BRPI0903050A2 - imageador de solo de resistividade de alta resolução - Google Patents

Abstract

IMAGEADOR DE SOLO DE RESISTIVIDADE DE ALTA RESOLUçãO. A presente invenção refere-se a uma ferramenta de imagear que inclui uma plataforma cuja curvatura é escolhida baseado na faixa esperada de raio do furo de sonda e no tamanho da plataforma, de modo a manter o afastamento da parede do poço máximo abaixo de um valor desejado. A curvatura pode ser ajustada utilizando fixadores.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "IMAGEADORDE SOLO DE RESISTIVIDADE DE ALTA RESOLUÇÃO".

ANTECEDENTES DA DESCRIÇÃO

1. Campo da Descrição

A presente invenção refere-se à exploração de hidrocarbonetosenvolvendo investigações elétricas de um furo de sonda penetrando umaformação terrestre. Mais especificamente, esta descrição refere-se a um mé-todo e aparelho possuindo a flexibilidade de proporcionar uma imagem deuma parede de furo de sonda para uma ampla faixa de tamanhos de furo de sonda.

2. Antecedentes da Técnica

A perfilagem elétrica de furo de sonda é freqüentemente utiliza-da para proporcionar imagens de uma propriedade elétrica de furo de son-das. Existem duas categorias de dispositivos tipicamente utilizados comodispositivos de perfilagem elétrica para imagear furos de sonda. Na primeiracategoria (dispositivos galvânicos), um eletrodo de medição (fonte ou depó-sito de corrente) é utilizado em conjunto com um eletrodo de retorno (tal co-mo o corpo da ferramenta). Uma corrente flui a partir de uma fonte de cor-rente na ferramenta até um eletrodo de medição através da formação terres-tre. A corrente retorna para a fonte através de outro eletrodo. A segunda ca-tegoria refere-se a ferramentas de medição indutivas nas quais uma antenadentro da ferramenta de perfilagem elétrica induz um fluxo de corrente den-tro da formação terrestre. A magnitude da corrente induzida é detectada uti-lizando a mesma antena ou uma antena separada.

Existem vários modos de operação de um dispositivo galvânico.Em um modo, a corrente em um eletrodo de corrente é mantida constante euma tensão elétrica é medida entre um par de eletrodos monitores. Em outromodo, a tensão elétrica do eletrodo de medição é fixa e a corrente fluindo apartir do eletrodo de medição é medida.

Os dispositivos galvânicos são dispositivos de contato, pelo fatode que os eletrodos de medição geralmente entram em contato com a pare-de do furo de sonda durante a perfilagem do furo. Tais dispositivos são sen-síveis aos efeitos de rugosidade do furo de sonda, tamanho do furo de son-da e do afastamento da parede do poço da plataforma transportando os ele-trodos de medição. A presente descrição proporciona uma ferramenta deperfilagem elétrica aperfeiçoada que reduz os efeitos do afastamento da pa-rede do poço da plataforma.

SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

Uma concretização da descrição proporciona um método paraestimar uma propriedade de uma formação terrestre. Em um aspecto, o mé-todo pode incluir: transportar uma ferramenta no furo de sonda, a ferramentaincluindo uma montagem de sensor possuindo uma superfície ajustável, con-trolar o afastamento da parede do poço da ferramenta por ajustar a superfí-cie ajustável utilizando uma estimativa relacionada com o furo de sonda; o-perar a montagem de sensor para proporcionar um sinal de saída, e proces-sar o sinal de saída para estimar um valor da propriedade da formação.

Outra concretização da descrição inclui um aparelho configuradopara estimar uma propriedade da formação. O aparelho inclui: uma ferra-menta configurada para ser transportada em um furo de sonda, a ferramentaincluindo uma montagem de sensor possuindo uma superfície ajustável; eum processador configurado para utilizar um sinal de saída da montagem desensor para estimar um valor da propriedade; onde a montagem de sensor éconfigurada para proporcionar o sinal de saída quando um afastamento daparede do poço da ferramenta é ajustado utilizando uma estimativa relacio-nada com o furo de sonda.

