BRPI1011355B1

BRPI1011355B1 - broca de perfuração para perfurar uma formação subterrânea e método para operar a broca de perfuração

Info

Publication number: BRPI1011355B1
Application number: BRPI1011355A
Authority: BR
Inventors: J Lutes Paul; Tien Trinh Tu
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2019-09-03
Also published as: BRPI1011355A2; EP2394022A2; WO2010091239A3; EP2394022B1; RU2011136532A; EP2394022A4; US8100196B2; WO2010091239A2; US20090194332A1; WO2010091239A4

Abstract

"método e aparelho destinados à coleta de dados de desempenho de brocas de perfuração". a presente invenção refere-se a brocas de perfuração e métodos para amostragem de dados sensoriais associados a um estado de uma broca de perfuração. uma broca de perfuração que serve para perfurar uma formação subterrânea pode compreender uma broca configurada para receber um módulo de análise de dados. o módulo de análise de dados pode compreender pelo menos um sensor configurado para captar pelo menos um parâmetro físico. um método pode incluir coletar dados sensoriais em uma frequência de amostragem amostrando-se pelo menos um sensor disposto .;- em uma broca de perfuração, sendo que pelo menos um sensor é responsável por pelo menos um parâmetro físico associado a um estado de broca de perfuração. o método pode incluir, ainda, filtrar os dados sensoriais coleta- dos para desenvolver curvas polinomiais por segmentos dos dados sensoriais.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para BROCA DE PERFURAÇÃO PARA PERFURAR UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA E MÉTODO PARA OPERAR A BROCA DE PERFURAÇÃO. REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE [001] O presente pedido reivindica o benefício à data de depósito do Pedido de Patente Norte-Americano com Número de Série No. 12/367.433, depositado em 6 de fevereiro de 2009, para METHOD AND APPARATUS FOR COLLECTING DRILL BIT PERFORMANCE DATA.

CAMPO DA TÉCNICA [002] A presente invenção refere-se, em geral, a brocas de perfuração que servem para perfurar formações subterrâneas e, mais particularmente, a métodos e aparelhos destinados ao monitoramento de parâmetros operacionais de brocas de perfuração durante operações de perfuração.

ANTECEDENTES [003] A indústria de petróleo e gás gasta somas consideráveis para projetar ferramentas de corte, tais como brocas de perfuração no interior do poço que incluem brocas de cones e brocas de corte fixas, que apresentam vidas úteis relativamente longas, com falhas relativamente infrequentes. Em particular, gastam-se somas consideráveis para projetar e fabricar brocas de cones e brocas de corte fixas de modo que minimize as chances de ocorrência de falhas catastróficas da broca de perfuração durante as operações de perfuração. A perda de um cone ou um compacto de diamante policristalino (PDC) a partir de uma broca de corte fixa durante as operações de perfuração pode impedir as operações de perfuração e, na pior das hipóteses, necessitar operações de pescaria dispendiosas. Se as operações de pescaria falharem, as operações de perfuração com desvio devem ser realizadas com a finalidade de perfurar ao redor da porção do poço que inclui

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2/68 os cones ou cortadores PDC perdidos. Tipicamente, durante as operações de perfuração, as brocas são puxadas e substituídas por novas brocas apesar de o serviço significativo poder ser obtido a partir da broca substituída. Estas substituições prematuras de brocas de perfuração no interior do poço são dispendiosas, visto que cada operação de disparo do poço prolonga a atividade total de perfuração, e consume mão-de-obra considerável, porém, são, todavia realizadas com a finalidade de evitar o processo disruptivo e dispendioso de, na melhor das hipóteses, puxar a coluna de perfuração e substituir a broca ou as operações de pescaria e operações de perfuração com desvio necessárias se um ou mais cones ou compactos forem perdidos devido à falha da broca.

[004] Com a necessidade sempre crescente necessária por dados dinâmicos de sistemas de perfuração no interior do poço, uma série de subs (isto é, uma submontagem incorporada na coluna de perfuração acima da broca de perfuração e usada para coletar dados referentes a parâmetros de perfuração) foram projetadas e instaladas nas colunas de perfuração. Infelizmente, estes subs não podem proporcionar dados reais para o que está acontecendo operacionalmente na broca devido a sua colocação física acima da própria broca.

[005] A aquisição de dados é convencionalmente realizada montando-se um sub na Composição de Fundo (BHA), que pode estar vários pés a dezenas de pés (um metro a vários metros) afastado da broca. Os dados coletados a partir de um sub a esta distância da broca podem não refletir precisamente o que está acontecendo diretamente na broca enquanto ocorre a perfuração. Geralmente, esta falta de dados leva à conjectura de o que pode ter causado uma falha da broca ou porque uma broca funcionou tão bem, sem fatos relativamente relevantes ou dados para correlacionar ao desempenho da broca.

[006] Recentemente, propuseram-se sistemas de aquisição de

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3/68 dados para instalação na própria broca de perfuração. No entanto, a coleta, o armazenamento e o relatório de dados a partir desses sistemas foram limitados. Além disso, a coleta de dados convencional nas brocas de perfuração não apresentava a capacidade de se adaptar a eventos de perfuração que podem ser de interesse de modo que permita uma coleta e análise de dados mais detalhada quando ocorrerem estes eventos.

