emtempo real de ângulo azimutal, portanto prove uma orientação azimutal daferramenta 10 dentro do furo de poço 44. A ferramenta 10 pode opcional-mente compreender uma seção de sensor auxiliar 14 com um ou mais sen-sores auxiliares que respondem a uma variedade de parâmetros de ambien-tes de furo de poço tais como a resistividade e a lentidão acústica.

Ainda referindo-se à figura 1, uma seção de eletrônica 26 proveum circuito de energia e de controle para a seção de raios gama 16, a seçãode densidade 20, a seção direcional opcional 24, e quaisquer sensores auxi-liares opcionais na seção de sensor auxiliar 14. A energia é tipicamente su-prida por baterias, mas pode ser suprida por um gerador de turbina alimen-tado por lama (não mostrado). A seção de eletrônica também compreendeum primeiro processador ou um processador de "fundo de poço" 26a no qualvárias computações do método de redução de dados são executadas emtempo real. A seção de eletrônica 26, que inclui o processador de fundo depoço 26a, está operacionalmente conectada a uma primeira unidade de te-lemetria ou de "fundo de poço" 28. Os dados dos elementos dentro da fer-ramenta 10, que incluem os coeficientes utilizados no método de redução dedados, são telemetrados para a superfície 46 da terra por meio de um siste-ma de telemetria adequado. Os sistemas de telemetria adequados incluemum sistema de pulso de lama, e um sistema de telemetria eletromagnético,ou um sistema de telemetria acústico que utiliza a coluna de perfuração 32como um conduto de dados. Os dados telemetrados são recebidos por umsegundo elemento de telemetria ou "superior" 38a de preferência dispostoem um módulo de equipamento de superfície 38. Conforme o conjunto defuro de poço que compreende a ferramenta de perfilagem 10 é conduzido aolongo do furo de poço 44 pela coluna de perfuração 32. Os dados reduzidosreconstruídos e as imagens de furo de poço resultantes, e outros parâmetrosde interesse, são inseridos em um gravador 40. O gravador 40 tabula os da-dos como uma função de profundidade dentro do furo de poço 44 no qualestes são medidos. A saída de gravador 42 é tipicamente uma "perfilagem"dos dados como uma função de profundidade de furo de poço.

Tipicamente, cada seção de ferramenta está equipada com umcircuito de eletrônica e energia tal como baterias de modo que estas seçõespossam ser intercambiadas como requerido para montar uma ferramenta deperfilagem de múltiplas seções.

Como anteriormente declarado, o alojamento de ferramenta 11 étipicamente um colar de perfuração de aço com um conduto através do qualum fluido de perfuração flui. Os elementos da ferramenta 10 conceitualmenteilustrados na figura 1 estão tipicamente dispostos dentro da parede do alo-jamento de pressão de colar de perfuração 11.

CONCEITOS BÁSICOS

Como anteriormente declarado, os dados medidos pela ferra-menta de perfilagem 10 são reduzidos no processador de fundo de poço 26aantes da telemetria ao invés de comprimidos como nos sistemas da técnicaanterior. A redução de dados está baseada em uma função de resposta querepresenta a física de medição da ferramenta de perfilagem 10 ao invés dealgoritmos de compressão matemáticos. O conceito de função de respostade física de medição será ilustrado utilizando os exemplos seguintes.

Uma ferramenta que gira dentro de um furo de poço na ou pró-ximo de uma interface entre duas formações exibe uma resposta similar à-quela encontrada com a ferramenta passa por uma interface conforme estapenetra na formação. Uma função de resposta /(x), a qual gera um parâme-tro de interesse medido como uma função de profundidade dentro do furo depoço, e freqüentemente descrita por uma função sigmoide e dada por1 + e ff

onde:

x = profundidade da medição dentro do furo de poço;

A = o valor medido do parâmetro de interesse na formação antesde aproximar-se da interface;

x0 = a profundidade da interface de limite de leito; ea = um parâmetro de calibração conhecido proporcional à reso-lução vertical da ferramenta.