Outra concretização de acordo com a descrição proporciona ummeio legível por computador armazenando no mesmo instruções que quan-do lidas por um processador causam que o processador execute um méto-do. O método inclui: controlar um afastamento da parede do poço de umaferramenta transportada em um furo de sonda por ajustar uma superfícieajustável da ferramenta utilizando uma estimativa relacionando-se com ofuro de sonda; operar a montagem de sensor para proporcionar um sinal desaída; e processar o sinal de saída para estimar um valor da propriedade.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASA presente descrição é mais bem entendida com referência àsfiguras acompanhantes, nas quais números iguais referem-se geralmente aelementos iguais e nas quais:

A Figura 1 apresenta uma ferramenta de perfilagem ilustrativaque inclui uma ferramenta de imagear fabricada de acordo com uma concre-tização da descrição em um furo de sonda.

A Figura 2A é um diagrama esquemático de uma ferramenta deimagear ilustrativa fabricada de acordo com uma concretização da descriçãopara uso em uma ferramenta de perfilagem, tal como a ferramenta de perfi-lagem da Figura 1.

A Figura 2B é uma vista detalhada de uma plataforma fabricadade acordo com uma concretização da revelação para uso em uma ferramen-ta de imagear, tal como a ferramenta de imagear apresentada na Figura 2A;

A Figura 3A ilustra uma plataforma possuindo um raio de curva-tura menor do que um furo de sonda;

A Figura 3B ilustra uma plataforma possuindo um raio de curva-tura maior do que um furo de sonda;

A Figura 4 apresenta uma relação entre o raio da plataforma, oraio do furo de sonda e o afastamento máximo da parede do poço de acordocom um aspecto da descrição para uso em uma ferramenta de imagear, talcomo a ferramenta de imagear apresentada na Figura 2;

A Figura 5 apresenta uma plataforma para a qual o raio de cur-vatura pode ser ajustado; e

A Figura 6 apresenta uma imagem ilustrativa obtida com umaferramenta de imagear de resistividade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A Figura 1 apresenta uma ferramenta de perfilagem ilustrativa 10suspensa em um furo de sonda 12 que penetra uma formação terrestre 13 apartir de um cabo adequado 14 que passa sobre uma polia 16 montada nasonda de perfuração 18. Por padrão da indústria, o cabo 14 inclui um mem-bro de tensão e sete condutores para transmitir comandos para a ferramentae para receber dados de volta a partir da ferramenta bem como energia paraa ferramenta. A ferramenta 10 é elevada e abaixada pelo guincho principal20. O módulo eletrônico 22, na superfície 23, transmite os comandos opera-cionais requeridos para o fundo de poço e em retorno, recebe dados de voltaos quais podem ser gravados em um meio de armazenamento de arquivosde qualquer tipo desejado para processamento simultâneo ou posterior. Osdados podem ser transmitidos de forma analógica ou digital. Os processado-res de dados, tal como um computador adequado 24, podem ser proporcio-nados para executar a análise dos dados no campo em tempo real ou osdados gravados podem ser enviados para um centro de processamento ouambos para processamento posterior dos dados. A ferramenta 10 inclui umanova plataforma que é discutida abaixo.

A Figura 2A é uma vista externa esquemática de uma ferramen-ta de imagear furo de sonda 10 fabricada de acordo com uma concretizaçãoda descrição. A ferramenta 10 compreende arranjos de resistividade 26 eopcionalmente, uma célula de lama 30 e um televisor acústico circunferenci-al 32. Os módulos eletrônicos 28 podem estar localizados em localizaçõesadequadas no sistema e não necessariamente na localização indicada. Osvários componentes da ferramenta de imagear podem ser montados em ummandril 34 de qualquer maneira adequada. Um módulo de orientação 36incluindo uma magnetômetro e um acelerômetro ou sistema inercial de ori-entação pode ser montado acima das montagens de imagear 26 e 32. A par-te superior da ferramenta 10 contém um módulo de telemetria 38 para amos-tragem, digitalização e transmissão das amostras de dados a partir dos vá-rios componentes da ferramenta 10 para o módulo eletrônico da superfície22. Os dados a partir dos vários componentes são digitalizados antes doenvio de tais dados para o módulo eletrônico da superfície 22. Em uma dis-posição alternativa, os dados podem ser transmitidos em forma analógica edigitalizados pelos componentes eletrônicos da superfície 22.