[007] Há uma necessidade que uma broca de perfuração equipada colete e armazene dados a longo prazo que sejam relacionados ao desempenho e à condição da broca de perfuração. Essa broca de perfuração pode estender a vida útil permitindo a reutilização de uma broca em múltiplas operações de perfuração e o desenvolvimento dos dados de desempenho da broca de perfuração em brocas de perfuração existentes, que também podem ser usadas para desenvolver futuros aperfeiçoamentos às brocas de perfuração.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [008] Em uma modalidade da presente invenção, uma broca de perfuração para perfuração de uma formação subterrânea compreende uma câmara formada na mesma, um primeiro conjunto de acelerômetros, e um segundo conjunto de acelerômetros. A broca realiza pelo menos um elemento de corte (também referido como um cortador) e é adaptada para se acoplar a uma coluna de perfuração. A câmara é configurada para manter uma pressão substancialmente próxima a uma pressão atmosférica durante a perfuração da formação subterrânea. O primeiro conjunto de acelerômetros é disposto em um primeiro local na broca e compreende um primeiro acelerômetro radial e um segundo acelerômetro radial. O segundo conjunto de acelerômetros é disposto em um segundo local na broca e compreende um terceiro acelerômetro radial e um quarto acelerômetro radial. Finalmente, o primeiro, o segundo, o terceiro, e o quarto acelerômetros radiais são

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4/68 configurados para captar os efeitos de aceleração radial sobre a broca de perfuração.

[009] Outra modalidade da invenção compreende um aparelho que serve para perfurar uma formação subterrânea que inclui uma broca de perfuração e um módulo de análise de dados disposto na broca de perfuração. A broca de perfuração realiza pelo menos um elemento de corte e é adaptado para se acoplar a uma coluna de perfuração. O módulo de análise de dados compreende uma pluralidade de sensores, uma memória, e um processador. A pluralidade de sensores é configurada para captar pelo menos um parâmetro físico, sendo que a pluralidade de sensores compreende pelo menos um magnetômetro configurado para captar campos magnéticos que agem sobre a broca de perfuração. A memória é configurada para armazenar informações que compreendem instruções computacionais e dados de sensor. O processador é configurado para executar as instruções computacionais para coletar os dados de sensor amostrando-se a pluralidade de sensores. Ademais, as instruções computacionais são configuradas para recalibrar pelo menos um magnetômetro.

[0010] Outra modalidade da invenção compreende um aparelho que serve para perfurar uma formação subterrânea que inclui uma broca de perfuração e um módulo de análise de dados disposto na broca de perfuração. A broca de perfuração realiza pelo menos um elemento de corte e é adaptada para se acoplar a uma coluna de perfuração. O módulo de análise de dados compreende uma pluralidade de sensores, uma memória, um processador, e uma fonte de energia. A pluralidade de sensores é configurada para captar pelo menos um parâmetro físico, sendo que a pluralidade de sensores compreende pelo menos um magnetômetro configurado para captar os campos magnéticos que agem sobre a broca de perfuração. A memória é configurada para armazenar informações que compreendem instruções

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5/68 computacionais e dados de sensor. O processador é configurado para executar as instruções computacionais para coletar os dados de sensor amostrando-se a pluralidade de sensores, sendo que as instruções computacionais são configuradas para recalibrar pelo menos um magnetômetro. Finalmente, a fonte de energia é configurada para fornecer uma primeira tensão para a pluralidade de sensores e fornecer uma segunda tensão para o processador.

[0011] Outra modalidade da invenção inclui um método que compreende coletar dados de sensor em uma frequência de amostragem amostrando-se pelo menos um sensor disposto em uma broca de perfuração. Neste método, pelo menos um sensor é responsivo a pelo menos um parâmetro físico associado a um estado da broca de perfuração. O método compreende, ainda, filtrar os dados de sensor na broca de perfuração para desenvolver uma curva polinomial por segmentos dos dados de sensor, sendo que a filtragem compreende aproximar uma primeira derivada de uma forma de onda de dados de sensor, calcular uma pluralidade de zeros a partir da primeira derivada da forma de onda de dados de sensor, e ajustar e um polinômio cúbico entre os zeros adjacentes calculados a partir da primeira derivada.

[0012] Outra modalidade da invenção compreende um aparelho que serve para perfurar uma formação subterrânea que inclui uma broca de perfuração e um módulo de análise de dados disposto na broca de perfuração. A broca de perfuração realiza pelo menos um elemento de corte e é adaptado para se acoplar a uma coluna de perfuração. O módulo de análise de dados compreende uma pluralidade de sensores, uma memória, e um processador. A pluralidade de sensores é configurada para captar pelo menos um parâmetro físico. O processador é operacionalmente acoplado à memória e configurado para executar as instruções computacionais. Ademais, as instruções computacionais são configuradas para filtrar as informações derivadas a

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6/68 partir dos dados de sensor na broca de perfuração para desenvolver uma curva polinomial por segmentos dos dados de sensor. A filtragem compreende aproximar uma primeira derivada de uma forma de onda de dados de sensor, calcular uma pluralidade de zeros a partir da primeira derivada da forma de onda de dados de sensor, e ajustar um polinômio cúbico entre os zeros adjacentes calculados a partir da primeira derivada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0013] A figura 1 ilustra uma sonda de perfuração convencional que serve para realizar operações de perfuração;

[0014] a figura 2 é uma vista em perspectiva de uma broca de arrasto giratória tipo matriz convencional;

[0015] a figura 3A é uma vista em perspectiva de uma haste, recebendo uma modalidade de um módulo eletrônico dotado de um tampão de extremidade;

[0016] a figura 3B é uma vista em corte transversal de uma haste e um tampão de extremidade;

[0017] a figura 4 é um desenho de uma modalidade de um módulo eletrônico configurado como uma placa de circuito flexível que permite a formação em um anel anular adequado para disposição na haste das figuras 3A e 3B;

[0018] as figuras 5A a 5E são vistas em perspectiva de uma broca de perfuração que ilustra locais exemplificadores na broca de perfuração onde um módulo eletrônico, sensores, ou combinações destes podem estar localizados;

[0019] a figura 6 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um módulo de análise de dados de acordo com a presente invenção;

[0020] a figura 6A ilustra a colocação de múltiplos acelerômetros, que possam ser usados, a título de exemplo, para redundância, análise de trajetórias, e combinações das mesmas;

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7/68 [0021] a figura 6B ilustra um exemplo de dados amostrados a partir de um sensor de temperatura;