A figura 2 mostra um exemplo da resposta normalizada de umaferramenta de raios gama hipotética conforme esta passa através de umainterface entre uma areia limpa (formação inferior) e uma formação xistosa(formação superior). As medições estão mostradas para um intervalo de pro-fundidade (abscissa) que varia de XXXO pés a XXX7 pés, com a interface deareia - xisto a uma profundidade de XXX3 pés. A interface é assumida serperpendicular ao eixo geométrico do furo de poço. O xisto é assumido teruma taxa de contagem de raios gama natural normalizada (ordenada) de A =1, e a areia limpa é assumida ter uma taxa de contagem de raios gama natu-ral normalizada de A = 0. A taxa de contagem normalizada medida pela fer-ramenta de raios gama está ilustrada pelos símbolos de pontos de dados 52,com somente alguns sendo identificados para simplificar a ilustração. A cur-va 50 é a função de resposta sigmoide da equação (1) e gera um ajuste ex-celente para os pontos de dados medidos 52. Os coeficientes de função deresposta sigmoide representam ou as quantidades medidas ou as constan-tes físicas conhecidas da ferramenta. A resposta de dados medida da ferra-menta pode portanto ser reconstruída utilizando a função de resposta defísica de medição e os valores apropriados para os coeficientes. Apresenta-do de outro modo, os coeficientes de função de resposta sigmoide, ao invésdos pontos de dados medidos, podem ser telemetrados para a superfície ecombinados com a função de resposta para "reconstruir" a resposta de fer-ramenta. Esta metodologia reduz as especificações de largura de banda dosistema de telemetria.É instrutivo considerar outro exemplo de redução de dados queé baseado em outra função de resposta de física de medição, ao invés dealgoritmos de compressão matemáticos. Neste exemplo, o limite de leito deformação não é perpendicular ao furo de poço, mas intersecta o furo de poçoa um ângulo a uma "inclinação". Este tipo de estrutura de leito é comumentereferido como leitos "inclinados". Uma ferramenta de perfilagem hipotética,portanto, responde azimutalmente assim como verticalmente conforme estaatravessa o limite de leito inclinado. A diferença principal entre este exemploe a resposta de limite de leito "horizontal" do exemplo anterior é que a fun-ção de resposta de ferramenta azimutal f(§) tem um loop fechado devido ànatureza de rotação circular da ferramenta de perfilagem de LWD. A respos-ta azimutal em um limite de leito pode geralmente ser descrita por uma fun-ção de resposta de sigmoide dupla dada por

<formula>formula see original document page 9</formula>

onde

§ = o ângulo azimutal;

A = a resposta de ferramenta máxima para o parâmetro de inte-resse;

<|>1 e §2 = os dois ângulos que definem a interseção de limite deleito do furo de poço;

c = um coeficiente proporcional à abrangência azimutal de umdos leitos; e

ai e 02 = coeficientes proporcionais à resolução azimutal da fer-ramenta nas duas formações intersectantes.

Os ajustes entre os dados medidos e a função de resposta sig-moide dupla da equação (2) são similares àqueles mostrados na figura 2.Como no exemplo anterior, os coeficientes de função de resposta sigmoidedupla, ao invés de pontos de dados de taxa de contagem medidos, podemser telemetrados para a superfície e combinados com a função de respostasigmoide dupia para a resposta de ferramenta reconstruída em limites deleito "inclinados". Novamente, isto reduz as especificações de largura debanda do sistema de telemetria.

Uma função de resposta de ferramenta f(§) para ambos os leitosinclinados e horizontais pode também ser descrita por uma função gaussia-na modificada

<formula>formula see original document page 10</formula>

onde

()) = o ângulo azimutal;

Ai = um coeficiente que representa o ângulo da interface azimu-tal medido com relação ao eixo geométrico de furo de poço;

A2 = um coeficiente proporcional à resolução azimutal da ferra-menta;

A3 = um coeficiente igual ao contraste entre os dois leitos atra-vessados;

A4 = um coeficiente que é a diferença de amplitude de respostade ferramenta entre as duas formações; e

A5 = um coeficiente igual à amplitude de ferramenta de uma dasformações.

A figura 3 ilustra a resposta de uma ferramenta de densidade deLWD hipotética conforme esta gira a uma profundidade dentro de um furo depoço que é intersectada por dois leitos inclinados de densidade de 2,37gramas por centímetro cúbico (g/cm3) e 2,10 g/cm3. A ordenada é a densi-dade de massa pb medida pela ferramenta orientada quando orientada a umângulo azimutal § (abscissa). Os pontos de dados medidos estão indicadospelos símbolos 62, com somente alguns sendo identificados para simplificara ilustração. Os valores máximo e mínimo de densidade de massa estãoindicados em 66 e 64, respectivamente.