Também apresentados na Figura 2A são três arranjos de resisti-vidade 26 (um quarto arranjo de resistividade está oculto nesta vista). Refe-rindo-se às Figuras 2A e 2B, cada plataforma 40 colocada em um membrode mola 42. Uma plataforma 42 inclui um arranjo de eletrodos de medição41a, 41b, 41 n para injetar correntes elétricas dentro da formação, focan-do os eletrodos 43a, 43b para focagem horizontal das correntes elétricas apartir dos eletrodos de medição e focando os eletrodos 45a, 45b para foca-gem vertical das correntes elétricas a partir dos eletrodos de medição. Parao propósito desta descrição, o termo "vertical" refere-se à direção ao longodo eixo geométrico do furo de sonda e "horizontal" refere-se a um plano per-pendicular à vertical.

A Figura 3A apresenta uma plataforma ilustrativa 303 possuindoum raio de curvatura 305 dentro de um furo de sonda 301. Na plataformaapresentada, o raio de curvatura da plataforma 303 é menor do que o raio dofuro de sonda, de modo que no centro da plataforma o afastamento da pare-de do poço seja zero e ele aumente para longe do centro da plataforma.

Em contraste, na Figura 3B, a plataforma 303' possui um raio decurvatura maior 305' do que o raio do furo de sonda 301, de modo que ocentro da plataforma possui um afastamento da parede do poço a partir daparede do furo de sonda enquanto as bordas da plataforma possuem umafastamento da parede do poço menor ou nenhum afastamento da parededo poço. Os resultados de cálculos apresentando os efeitos do raio da plata-forma e do raio do furo de sonda são discutidos com referência à Figura 4.

Para os propósitos da presente descrição, a plataforma com os sensorespode ser referida como uma montagem de sensor.

São apresentados na Figura 4 representações gráficas do raiode curvatura da plataforma (em centímetros (polegadas) como a abscissa eo afastamento da parede do poço (ordenada) para o raio do furo de sondade 7,62 cm (3,00") 401, 8,255 cm (3,25") 403, 10,16 cm (4") 405, 12,7 cm(5") 407, 15,48 cm (6") 409, 17,78 cm (7") 411 e 20,32 cm (8") 413. As re-presentações gráficas correspondem ao afastamento da parede do poçomáximo para a plataforma ilustrativa.

Na Figura 4, as curvas com inclinação negativa correspondemaos casos onde os eletrodos de resistividade na borda da plataforma possu-em o afastamento da parede do poço máximo, enquanto as curvas com in-clinação positiva correspondem ao caso onde os eletrodos de medição nocentro da plataforma possuem o afastamento da parede do poço máximo.

A Figura 4 é instrutiva pelo fato de que para a ferramenta ilustra-tiva, um raio de curvatura da plataforma de entre 10,67 cm (4,2") e 11,69 cm(4,6") definido pela região 421 possui um afastamento da parede do poçomáximo aceitável de menos do que 6,35 mm (1/4") que foi visto como sendoaceitável em simulações e na prática. Isto é aceitável para uma grande faixade tamanhos de furo de sonda (de diâmetro de 15,24 cm (6") até diâmetrode 40,64 cm (16")). Isto leva a uma concretização da descrição, a saber, se-lecionando uma plataforma possuindo um raio de curvatura que possui umafastamento da parede do poço aceitável (menos do que um máximo especi-ficado) para a faixa especificada de tamanhos de furo de sonda a serem en-contrados na prática. A plataforma pode ser configurada para qualquer afas-tamento da parede do poço adequado.