[0022] a figura 6C é uma vista em perspectiva que mostra uma modalidade da colocação de um comutador ativado por pressão em um tampão de extremidade da broca de perfuração;

[0023] a figura 6D é uma vista em perspectiva de uma porção de membro fixo do comutador ativado por pressão da figura 6C;

[0024] a figura 6E é uma vista em perspectiva de um elemento de carga que inclui medidores de esforço deformador unidos à mesma;

[0025] a figura 6F é uma vista em perspectiva que mostra uma modalidade de uma colocação contemplada do elemento de carga no corpo da broca;

[0026] a figura 7A é um exemplo de um diagrama de temporização que ilustra vários modos de amostragem de dados e as transições entre os modos com base em um disparo de eventos em base temporal;

[0027] a figura 7B é um exemplo de um diagrama de temporização que ilustra vários modos de amostragem de dados e transições entre os modos baseados em um disparo de eventos com base em limite adaptativo;

[0028] as figuras 8A a 8H são fluxogramas que ilustram modalidades de operação do módulo de análise de dados em amostrar valores a partir de vários sensores, salvar os dados amostrados, e analisar os dados amostrados de modo a determinar os disparos de evento de limite adaptativo de acordo com a invenção;

[0029] a figura 9 ilustra exemplos de dados amostrados a partir de sensores de magnetômetro ao longo dos eixos geométricos de um sistema de coordenadas cartesianas giratório;

[0030] a figura 10 ilustra exemplos de dados amostrados a partir de sensores de acelerômetro e sensores de magnetômetro ao longo dos três eixos geométricos de um sistema de coordenadas cartesianas

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8/68 que é estático em relação à broca de perfuração, porém, gira em relação a um observador estacionário;

[0031] a figura 11 ilustra exemplos de dados amostrados a partir dos sensores de acelerômetro, variâncias de dados de acelerômetro ao longo de um eixo geométrico y derivado a partir da análise dos dados amostrados, e limites adaptativos de acelerômetro ao longo do eixo geométrico y derivado a partir da análise dos dados amostrados;

[0032] a figura 12 ilustra exemplos de dados amostrados a partir dos sensores de acelerômetro, variâncias de dados de acelerômetro ao longo do eixo geométrico x derivado a partir da análise dos dados amostrados, e limites adaptativos de acelerômetro ao longo do eixo geométrico x derivado a partir da análise dos dados amostrados;

[0033] a figura 13 ilustra uma forma de onda e uma codificação contemplada de processamento e reconhecimento de sinal codificado por tempo (TESPAR) da forma de onda de acordo com a invenção;

[0034] a figura 14 ilustra um alfabeto TESPAR contemplado para uso na codificação de possíveis dados amostrados de acordo com a invenção;

[0035] a figura 15 é um histograma de ocorrências simbólicas de TESPAR para uma determinada forma de onda;

[0036] a figura 16 ilustra uma configuração de rede neural que pode ser usada para reconhecimento de padrão de dados codificados por TESPAR de acordo com a invenção;

[0037] a figura 17 é um fluxograma que ilustra um fluxo de software contemplado para utilização de um alfabeto TESPAR para codificação e reconhecimento de padrão de dados amostrados de acordo com a invenção;

[0038] a figura 18 é um diagrama representativo de um possível sinal de magnetômetro;

[0039] a figura 19A ilustra exemplos de dados amostrados de

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9/68 magnetômetro ao longo do eixo geométrico x e dos zeros calculados a partir de uma primeira derivada dos dados amostrados;

[0040] a figura 19B ilustra exemplos de dados amostrados de magnetômetro ao longo de um eixo geométrico y e dos zeros calculados a partir de uma primeira derivada dos dados amostrados;

[0041] a figura 19C ilustra exemplos de dados ajustados polinomiais por segmentos correspondentes aos dados amostrados das figuras 19A e 19B;

[0042] a figura 20 é um fluxograma que ilustra um fluxo de software contemplado para utilização de um ajuste polinomial por segmentos para filtrar o componente CA de dados amostrados de magnetômetro de acordo com uma modalidade da invenção; e [0043] as figuras 21A e 21B ilustram exemplos de modalidades de fonte de energia de acordo com a presente invenção.

MODO(S) PARA REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO [0044] A presente invenção inclui uma broca de perfuração e um módulo eletrônico disposto dentro da broca de perfuração para análise de dados amostrados a partir de parâmetros físicos relacionados ao desempenho da broca de perfuração utilizando-se uma variedade de modos de amostragem de dados adaptativos.

[0045] A figura 1 descreve um exemplo de um aparelho convencional que serve para realizar operações de perfuração subterrâneas. A sonda de perfuração 110 inclui uma torre de perfuração 112, um piso da torre de perfuração 114, um guincho de perfuração 116, um gancho 118, uma cabeça injetora 120, uma conexão do Kelly 122, e uma mesa rotativa 124. Uma coluna de perfuração 140, que inclui uma seção de tubo de perfuração 142 e uma seção de comando 144, se estende para baixo a partir da sonda de perfuração 110 em um poço 100. A seção de tubo de perfuração 142 pode incluir uma série de membros ou filamentos de tubo de perfuração tubular conectados entre si e a seção

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10/68 de comando 144 pode, de modo semelhante, incluir uma pluralidade de comandos. Além disso, a coluna de perfuração 140 pode incluir uma submontagem para perfilagem de medição sem interromper a perfuração (MWD) e uma submontagem de transmissão de dados por telemetria do pulso de lama de cooperação, que são coletivamente referidas como um sistema de comunicação MWD 146, assim como outros sistemas de comunicação conhecidos pelos indivíduos versados na técnica.