Ainda referindo-se à figura 3, a curva 60 é obtida pelo ajuste dafunção de resposta Gaussiana modificada da equação (3) aos pontos dedados de densidade de massa medidos 62. Como acima definido, a funçãode resposta Gaussiana modificada compreende os coeficientes Aj onde i =(1, 5). De modo a reduzir os dados medidos para uso efetivo de teleme-tria, é necessário determinar todos os valores Ai do processo de ajuste. Afunção de resposta Gaussiana modificada /(<j>) é não-linear e encontrar oscoeficientes A, pelo ajuste da função de resposta aos dados medidos 62 re-quer métodos de menores quadrados não-lineares iterativos. Felizmente, ostrês parâmetros não-lineares da função de resposta Gaussiana modificada(A-i, A2, e A3) têm faixas limitadas. Mais especificamente, Ai e A2 são ângu-los entre 0 e 360 graus e A3 varia de 1 a 8. Estas limitações tornam a pes-quisa não-linear mais fácil e mais rápida. Os coeficientes lineares A4 e A5podem ser rapidamente determinados de um ajuste de menores quadradoslineares. O processo inteiro é, no entanto, interativo e requer diversas deze-nas de iterações para obter os coeficientes Ai corretos de ajustes da funçãode resposta Gaussiana modificada para os dados medidos. Para o exemplomostrado na figura 3, a função de resposta Gaussiana modificada ajustadapara os dados de densidade de massa medidos 62 está representada pelacurva 60 e gera os seguintes valores para os coeficientes A1:

A1 = 165 grausA2 = 77 graus(4) A3 = 5A4 = -0,27 g/cm3A5 = 2,37 g/cm3

O ajuste entre os dados e a função de resposta é excelente con-duzindo à conclusão que os coeficientes Aj acima podem ser utilizados parareconstruir precisamente os dados reduzidos para simular a resposta de da-dos medida da ferramenta de densidade.

IMPLEMENTAÇÃO

As imagens de furo de poço de baixa resolução, tais como aque-las obtidas de ferramentas de raios gama, de nêutron, e de densidade, prin-cipalmente delineiam as interfaces entre as formações (ou leitos) e não po-dem resolver menores estruturas tais como fraturas ou drusas. Os métodosde redução de dados aqui descritos podem ser utilizados para descrever amaioria das características encontradas por dispositivos de formação de i-magem de baixa resolução. Ao contrário, os dispositivos de formação deimagem de alta resolução tais como os formadores de imagem de resistivi-dade e acústicos podem resolver as estruturas em uma escala muito menor,e os métodos desta invenção não mais proveem uma representação comple-ta e precisa da resposta de imagem de ferramenta. A implementação da me-todologia de redução de dados desta invenção será apresentada utilizandomedidas de densidade de massa como um exemplo.

O perímetro do furo de poço está dividido em um número prede-terminado de arcos azimutais ou "bins" azimutais ao longo dos quais valo-res correspondentes de densidade p($t) são medidos. Tipicamente, 16 binsque são iguais e contíguos (isto é, afastados de 22,5 graus) geram uma re-solução suficiente ao longo de 360 graus completos de rotação da ferramen-ta de LWD. Outros números, tamanhos e disposições de bins azimutais po-exemplo, o número predeterminado de bins azimutais pode ser aumentadose uma resolução azimutal aumentada for requerida. Este aumento não re-sultará em especificações de telemetria de dados aumentadas já que os da-dos dos bins são ajustados para a função de resposta Gaussiana modificadano processador de fundo de poço. Com a ferramenta a uma profundidade xdentro do furo de poço, os valores correspondentes de p(§,) são somados aolongo de um intervalo de profundidade predeterminado Ax conforme a ferra-menta é conduzida dentro do furo de poço. O incremento de profundidade étipicamente de aproximadamente 15,24 cm (6 polegadas). Isto gera um con-junto de valores de medida de densidade de massa p*(§\) onde (i = 1, 2,16) para 16 bins. A função de resposta Gaussiana modificada da equação(3) é então ajustada para o conjunto de dados px(<)>i), como acima discutido,para gerar um conjunto de coeficientes Aix (i = 1, 5) para a profundidadex dentro do furo de poço. Os coeficientes Ai,x determinados do ajuste não-linear são de preferência escalados para um número de bits predeterminado,de acordo com os dígitos significativos dos coeficientes, para reduzir o ta-manho total do pacote de dados a ser transmitido pelo sistema de telemetriade LWD. Foi determinado que um total de 32 bits pode ser utilizado paraempacotar os cinco coeficientes com alta precisão independentemente donúmero de bins utilizados para coletar os dados. Isto prove uma representa-ção de alta fidelidade da imagem em aproximadamente um quarto do tama-nho da imagem gravada se os dados forem coletados em 16 bins.