Os resultados da Figura 4 , como um exemplo, também levam auma segunda concretização da descrição, ilustrada na Figura 5. Apresenta-da na Figura 5 está uma plataforma 303". Esta inclui um material de suporte501 e um conjunto de fixadores ajustáveis 503a, 503b, 503c, os quais po-dem ser ajustados para alterar o raio de curvatura da face da plataforma.Neste exemplo, três fixadores são apresentados, mas isto não é para serconstruído como uma limitação para a descrição. Os versados na técnicareconheceriam que um mínimo de um único fixador no centro é suficientepara alterar a curvatura da plataforma 303, enquanto vários fixadores tipica-mente irão proporcionar uma melhor correspondência da face da plataformacom a parede do furo de sonda. A face da plataforma está em uma superfí-cie ajustável e assim, por utilizar os fixadores ajustáveis, o afastamento daparede do poço da superfície ajustável é controlado utilizando uma estimati-va do tamanho do furo de sonda. Em uma concretização da descrição, o a-juste da superfície ajustável pode ser feito por um processador de fundo depoço ou por um processador da superfície baseado em medições em temporeal do tamanho e/ou do formato do furo de sonda.

Os componentes eletrônicos associados com o sensor em cadaplataforma podem ser os mesmos como na técnica anterior. Qualquer dispo-sição de acoplamento adequada incluindo, mas não limitada a esta que podesuportar a pressão e os fluídos de fundo de poço, pode ser utilizada. A pre-sente descrição desse modo visa a possibilidade de utilizar menos do quetodo o complemento de eletrodos na plataforma. Em tais casos, o mesmoespaçamento azimutal de eletrodo pode corresponder a uma separação a-zimutal menor para um furo de sonda com raio grande do que para um furode sonda com um raio menor. Utilizar um subconjunto dos eletrodos azimu-tais proporciona flexibilidade na resolução azimutal da imagem produzida.

Utilizar um subconjunto dos eletrodos também pode ser utilizado para redu-zir o tamanho efetivo da plataforma azimutal quando o afastamento da pare-de do poço nas bordas da plataforma é excessivo.

Para um furo de sonda com raio maior, podem existir espaçosna imagem total de 360°, visto que cada plataforma proporcionaria uma co-bertura azimutal menor. Qualquer técnica adequada de interpolação podeser utilizada para preencher os espaços na imagem.

Referindo-se agora à Figura 6, uma imagem ilustrativa é apre-sentada. Um registro de raio gama é apresentado por 603, uma imagem bi-dimensional (2-D) da parede do furo de sonda com uma exibição de ganhofixo por 605 e uma imagem 2-D da parede do furo de sonda com um ganhodinâmico aplicado para a exibição por 607. Duas vistas isométricas da pare-de do furo de sonda em geometria cilíndrica são apresentadas em 609. Aimagem determinada pode então ser gravada em um meio adequado tal co-mo um dispositivo de memória.

As concretizações apresentadas neste documento referem-se adispositivos galvânicos nos quais a corrente dos eletrodos de corrente é utili-zada para imagear a resistividade. Os princípios e os métodos descritos a-cima também podem ser utilizados para dispositivos galvânicos nos quaistensões elétricas através de pares de eletrodos são utilizadas. Os princípiose os métodos descritos acima são igualmente aplicáveis para dispositivos deindução nos quais pequenos quadros de antena são utilizados para medir ocampo magnético produzido pelas correntes induzidas fluindo na formação.

Por esta razão, o termo sensor é pretendido como incluindo tanto eletrodoscomo antenas de percepção.

A descrição acima foi no contexto de uma plataforma de imageartransportada por cabo. Uma implementação para medição enquanto perfu-rando também é possível. A perfuração é realizada por uma broca em umamontagem de fundo de poço (BHA) transportada em um tubular de perfura-ção. Em particular, existem pelo menos duas situações nas quais a curvatu-ra da plataforma pode precisar ser ajustada para corresponder à curvaturado furo de sonda. A primeira situação, onde um dispositivo de imagear mon-tado na plataforma pode ser utilizado, é quando a perfuração é feita utilizan-do uma broca superdimensionada. O uso de uma plataforma extensível foidiscutido, por exemplo, na Patente US 5.242.020 para Cobern, possuindo omesmo cessionário da presente descrição cujo conteúdo é incorporado nes-te documento por referência. A segunda situação é quando existe uma sepa-ração axial entre a broca e a plataforma de imagear e o furo de sonda des-moronou ou foi lavado.