[0046] Durante as operações de perfuração, o fluido de perfuração é circulado a partir de um tanque de lama 160 através de uma bomba de lama 162, através de um amortecedor de surtos de pressão 164, e através de uma linha de suprimento de lama 166 na cabeça injetora 120. A lama de perfuração (também referida como fluido de perfuração) flui através da conexão do Kelly 122 e em um furo central axial na coluna de perfuração 140. Eventualmente, a mesma sai através de aberturas ou bocais, que ficam localizados em uma broca de perfuração 200, que é conectada à porção mais inferior da coluna de perfuração 140 abaixo da seção de comando 144. A lama de perfuração flui de volta através de um espaço anular entre uma superfície externa da coluna de perfuração 140 e uma superfície interna do poço 100, a ser circulada à superfície onde a mesma é retornada ao tanque de lama 160 através de uma linha de retorno de lama 168.

[0047] Uma tela da peneira de lama (não mostrada) pode ser usada para separar os cortes de formação a partir da lama de perfuração antes de a mesma retornar ao tanque de lama 160. O sistema de comunicação MWD 146 pode utilizar uma técnica de telemetria de pulso de lama para comunicar os dados a partir de um local no interior do poço até a superfície enquanto as operações de perfuração são realizadas. Com o intuito de receber os dados na superfície, um transdutor de pulso de lama 170 é dotado, em comunicação, de uma linha de su

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11/68 primento de lama 166. Este transdutor de pulso de lama 170 gera sinais elétricos em resposta às variações de pressão da lama de perfuração na linha de suprimento de lama 166. Estes sinais elétricos são transmitidos por um condutor de superfície 172 até um sistema de processamento eletrônico de superfície 180, que consiste, convencionalmente, em um sistema de processamento de dados dotado de uma unidade de processamento central destinada à execução de instruções de programa, e responder aos comandos do usuário inseridos através de um teclado ou de um dispositivo de apontamento gráfico. O sistema de telemetria de pulso de lama é proporcionado para comunicar dados à superfície considerando várias condições no interior do poço captadas por sistemas de perfilagem e medição de poço que ficam convencionalmente localizados no sistema de comunicação MWD 146. Os pulsos de lama que definem os dados propagados à superfície são produzidos por equipamentos convencionalmente localizados no sistema de comunicação MWD 146. Tipicamente, tais equipamentos compreendem um gerador de pulso de pressão que opera sob controle de aparelhos eletrônicos contidos em um compartimento para instrumentos de modo a permitir que a lama de perfuração seja expelida através de um orifício que se estende através da parede de comandos. Sempre que um gerador de pulso de pressão causar tal ventilação, transmite-se um pulso de pressão negativa a ser recebido pelo transdutor de pulso de lama 170. Uma disposição convencional alternativa gera e transmite pulsos de pressão. De modo convencional, a lama de perfuração em circulação também pode proporcionar uma fonte de energia para uma submontagem de gerador acionado por turbinas (não mostrada) que pode estar localizada próxima a uma composição de fundo (BHA). O gerador acionado por turbinas pode gerar energia elétrica para o gerador de pulso de pressão e para vários circuitos incluindo aqueles circuitos que formam os componentes operacionais

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12/68 das ferramentas de medição sem interromper a perfuração. Como uma fonte alternativa ou suplementar de energia elétrica, pode-se proporcionar baterias, particularmente como uma cópia para o gerador acionado por turbinas.

[0048] A figura 2 é uma vista em perspectiva de um exemplo de uma broca de perfuração 200 de um cortador fixo, ou uma suposta variedade de broca de arrasto. De modo convencional, a broca de perfuração 200 inclui roscas em uma haste 210 na extensão superior da broca de perfuração 200 para conexão na coluna de perfuração 140 (figura 1). Pelo menos uma lâmina 220 (mostra-se uma pluralidade) em uma extremidade genericamente oposta a partir da haste 210 pode ser dotada de uma pluralidade cortadores PDC (compactos de diamante policristalino) de diamantes naturais ou sintéticos 225, dispostos ao longo das faces principais giratórias das lâminas 220 para realizar uma eficiente desintegração do material de formação à medida que a broca de perfuração 200 é girada no poço 100 (figura 1) sob um peso aplicado na broca (WOB). Uma superfície de almofada de calibre 230 que se estende para cima a partir de cada uma das lâminas 220, é próxima, e geralmente se encontra em contato com a parede lateral do poço 100 (figura 2) durante a operação de perfuração da broca de perfuração 200. Uma pluralidade de canais 240, designados como junkslots, se estende entre as lâminas 220 e as superfícies de almofada de calibre 230 de modo a proporcionar uma área de afastamento para remoção de lascas de formação formadas pelos cortadores 225.

[0049] Proporciona-se uma pluralidade de elementos de inserção de calibre 235 sobre as superfícies de almofada de calibre 230 da broca de perfuração 200. Os elementos de inserção de calibre de corte por cisalhamento 235 sobre as superfícies de almofada de calibre 230 da broca de perfuração 200 proporcionam a capacidade de cisalhar ativamente o material de formação na parede lateral do poço 100 e

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13/68 proporcionar uma capacidade aperfeiçoada de retenção de medidor em brocas de perfuração da variedade de cortadores fixos. A broca de perfuração 200 é ilustrada como uma broca PDC (compacta de diamante policristalino), porém, os elementos de inserção de calibre 235 podem ser igualmente úteis em outros cortadores fixos ou brocas de arrasto que incluem superfícies de almofada de calibre 230 para engate com a parede lateral do poço 100.

[0050] Os indivíduos versados na técnica reconhecerão que a presente invenção pode ser incorporada em uma variedade de tipos de broca de perfuração. A presente invenção possui utilidade no contexto de uma broca de perfuração tricônicas ou de cones giratórios ou outras ferramentas de perfuração subterrâneas, conforme conhecido na técnica, que possam empregar bocais para distribuição de lama de perfuração a uma estrutura de corte durante o uso. Consequentemente, conforme o uso em questão, o termo broca de perfuração inclui e abrange quaisquer e todas as brocas giratórias, incluindo brocas de testemunhagem, brocas de cones, brocas cortadoras fixas; que incluem PDC, diamante natural, diamante sintético produzido de modo termicamente estável (TSP), e brocas impregnadas de diamantes sem limitações, brocas excêntricas, brocas de centro duplo, escareadores, aletas de escareador, assim como outras ferramentas de perfuração configuradas para aceitação de um módulo eletrônico 290 (figura 3A).