Referindo-se novamente à figura 1, o ajuste acima descrito éexecutado no processador de fundo de poço 26a. O conjunto de coeficientesAiiX (i = 1.....5) é então escalado para 32 bits como acima descrito utilizandoo processador de fundo de poço 26a, e então transmitido para o equipamen-to de superfície 38 através da unidade de telemetria de fundo de poço 28cooperando com a unidade de telemetria superior 38a. Na superfície, a fun-ção de resposta Gaussiana modificada e o conjunto de coeficientes Aj,x (i =1, 5) são inseridos em um segundo processador ou "superior" (não mos-trado) no equipamento de superfície 38 onde estes são utilizados para re-construir o conjunto de valor de densidade de massa medido p>x(4>i) onde (i =1,2, 16 ou mais) para uma profundidade x no furo de poço 44. A profun-didade é incrementada por Axeo processo é repetido. Os resultados dasmedições de densidade de massa reconstruídas são gravados como umafunção de profundidade x pelo gravador 40. O resultado desta metodologia éuma imagem 42 de densidade de furo de poço, como será ilustrado e discu-tido em detalhes em uma seção subsequente desta descrição.

A figura 4 é um fluxograma do método acima. A profundidade x éiniciada em 70. Os valores de densidade de massa de valor de densidade demassa px(4>i) Para uma única revolução da ferramenta são medidos em 71.

Os valores de densidade de massa são somados para cada bin ao longo dointervalo de profundidade Ax para obter px(<j>i) em 72. Os valores de p>x(4»i) sãoajustados para a função de resposta Gaussiana modificada (equação (3))para obter AiiX (i = 1.....5) em 74. Os valores de Ai,x são escalados para depreferência 32 bits em 76, e telemetrados para a superfície em 78. Os valo-res de px(((>i) são reconstruídos na superfície em 80 e gravados como umafunção de profundidade em 82. A profundidade x é incrementada em 84 e oprocesso é repetido por meio disto gerando um mapa de densidade de mas-sa como uma função de azimute e profundidade de furo de poço. Como an-teriormente discutido, os coeficientes telemetrados são combinados na su-perfície com a função de resposta para formar os dados reduzidos reconstru-ídos, os quais representam os dados medidos pela ferramenta.

Apesar de outras funções de resposta poderem ser utilizadastais como a função de resposta sigmoide dupla da equação (2), a função deresposta Gaussiana modificada da equação (3) tem o menor número de coe-ficientes, e no entanto prove a mesma precisão obtida de funções de respos-ta mais complicadas. Os cinco coeficientes Ai quando escalados para 32 bitstipicamente proveem a precisão requerida das imagens de furo de poço re-sultantes.

A figura 5 ilustra a economia no número de bits telemetradosconseguida pelo método de reconstrução de dados desta invenção. A orde-nada é uma função de erro, em por cento, que é induzida pela transmissãode dados. A abscissa é o número de bits transmitidos ou "custo". Os pontosde dados 92 representam o erro versus custo de telemetrar dados não-comprimidos. Uma curva 90 foi traçada através destes pontos de dados. Po-de ser visto que para telemetrar a resposta de ferramenta como 32 bits dedados não-comprimidos em 94, o erro será de aproximadamente 25 por cen-to como indicado em 99. Para obter um erro de aproximadamente 1 por cen-to como mostrado em 96, aproximadamente 115 bits de dados não-comprimidos teriam que ser telemetrados como mostrado em 98. O ponto 93representa os dados reduzidos utilizando a metodologia desta invenção queutiliza uma escalagem de 32 bits de coeficientes de função de resposta. Po-de ser visto que um erro de aproximadamente 1 por cento pode ser obtidocom um custo de telemetria de somente 32 bits.

RESULTADOS

1. Imagens de Furo de Poço

Os resultados do método de redução de dados estão ilustradosutilizando as figuras de seis imagens de densidade de massa de furo de po-ço. Três das seis imagens são geradas utilizando uma escala de densidadede massa estática. A faixa da escala estática é "fixa" e varia do valor pb = 2,0a 3,0 g/cm3. As três imagens restantes são geradas utilizando uma escala dedensidade de massa dinâmica. As imagens dinâmicas são feitas escalandopb utilizando diferentes valores mínimo e máximo ao longo de um intervalode profundidade predeterminado. Esta técnica melhora os detalhes das ima-gens. Mais ainda, cada figura ilustra as imagens geradas com dados não-comprimidos, dados reduzidos utilizando a metodologia desta invenção, edados reduzidos utilizando os algoritmos de compressão matemáticos gené-ricos. As imagens não-comprimidas ou "gravadas" são obtidas após a ope-ração de perfuração ser completada baixando os dados azimutais armaze-nados na ferramenta de fundo de poço. Cada uma das imagens não-comprimidas, reduzidas e comprimidas está mostrada em um formato tantoestático quanto dinâmico. Tanto as imagens reduzidas quanto comprimidasutilizam 32 bits de dados telemetrados. Todas as imagens representam adensidade de massa utilizando uma escala de cinza com as áreas mais es-curas representando os maiores valores. A ordenada é a profundidade x e aabscissa representa o ângulo azimutal de furo de poço fy. As anotações T, R,B, e L indicam o lado direito superior, inferior e lado esquerdo do furo de po-ço, respectivamente, e são de preferência determinados utilizando a seçãodirecional 24 da ferramenta de perfilagem de LWD 10 (ver figura 1). Cadaimagem estática ilustra uma curva de densidade de massa de formação mé-dia obtida das medições de densidade de massa azimutais. Todas as ima-gens de uma dada figura são medidas ao longo do mesmo intervalo de pro-fundidade.