Implícito no processamento dos dados está o uso de um pro-grama de computador implementado em um meio adequado legível por má-quina que permite que um ou mais processadores executem a aquisição e oprocessamento. O termo processador como utilizado neste pedido é preten-dido como incluindo tais dispositivos como arranjos de portas programaveisem campo (FPGAs). O meio legível por máquina pode incluir ROMs, E-PROMs, EAROMs, Memórias Rápida e discos Óticos. Como citado acima, oprocessamento pode ser feito no fundo do poço ou na superfície.

Enquanto a descrição precedente é direcionada para certas con-cretizações da descrição, várias modificações serão aparentes para os ver-sados na técnica. É pretendido que todas tais variações dentro do escopo edo espírito das reivindicações anexas estejam incluídas pela descrição pre-cedente.

Claims (15)

1. Método para estimar propriedade de uma formação, o métodocompreendendo:transportar uma ferramenta em um furo de sonda, a ferramentaincluindo uma montagem de sensor possuindo uma superfície ajustável;controlar um afastamento da parede do poço da ferramenta porajustar a superfície ajustável utilizando uma estimativa relacionada com ofuro de sonda;operar a montagem de sensor para proporcionar um sinal desaída; eprocessar o sinal de saída para estimar um valor da propriedade.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que controlar oafastamento da parede do poço da ferramenta adicionalmente compreendeajustar um raio de curvatura da superfície ajustável e em que a estimativareferindo-se a ofuro de sonda adicionalmente compreende um tamanho dofuro de sonda.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, adicionalmentecompreendendo utilizar, para a montagem de sensor, uma montagem inclu-indo vários sensores na superfície ajustável.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, adicionalmentecompreendendo proporcionar uma imagem bidimensional da propriedade daformação terrestre.

5. Método de acordo com a reivindicação 3, em que compreendeadicionalmente utilizar para a montagem de sensor uma montagem incluindovários sensores de resistividade.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, adicionalmentecompreendendo transportar a montagem de sensor para dentro do furo desonda em um cabo.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, adicionalmentecompreendendo transportar a montagem de sensor para dentro do furo desonda em um tubular de perfuração.

8. Aparelho configurado para estimar uma propriedade da for-mação, o aparelho compreendendo:uma ferramenta configurada para ser transportada em um furode sonda, a ferramenta incluindo uma montagem de sensor possuindo umasuperfície ajustável; eum processador configurado para utilizar um sinal de saída damontagem de sensor para estimar um valor da propriedade;em que a montagem de sensor é configurada para proporcionaro sinal de saída quando um afastamento da parede do poço da ferramenta éajustado utilizando uma estimativa relacionada com o furo de sonda.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, em que o afasta-mento da parede do poço da ferramenta é configurado para ser controladopelo ajuste de um raio de curvatura da superfície ajustável.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, em que a monta-gem de sensor adicionalmente compreende vários sensores na superfícieajustável.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, em que o proces-sador é adicionalmente configurado para proporcionar uma imagem bidi-mensional da propriedade da formação terrestre.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, em que os vá-rios sensores adicionalmente compreendem sensores selecionados dentre:(i) uma antena, e (ii) um eletrodo.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, adicionalmentecompreendendo um dispositivo de transporte configurado para transportar amontagem de sensor para dentro do furo de sonda, o dispositivo de trans-porte selecionado dentre: (i) um cabo, e (ii) um tubular de perfuração.

14. Produto de meio legível por computador tendo armazenadono mesmo instruções, as quais, quando lidas por um processador, fazemcom que o processador execute um método, o método compreendendo:controlar um afastamento da parede do poço de uma ferramentatransportada em um furo de sonda por ajustar uma superfície ajustável daferramenta utilizando uma estimativa relacionando-se com o furo de sonda;operar a montagem de sensor para proporcionar um sinal desaída; eprocessar o sinal de saída para estimar um valor da propriedade.

15. Meio legível por computador como deifnido na reivindicação-14, adicionalmente compreendendo pelo menos um dentre: (i) uma ROM, (ii)uma EPROM, (iii) uma EAROM, (iv) uma memória rápida, e (v) um disco óti-co.