[0051] As figuras 3A e 3B ilustram uma modalidade de uma haste 210 presa a uma broca de perfuração 200 (não mostrada), um tampão de extremidade 270, e uma modalidade de um módulo eletrônico 290 (não mostrado na figura 3B). A haste 210 inclui um furo central 280 formado através do eixo geométrico longitudinal da haste 210. Nas brocas de perfuração 200 convencionais, este furo central 280 é configurado para permitir que a lama de perfuração flua através do mesmo. Na presente invenção, pelo menos uma porção do furo central 280 é

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14/68 dotada de um diâmetro suficiente para aceitação do módulo eletrônico 290 configurado em um anel substancialmente anular, ainda sem afetar substancialmente a integridade estrutural da haste 210. Portanto, o módulo eletrônico 290 pode ser colocado no furo central 280, ao redor do tampão de extremidade 270, que se estende através do diâmetro interno do anel anular do módulo eletrônico 290 de modo a criar uma câmara anular hermética a fluidos 260 (figura 3B) com a parede do furo central 280 e vedar o módulo eletrônico 290 em posição na haste 210.

[0052] O tampão de extremidade 270 inclui um diâmetro interno de tampão 276 formado através do mesmo, de tal modo que a lama de perfuração possa fluir através do tampão de extremidade 270, através do furo central 280 da haste 210 até o outro lado da haste 210, e, então, no corpo da broca de perfuração 200. Além disso, o tampão de extremidade 270 inclui um primeiro flange 271 que inclui um primeiro anel de vedação 272, próximo à extremidade inferior do tampão de extremidade 270, e um segundo flange 273 que inclui um segundo anel de vedação 274, próximo à extremidade superior do tampão de extremidade 270.

[0053] A figura 3B é uma vista em corte transversal do tampão de extremidade 270 disposto na haste sem o módulo eletrônico 290 (figura 4), que ilustra a câmara anular 260 formada entre o primeiro flange 271, o segundo flange 273, o corpo do tampão de extremidade 275, e as paredes do furo central 280. O primeiro anel de vedação 272 e o segundo anel de vedação 274 formam um lacre protetor hermético a fluidos entre o tampão de extremidade 270 e a parede do furo central 280 de modo a proteger o módulo eletrônico 290 (figura 4) contra condições ambientais adversas. O lacre protetor formado pelo primeiro anel de vedação 272 e pelo segundo anel de vedação 274 também pode ser configurado para manter a câmara anular 260 em uma presPetição 870190043226, de 08/05/2019, pág. 18/80

15/68 são aproximadamente atmosférica.

[0054] Na modalidade mostrada nas figuras 3A e 3B, o primeiro anel de vedação 272 e o segundo anel de vedação 274 são formados por um material adequado para ambientes com altas pressões e temperaturas, tal como, por exemplo, um anel em O de Borracha de Nitrilo Butadieno Hidrogenada (HNBR) em combinação com um anel de apoio PEEK. Além disso, o tampão de extremidade 270 pode ser preso à haste 210 por uma série de mecanismos de conexão tal como, por exemplo, um encaixe por pressão seguro que utiliza anéis de vedação 272 e 274, uma conexão rosqueada, uma conexão de epóxi, um retentor de memória de formato, soldado e brazado. Os indivíduos versados na técnica reconhecerão que o tampão de extremidade 270 podem ser mantidos em posição de modo bastante firme através de um mecanismo de conexão relativamente simples devido à pressão diferencial e ao fluxo de lama descendente durante as operações de perfuração.

[0055] Um módulo eletrônico 290 configurado conforme mostrado na modalidade da figura 3A pode ser configurado como uma placa de circuito flexível, permitindo a formação do módulo eletrônico 290 no anel anular adequado para disposição ao redor do tampão de extremidade 270 e no furo central 280. Esta placa de circuito flexível modalidade do módulo eletrônico 290 é mostrada em uma configuração desenrolada plana na figura 4. A placa de circuito flexível 292 inclui uma espinha dorsal reforçada de alta resistência (não mostrada) para proporcionar uma transmissibilidade aceitável de efeitos de aceleração aos sensores, tais como acelerômetros. Além disso, outras áreas da placa de circuito flexível 292 sustentam componentes eletrônicos não sensoriais podem ser fixadas ao tampão de extremidade 270 de maneira adequada para atenuar pelo menos parcialmente os efeitos de aceleração experimentados pela broca de perfuração 200 durante as operações de perfuração que utilizam um material, tal como um adesiPetição 870190043226, de 08/05/2019, pág. 19/80

16/68 vo viscoelástico.

[0056] As figuras 5A-5E são vistas em perspectiva de porções de uma broca de perfuração que ilustra exemplos de locais na broca de perfuração onde um módulo eletrônico 290 (figura 4), os sensores 340 e 370 (figura 6), ou combinações destes podem estar localizados. A figura 5A ilustra a haste 210 da figura 3 presa a um corpo da broca 230. Além disso, a haste 210 inclui uma pista de rolamento anular 260A formada no furo central 280. Esta pista de rolamento anular 260A pode permitir a expansão do módulo eletrônico na pista de rolamento anular 260A à medida que o tampão de extremidade 270 é disposto em posição.