A figura 6 mostra as imagens estáticas 110, 120 e 130 que re-presentam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente.

As curvas 111, 121 e 131 são perfilagens de densidade de massa médiacomo anteriormente definido. As imagens dinâmicas 140, 150 e 160 repre-sentam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. Asimagens abrangem uma seqüência de leitos com um contraste de densidadede massa médio. É aparente que as imagens estática e dinâmica 120 e 150exibem uma melhor resolução de leito do que as imagens estática e dinâmi-ca 130 e 160 correspondentes geradas utilizando a metodologia de com-pressão de dados matemática.A figura 7 ilustra os resultados em uma zona de contraste debaixa densidade, e mostra as imagens estáticas 114, 124 e 134 que repre-sentam as imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. Ascurvas 115, 125 e 125 são perfilagens de densidade de massa média comoanteriormente definido. As imagens dinâmicas 144, 154 e 164 representamas imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. É novamenteaparente que as imagens estática e dinâmica 124 e 154 exibem uma melhorresolução de leito do que as imagens estática e dinâmica 134 e 164 corres-pondentes geradas utilizando a metodologia matemática de compressão dedados. É, de fato, difícil ver os planos de leito na imagem comprimida 134. Aimagem comprimida dinâmica 164 melhor ilustrou os planos de leito, mas éainda inferior à imagem reduzida dinâmica 154.

A figura 8 ilustra os resultados em uma zona de contraste de altadensidade, e mostra as imagens estáticas 118, 128 e 138 que representamas imagens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. As curvas119, 129 e 139 são perfilagens de densidade de massa média como anteri-ormente definido. As imagens dinâmicas 148, 158 e 168 representam as i-magens gravada, reduzida e comprimida, respectivamente. Tanto as ima-gens estática e dinâmica reduzida e comprimida mostram os planos de leitode alto contraste, mas novamente as imagens reduzidas estática e dinâmicasão superiores em resolução em relação às imagens comprimidas estática ereduzida correspondentes.

Para resumir os resultados mostrados nas figuras 6, 7 e 8, a me-todologia de redução de dados desta invenção mantém virtualmente todasas características da imagem "gravada" exceto aquelas que são devidos arupturas de furo de poço que não se ajustam à equação Gaussiana modifi-cada. No entanto, para as aplicações de geodirecionamento de LWD e Me-dição Durante a perfuração (MWD) em tempo real, o delineamento de limitesde leito é a aplicação primária para a formação de imagem de densidade ede raios gama. A precisão aumentada obtida utilizando a redução de dadosé vantajosa para estas aplicações.2. Determinação Automática de Leitos Inclinados

A atenção é novamente direcionada para a função de respostaGaussiana modificada da equação (3) e os coeficientes de ajuste Aj (i = 1.....5).

Como anteriormente definido, Ai é um coeficiente que represen-ta um ângulo da interface azimutal medido com relação ao eixo geométricode furo de poço. Mais especificamente, A-i é um centroide que é a posiçãoazimutal exata das pontas de uma senoide que representa a resposta deferramenta à interface de leito inclinado. A posição deste centroide é, portan-to, requerida para colocar a senoide na posição azimutal correta, por meiodisto identificando a direção de inclinação de leito. Pequenos erros na colo-cação da senoide podem resultar em grandes erros na determinação dire-cional de uma inclinação de leito. O parâmetro A-i é, portanto, utilizado paradeterminar precisamente a direção de inclinação na metodologia de "capta-ção de inclinação" automática desta invenção.

Como anteriormente definido, A4 é um coeficiente que é a dife-rença de amplitude de resposta de ferramenta entre duas formações. Seleitos inclinados de densidades contrastantes intersectarem o furo de poço,A4 representa a diferença de densidade máxima ou "contraste" de densidadedestes leitos. As variações no coeficiente A4 podem, portanto, ser utilizadaspara identificar a presença de leitos inclinados. Dos valores Ai e A4, a exis-tência de, e a direção de leitos inclinados pode ser determinada automati-camente como uma função de profundidade dentro do furo de poço sem anecessidade de identificar manualmente as pontas de senoide em uma ima-gem de furo de poço.

A figura 9 é uma imagem de furo de poço de densidade de mas-sa 170 gerada como discutido na seção anterior desta descrição e utilizandouma faixa de densidade de massa estática variando de 2,2 a 2,8 g/cm3. Osvalores de densidade utilizados para criar a imagem estão apresentados uti-lizando uma escala de cinza com as áreas mais escuras representando osmaiores valores. Deve ser compreendido que esta convenção pode ser in-vertida, com as áreas mais claras representando os maiores valores. A or-denada é novamente a profundidade x e a abscissa representa o ângulo a-zimutal de furo de poço <j> que varia de um ângulo de referência 0 a 360graus. Os ângulos azimutais são de preferência medidos com relação a umângulo de referência absoluto tal como o norte verdadeiro em poços verticaisou lado alto em poços horizontais. O ângulo de referência absoluto e outrosângulos azimutais são de preferência determinados utilizando a seção dire-cional 24 da ferramenta de perfilagem de LWD 10 (ver figura 1). A curva 172representa o coeficiente Ai com uma escala variando de 0 a 360 graus. Umaobservação visual da imagem 170 mostra claramente as interfaces de limitede leito inclinadas a aproximadamente 180 graus. A curva 172, a qual varialigeiramente de um valor de 180 graus (ver escala inferior para A-i) comouma função de profundidade x, verifica quantitativamente esta observação. Énotado que a imagem 170 não é necessária para determinar a direção deinclinação de leito, mas está provida somente para mostrar a eficiência docoeficiente A-i na provisão de uma indicação direcional precisa que não re-quer nenhum exame subjetivo da imagem.

A figura 10 é a mesma imagem de furo de poço de densidade demassa 170 como mostrado na figura 9, com a faixa de densidade de massaestática novamente variando de 2,2 a 2,8 g/cm3. A curva 176 representa ocoeficiente A4 com uma escala variando de -0,4 a +0,4 g/cm3. A profundida-des x onde o contraste de densidade varia de zero, o valor correspondentede A4 é maior ou menor do que zero. Ao contrário, a profundidades x onde ocontraste de densidade se aproxima ou é de zero, o valor correspondente deA4 é menor ou zero. Apresentado de outro modo, os valores de A4 maioresdo que ou menores do que zero indicam que as interfaces de leito inclinadointersectam o furo de poço. É novamente notado que a imagem 170 não énecessária para determinar o contraste de densidade dos leitos inclinados,mas está provida somente para mostrar a eficiência do coeficiente A4 naprovisão de uma indicação direcional precisa que não requer nenhum examesubjetivo da imagem.

A figura 11 ilustra a resposta 180 de uma ferramenta de densi-dade de LWD hipotética conforme esta gira a uma profundidade x dentro deum furo de poço que está intersectado por dois leitos inclinados de densida-de de 2,30 gramas por centímetro cúbico (g/cm3) e 2,10 g/cm3. A ordenada éa densidade de massa px((j)i) medida pela ferramenta orientada quando ori-entada a um ângulo azimutal <j>j (abscissa). Utilizando uma convenção denotação anteriormente definida, o subscrito "i" indica os bins azimutais, nosquais a medição de densidade é feita. Os pontos de dados medidos estãoindicados pelos símbolos 182, com somente alguns sendo identificados parasimplificar a ilustração. É aparente que a direção de inclinação é de aproxi-madamente 180 graus como indicado pelo mínimo na curva 180. Como an-teriormente discutido, a curva 180 é obtida pelo ajuste da função de respostaGaussiana modificada da equação (3) aos pontos de dados de densidade demassa medidos 182.

A figura 12 ilustra a curva 181 a qual é a segunda derivada dacurva 180 apresentada na figura 11. A ordenada é d2px(((>j)/d((|)j)2 e a abscissaé novamente §\. As segundas derivadas dos pontos de dados medidos estãoindicadas pelos símbolos 186, novamente com somente alguns sendo identi-ficados para simplificar a ilustração. Os cruzamentos zero 190a e 190b dacurva 181 são os ângulos azimutais fi e <f>2 (definidos na equação (2)) nosquais a interface de limite de leito intersecta o furo de poço a uma profundi-dade x.

Para resumir, um primeiro coeficiente de ajuste (A-i) e um se-gundo coeficiente de ajuste (A4) para uma função de resposta Gaussianamodificada são examinados como uma função de profundidade. Variaçõesno coeficiente A4 que são maiores ou menores do que zero indicam uma in-terface de leito inclinado que intersecta o furo de poço. A magnitude do coe-ficiente Ai (90 a 360 graus) indica a direção de inclinação de leito em relaçãoa um ângulo de referência azimutal predeterminado. Finalmente, os cruza-mentos zero da segunda derivada d2px((|>i)/d(<t>i)2 geram os ângulos azimutais4>i e (j)2 nos quais a interface de limite de leito intersecta o furo de poço a umaprofundidade x.