[0057] A figura 5A também ilustra dois outros locais alternados para o módulo eletrônico 290, os sensores 340, ou combinações dos mesmos. Um corte oval 260B, localizado atrás da depressão oval (também pode ser referida como um segmento de torque) usada para gravar a broca com um número de série pode ser laminado de modo a aceitar componentes eletrônicos. Esta área pode, então, ser tampada e vedada de modo a proteger os componentes eletrônicos. Alternativamente, um corte arredondado 260C localizado na depressão oval usada para gravar a broca pode ser laminado para aceitar componentes eletrônicos, então, pode ser tampado e vedado para proteger os componentes eletrônicos.

[0058] A figura 5B ilustra uma configuração alternativa da haste 210. Uma depressão circular 260D pode ser formada na haste 210 e no furo central 280 formado ao redor da depressão circular 260D, permitindo a transmissão da lama de perfuração. A depressão circular 260D pode ser tampada e vedada para proteger os componentes eletrônicos na depressão circular 260D.

[0059] As figuras 5C-5E ilustram as depressões circulares (260E, 260F, 260G) formadas em locais sobre a broca de perfuração 200. Es

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17/68 tes locais oferecem uma quantidade razoável de espaço para os componentes eletrônicos enquanto se mantém uma resistência estrutural aceitável na lâmina.

[0060] Um módulo eletrônico pode ser configurado para realizar uma variedade de funções. Uma modalidade de um módulo eletrônico 290 (figura 4) pode ser configurada como um módulo de análise de dados, que é configurado para amostrar dados em diferentes modos de amostragem, amostrar dados em diferentes frequências de amostragem, e analisar dados.

[0061] Uma modalidade de um módulo de análise de dados 300 é ilustrada na figura 6. O módulo de análise de dados 300 inclui uma fonte de energia 310, um processador 320, uma memória 330, e pelo menos um sensor 340 configurado para medir uma pluralidade de parâmetros físicos relacionados a um estado da broca de perfuração, que pode incluir uma condição da broca de perfuração, condições operacionais de perfuração, e condições ambientais próximas à broca de perfuração. Na modalidade da figura 6, os sensores 340 incluem uma pluralidade de acelerômetros 340A, uma pluralidade de magnetômetros 340M, e pelo menos um sensor de temperatura 340T.

[0062] A pluralidade de acelerômetros 340A pode incluir três acelerômetros 340A configurados em uma disposição de coordenadas cartesianas. De modo semelhante, a pluralidade de magnetômetros 340M pode incluir três magnetômetros 340M configurados em uma disposição de coordenadas cartesianas. Embora qualquer sistema de coordenadas possa ser definido no escopo da presente invenção, um exemplo de um sistema de coordenadas cartesianas, mostrado na figura 3A, define um eixo geométrico z ao longo do eixo geométrico longitudinal ao redor do qual a broca de perfuração 200 gira, um eixo geométrico x perpendicular ao eixo geométrico z, e um eixo geométrico y perpendicular tanto ao eixo geométrico z como ao eixo geométrico x,

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18/68 de modo a formar os três eixos geométricos ortogonais de um sistema de coordenadas cartesianas típico. Devido ao fato de o módulo de análise de dados 300 poder ser usado enquanto a broca de perfuração 200 estiver girando e estando a broca de perfuração 200 em outras orientações que não sejam verticais, o sistema de coordenadas pode ser considerado como um sistema de coordenadas cartesianas giratório com uma orientação variável em relação ao local de superfície fixa da sonda de perfuração 110 (figura 1).

[0063] Os acelerômetros 340A da modalidade da figura 6, quando habilitados e amostrados, proporcionam uma medição de aceleração da broca de perfuração pelo menos ao longo de um dos três eixos geométricos ortogonais. O módulo de análise de dados 300 pode incluir acelerômetros adicionais 340A para proporcionar um sistema redundante, sendo que vários acelerômetros 340A podem ser selecionados, ou não selecionados, em resposta a diagnósticos de falha realizados pelo processador 320. Ademais, os acelerômetros adicionais podem ser usados para determinar informações adicionais sobre a dinâmica da broca e auxiliar em distinguir as acelerações laterais das acelerações angulares.

[0064] A figura 6A é uma vista de topo de uma broca de perfuração 200 dentro de um poço. Conforme se pode observar, a figura 6A ilustra a broca de perfuração 200 deslocada dentro do poço 100, que pode ocorrer devido a um comportamento da broca diferente da simples rotação ao redor de um eixo geométrico rotativo. A figura 6A também ilustra a colocação de múltiplos acelerômetros com um primeiro conjunto de acelerômetros 340A posicionado em um primeiro local e um segundo conjunto de acelerômetros 340A' posicionado em um segundo local dentro do corpo da broca. A título de exemplo, o primeiro conjunto de acelerômetros 340A inclui um primeiro sistema de coordenadas 341 com acelerômetros x, y, e z, enquanto o segundo conjunto de

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19/68 acelerômetros 340A’ inclui um segundo sistema de coordenadas 341' com acelerômetros x e y. Por exemplo, um acelerômetro y pode ser configurado, posicionado e orientado para detectar e medir uma aceleração tangencial da broca de perfuração 200, um acelerômetro x pode ser configurado, posicionado e orientado para detectar e medir uma aceleração radial da broca de perfuração 200, e um acelerômetro z pode ser configurado, posicionado e orientado para detectar e medir uma aceleração axial da broca de perfuração 200. Como um exemplo não-limitativo, o primeiro conjunto de acelerômetros 340A e o segundo conjunto de acelerômetros 340A’ podem compreender acelerômetros avaliados para aceleração de 30g. Ademais, o primeiro conjunto de acelerômetros 340A e o segundo conjunto de acelerômetros 340A’ podem incluir um acelerômetro x adicional 351 localizado junto ao primeiro conjunto de acelerômetros 340A e um acelerômetro x adicional 351 ’ localizado junto ao segundo conjunto de acelerômetros 340A’. Esses acelerômetros x adicionais (351 e 351 ’) podem ser configurados, posicionados e orientados para detectar e medir acelerações inferiores em uma direção radial em relação aos acelerômetros x no primeiro conjunto de acelerômetros 340A e no segundo conjunto de acelerômetros 340A’. Para um exemplo não limitativo, os acelerômetros x 351 e 351’ podem compreender acelerômetros avaliados para acelerações de 5g. Como tal, os acelerômetros x 351 e 351 ’ podem proporcionar uma granularidade aprimorada e, portanto, uma precisão aprimorada em cálculos de revoluções por minuto (RPM).