A figura 13 é um fluxograma do método acima para medir auto-maticamente os parâmetros de leitos inclinados que intersectam um furo depoço. A profundidade x é iniciada em 200. Os valores de densidade de mas-sa px(cf)i) para uma única revolução da ferramenta são medidos em 202. Osvalores de densidade de massa são somados para cada bin "i" ao longo dointervalo de profundidade Ax para obter px{§\) em 204. Os valores de Ai e A4são determinados do ajuste dos valores de px(<|>i) para a função de respostaGaussiana modificada em 206. A4 é verificado em 208 quanto a valores mai-ores ou menores do que zero. Se nenhuma variação de zero for encontrada,não existe nenhuma interface de leito inclinado intersectante na profundida-de x. A profundidade é, portanto, incrementada em 216 e o processamentoretorna para a etapa 202. Se uma variação de zero em A4 for detectada,uma interface de leito inclinado está intersectando o furo de poço. A segundaderivada d2px(<t>i)/d(c|>i)2 é computada em 210 e os ângulos azimutais de cru-zamento zero, <j>i e <j)2, são determinados em 212. Os parâmetros de interes-se são gravados com uma função de profundidade x em 214, a profundidadeé incrementada em 216, e o processamento é retornado para etapa 202.

Este processo é repetido por meio disto gerando um ou mais "mapas" deimagem de mudanças em densidade de massa e direção de leitos inclinadoscomo mostrado nas figuras 9 e 10. As computações são de preferência exe-cutadas no processador de fundo de poço 26a (ver figura 1) com os resulta-dos sendo telemetrados para o equipamento de superfície 38 e subsequen-temente para o gravador 40 no qual o mapa é gerado.

Utilizando o algoritmo na figura 13, um mapa de ângulos azimu-tais de interseção de leitos inclinados como uma função de azimute e pro-fundidade de fundo de poço pode ser gerado. A figura 14 mostra um exem-plo de tal mapa de imagem. A imagem esquerda é uma porção da mesmaimagem 170 de mudanças em densidade de massa como uma função deângulo azimutal mostradas nas figuras 9 e 10. A imagem direita é a mesmaimagem 170 com linhas 191a e 191b para cada incremento de profundidadeAx estendendo do ângulo azimutal 0 e 360 para os ângulos azimutais decruzamento zero e (j)2, respectivamente (ver figura 12). Os detalhes destaapresentação de imagem são mais claramente vistos no inserto expandidoda figura 14a, a qual ilustra uma linha 191a a cada intervalo de profundidadeAx que estende de (j>i = 0 a zero para o ângulo de cruzamento §i identificadoem 190a. Do mesmo modo, o inserto expandido da figura 14b a qual ilustrauma linha 191b a cada intervalo de profundidade Ax que estende de = 360graus para o ângulo de cruzamento zero (f>2 identificado em 190b. É aparenteque o lado direito da figura 14 proveja uma imagem que apresenta claramen-te a geometria de leitos intersectantes. É novamente notado que nenhumaanálise manual da imagem de densidade seja requerida para gerar este ma-pa de imagem.

A descrição acima deve ser considerada como ilustrativa e não-restritiva, e a invenção está limitada somente pelas reivindicações que se-guem.

Claims (18)

1. Método para reduzir os dados azimutais medidos, o métodocompreendendo:(a) ajustar os ditos dados medidos a uma função de resposta;(b) determinar os coeficientes de função de resposta do dito a-juste;(c) escalar os ditos coeficientes para um número de bits prede-terminado; em que(d) os ditos coeficientes escalados combinados com a dita fun-ção de resposta representam os ditos dados medidos reduzidos.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a dita fun-ção de resposta é uma função Gaussiana modificada que compreende cincoditos coeficientes.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, em que os ditos da-dos medidos compreendem as respostas de um sensor de ferramenta deperfilagem em uma pluralidade de bins azimutais.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, ainda compreen-dendo escalar os ditos cinco coeficientes para 32 bits.

5. Método de acordo com a reivindicação 2, em que:(a) os ditos dados azimutais são medidos dentro de um furo depoço;(b) a variação em um segundo dos ditos coeficientes de funçãode resposta indica uma interface de leito inclinado que intersecta o dito furode poço; e(c) a magnitude de um primeiro dos ditos coeficientes de funçãode resposta indica a direção azimutal da dita interface de leito inclinado.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, em que os cruza-mentos zero de uma segunda derivada da dita função de resposta de ajustegeram os ângulos azimutais nos quais a dita interface de limite de leito inter-secta o dito furo de poço.

7. Método para telemetrar e reconstruir os dados azimutais re-duzidos, o método compreendendo:(a) ajustar os dados azimutais medidos a uma função de resposta;(b) determinar os coeficientes de função de resposta do dito a-juste para à dita função de resposta;(c) escalar os ditos coeficientes para um número de bits prede-terminado;(d) prover uma primeira unidade de telemetria com os ditos coe-ficientes escalados;(e) telemetrar os ditos coeficientes escalados da dita primeiraunidade de telemetria para uma segunda unidade de telemetria; e(f) combinar os ditos coeficientes escalados recebidos pela ditasegunda unidade de telemetria com a dita/função de resposta para recons-truir os ditos dados reduzidos.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, que compreende asetapas adicionais de:(a) prover um primeiro processador;(b) determinar os ditos coeficientes do dito ajuste no dito primei-ro processador;(c) prover um segundo processador; e(d) combinar, com o dito segundo processador, os ditos coefici-entes escalados recebidos pela dita segunda unidade de telemetria com adita função de resposta para reconstruir os ditos dados reduzidos.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, ainda compreen-dendo:(a) dispor a dita primeira unidade de telemetria e o dito primeiroprocessador em uma ferramenta de perfilagem; e(b) dispor a dita segunda unidade de telemetria e o dito segundoprocessador em um equipamento de superfície; em que(c) a dita ferramenta de perfilagem e o dito equipamento de su-perfície estão operacionalmente conectados por uma coluna de perfuração.

10. Método de acordo com a reivindicação 8, em que a dita fun-ção de resposta é uma função Gaussiana modificada que compreende cincoditos coeficientes.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, em que:(a) os ditos dados azimutais medidos são um parâmetro de inte-resse de furo de poço; e(b) os ditos dados reduzidos reconstruídos são combinados paraformar uma imagem de furo de poço do dito parâmetro de interesse de furode poço.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o ditonúmero de bits predeterminado é determinado pela precisão requerida dadita imagem de furo de poço.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o ditonúmero de bins predeterminado é determinado pela resolução requerida dadita imagem de furo de poço.

14. Aparelho para telemetrar e reconstruir dados reduzidos, oaparelho compreendendo:(a) um primeiro processador;(b) uma primeira unidade de telemetria que coopera com o ditoprimeiro processador;(c) uma segunda unidade de telemetria operacionalmente conec-tada na dita primeira unidade de telemetria; e(d) um segundo processador que coopera com a dita segundaunidade de telemetria; em que(e) o dito primeiro processador está pré-programado para ajustaros dados medidos a uma função de resposta,determinar os coeficientes da dita função de resposta do ditoajuste, eescalar os ditos coeficientes para um número de bits predeter-minado; e(f) o dito segundo processador está pré-programado para rece-ber os ditos coeficientes escalados telemetrados da dita primeira unidade detelemetria para a dita segunda unidade de telemetria, ecombinar os ditos coeficientes escalados com a dita função deresposta para reconstruir os ditos dados reduzidos.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, em que:(a) o dito primeiro processador e a dita primeira unidade de te-lemetria estão dispostos em uma ferramenta de perfilagem que opera dentrode um furo de poço;(b) o dito segundo processador e a dita segunda unidade de te-lemetria estão dispostos em um equipamento de superfície; e(c) a dita ferramenta de perfilagem e o dito equipamento de su-perfície estão operacionalmente conectados por uma coluna de perfuração.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, em que o ditoprimeiro processador está adicionalmente pré-programado para:(a) medir a variação em um segundo dos ditos coeficientes defunção de resposta;(b) medir uma magnitude de um primeiro dos ditos coeficientesde função de resposta;(c) identificar uma interface de leito inclinado que intersecta odito furo de poço da dita variação do dito segundo coeficiente de função deresposta; e(d) computar a direção azimutal da dita interface de leito inclina-do da dita magnitude do dito segundo coeficiente de função de resposta.

17. Aparelho de acordo com a reivindicação 16, em que o ditoprimeiro processador está adicionalmente pré-programado para:(a) computar uma segunda derivada da dita função de respostaajustada;(b) determinar os cruzamentos zero da dita segunda derivada; e(c) determinar dos ditos cruzamentos zero os ângulos azimutaisnos quais a dita interface de limite de leito intersecta o dito furo de poço.

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, ainda compre-endendo:(a) um sensor disposto na dita ferramenta de perfilagem; em que(b) os ditos dados medidos são respostas do dito sensor paraum parâmetro de interesse de furo de poço; e(c) os ditos dados reduzidos reconstruídos são combinados paraformar uma imagem de furo de poço do dito parâmetro de interesse de furode poço.