[0065] Por exemplo, em situações de alto movimento, o primeiro e o segundo conjuntos 340A e 340A’ de acelerômetros proporcionam dados em uma grande faixa de acelerações (isto é, até 30g). Em situações de baixo movimento, os acelerômetros x 351 e 351 ’ proporcionam mais precisão na medição da aceleração nestas acelerações menores. Com resultado, pode-se realizar cálculos mais precisos ao se

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20/68 derivar o comportamento dinâmico em acelerações baixas.

[0066] Naturalmente, outras modalidades podem incluir três coordenadas no segundo conjunto de acelerômetros, assim como outras configurações e orientações de acelerômetros sozinhos ou em múltiplos conjuntos de coordenadas. Com a colocação de um segundo conjunto de acelerômetros em um local diferente na broca de perfuração, as diferenças entre os conjuntos de acelerômetro podem ser usadas para distinguir acelerações laterais de acelerações angulares. Por exemplo, se os dois conjuntos de acelerômetros forem ambos colocados no mesmo raio a partir do centro rotacional da broca de perfuração 200 e se a broca de perfuração 200 estiver apensa girando ao redor deste centro rotacional, então, os dois conjuntos de acelerômetro experimentarão a mesma rotação angular. No entanto, a broca pode estar experimentando um comportamento mais complexo, tal como, por exemplo, rotação da broca, oscilação da broca, deslocamento da broca, e vibração lateral. Estes comportamentos incluem algum tipo de movimento lateral em combinação com o movimento angular. Por exemplo, conforme ilustrado na figura 6A, a broca de perfuração 200 pode estar girando ao redor de seu eixo geométrico rotacional e ao mesmo tempo, deslocar ao redor da maior circunferência do poço 200. Nestes tipos de movimento, os dois conjuntos de acelerômetros dispostos em diferentes locais experimentarão diferentes acelerações. Através do processamento de sinal e da análise matemática apropriada, as acelerações laterais e as acelerações angulares podem ser determinadas mais facilmente através de acelerômetros adicionais.

[0067] Ademais, se as condições iniciais forem conhecidas ou estimadas, os perfis de velocidade da broca e as relativas trajetórias da broca podem ser inferidas por integração matemática dos dados do acelerômetro utilizando-se técnicas de análise numérica convencional. Conforme explicado em maiores detalhes abaixo, os dados de acele

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21/68 ração podem ser analisados e usados para determinar limites adaptativos para disparar eventos específicos no módulo de análise de dados. Ademais, se os dados de aceleração forem integrados para obter os perfis de velocidade da broca ou as trajetórias da broca, estes conjuntos de dados adicionais podem ser úteis para determinar os limites adaptativos adicionais através de aplicação direta do conjunto de dados ou através de um processamento adicional, tal como, por exemplo, análise de reconhecimento de padrão. A título de exemplo, e sem caráter limitativo, um limite adaptativo pode ser ajustado com base em quão afastada do centro uma broca pode estar antes de disparar um evento de interesse no módulo de análise de dados. Por exemplo, se a trajetória da broca indicar que a broca está deslocada a partir do centro do poço em mais de uma polegada (2,54 cm), um algoritmo diferente de coleta de dados a partir dos sensores pode ser invocado, conforme explicado em maiores detalhes mais adiante.

[0068] Os magnetômetros 340M da modalidade da figura 6, quando habilitado e amostrado, proporcionam uma medição da orientação da broca de perfuração 200 pelo menos ao longo de um dos três eixos geométricos ortogonais em relação ao campo magnético da Terra. O módulo de análise de dados 300 pode incluir magnetômetros adicionais 340M para proporcionar um sistema redundante, sendo que vários magnetômetros 340M podem ser selecionados, ou não selecionado, em resposta a diagnósticos de falha realizados pelo processador 320.

[0069] O módulo de análise de dados 300 pode ser configurado para proporcionar uma recalibração dos magnetômetros 340M durante a operação. A recalibração dos magnetômetros 340M pode ser necessária ou desejável para remover os efeitos do campo magnético causados pelo ambiente no qual os magnetômetros 340M se encontram. Por exemplo, as medições tomadas em um ambiente no interior do

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22/68 poço podem incluir erros induzidos por um alto campo magnético na formação no interior do poço. Portanto, pode ser vantajoso recalibrar os magnetômetros 340M antes de coletar novas medições com a finalidade de levar em consideração o alto campo magnético na formação no interior do poço. Além disso, os magnetômetros expostos a altos campos magnéticos podem se tornar menos sensíveis. Pode-se utilizar uma recalibração para aumentar a sensibilidade dos magnetômetros em relação ao ambiente de alto campo magnético.

[0070] O sensor de temperatura 340T pode ser usado para coletar dados referentes à temperatura da broca de perfuração 200, e à temperatura próxima aos acelerômetros 340A, aos magnetômetros 340M, e a outros sensores 340. Os dados de temperatura podem ser úteis para calibrar os acelerômetros 340A e os magnetômetros 340M de modo que sejam mais precisos em uma variedade de temperaturas.

[0071] Outros sensores opcionais 340 podem ser incluídos como parte do módulo de análise de dados 300. Alguns exemplos nãolimitativos de sensores que podem ser úteis na presente invenção são sensores de tensão em vários locais da broca de perfuração, sensores de temperatura em vários locais da broca de perfuração, sensores de pressão de lama (fluido de perfuração) para medir a pressão interna à broca de perfuração, e sensores de pressão de poço para medir a pressão hidrostática externa à broca de perfuração. Os sensores também podem ser implementados para detectar propriedades de lama, tais como, por exemplo, sensores para detectar a condutividade ou a impedância tanto a corrente alternada como a corrente direta, sensores para detectar o influxo de fluido a partir do furo quando o fluxo de lama for interrompido, sensores para detectar alterações nas propriedades da lama, e sensores para caracterizar propriedades da lama, tal como lama à base sintética e lama à base de água.

[0072] Estes sensores opcionais 340 podem incluir sensores 340

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23/68 que sejam integrados e configurados como parte do módulo de análise de dados 300. Estes sensores 340 também podem incluir sensores remotos opcionais 340 colocados em outras áreas da broca de perfuração 200, ou acima da broca de perfuração 200 na montagem de furo inferior. Os sensores opcionais 340 podem se comunicar utilizando-se uma conexão cabeada direta 362, ou através de uma conexão sem fio a um receptor de sensor opcional 360. O receptor de sensor opcional 360 é configurado para permitir uma comunicação de sensor remota sem fio em distâncias limitadas em um ambiente de perfuração, conforme conhecido pelos indivíduos versados na técnica.

[0073] Um ou mais desses sensores opcionais podem ser usados como um sensor de iniciação 370. O sensor de iniciação 370 pode ser configurado para detectar pelo menos um parâmetro de iniciação, tal como, por exemplo, turvação da lama, e gerar um sinal de capacitação de energia 372 responsivo pelo menos a um parâmetro de iniciação. Um módulo de comutação de energia 374 acoplado entre a fonte de energia 310, e o módulo de análise de dados 300 podem ser usados para controlar a aplicação de energia ao módulo de análise de dados 300 quando o sinal de capacitação de energia 372 for expresso. O sensor de iniciação 370 pode ter sua própria fonte de energia independente, tal como uma pequena bateria, para acionar o sensor de iniciação 370 quando o módulo de análise de dados 300 não for acionado. Conforme os outros sensores opcionais 340, alguns exemplos não-limitativos de sensores de parâmetro que podem ser usados para capacitar energia ao módulo de análise de dados 300 são os sensores configurados para amostrar; tensão em vários locais da broca de perfuração, a temperatura em vários locais da broca de perfuração, vibração, aceleração, aceleração centrípeta, pressão interna do fluido à broca de perfuração, pressão externa do fluido à broca de perfuração, vazão de fluido na broca de perfuração, impedância do fluido, e turvaPetição 870190043226, de 08/05/2019, pág. 27/80

24/68 ção do fluido.

[0074] A título de exemplo, e sem caráter limitativo, pode-se utilizar um sensor de iniciação 370 para capacitar energia ao módulo de análise de dados 300 em resposta a alterações na impedância do fluido para fluidos, tais como, por exemplo, ar, água, petróleo, e várias misturas de lama de perfuração. Estes sensores de propriedade de fluidos podem detectar uma alteração na resistência CC entre dois terminais expostos ao fluido ou uma alteração na impedância CA entre dois terminais expostos ao fluido. Em outra modalidade, um sensor de propriedade de fluidos pode detectar uma alteração na capacitância entre dois terminais em estrita proximidade ao fluido, porém, protegidos contra o mesmo.

[0075] Por exemplo, a água pode ter uma constante dielétrica relativamente alta comparada a lubrificantes típicos à base de hidrocarbonetos. O módulo de análise de dados 300, ou outros componentes eletrônicos adequados, podem energizar o sensor com corrente alternada e medir um deslocamento de fase para determinar a capacitância, por exemplo, ou, alternativamente, pode energizar o sensor com corrente alternada ou direta e determinar uma queda de tensão para medir a impedância.

[0076] Além disso, pelo menos alguns desses sensores podem ser configurados para gerar qualquer energia necessária para operação de tal modo que a fonte de energia independente seja autogerada no sensor. A título de exemplo, e sem caráter limitativo, um sensor de vibração pode gerar energia suficiente para captar a vibração e transmitir o sinal de capacitação de energia 372 simplesmente a partir da vibração mecânica.

[0077] Como outro exemplo de uma modalidade do sensor de iniciação 370, a figura 6B ilustra um exemplo de dados amostrados a partir de um sensor de temperatura à medida que a broca de perfura

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25/68 ção atravessa para cima e para baixo um poço. Na figura 6B, o ponto 342 ilustra a temperatura captada quando a broca de perfuração estiver na superfície. A temperatura crescente ao longo da duração 343 é indicativa do aumento de temperatura experimentado à medida que a broca de perfuração atravessa para baixo um poço previamente perfurado. No ponto 344, as bombas de lama são ligadas e o gráfico ilustra uma redução correspondente na temperatura da broca de perfuração a cerca de 90°C. A duração 345 ilustra que as bombas de lama foram desligadas e a broca de perfuração está sendo parcialmente retirada do poço. A duração 346 ilustra que a broca de perfuração, após ser parcialmente retirada, está novamente atravessando para baixo o poço previamente perfurado. O ponto 347 ilustra que as bombas de lama são novamente ligadas. Finalmente, a temperatura constantemente crescente ao longo da duração 348 ilustra uma perfuração normal à medida que a broca de perfuração alcança uma profundidade adicional.

[0078] Conforme se pode observar a partir da figura 6B, o diferencial de temperatura captado entre a temperatura ambiente da superfície e a temperatura ambiente no interior do poço pode ser usado como um ponto de iniciação para permitir um processamento de dados de sensor adicional, ou capacitar energia a sensores adicionais, tal como, por exemplo, através de controladores de energia 316 (figura 6). O diferencial de temperatura pode ser programável para a aplicação à qual se destina a broca. Por exemplo, a temperatura de superfície durante o transporte pode variar de cerca de 70°F a 105°F (21,11°C a 40,4°C), a temperatura no interior do poço no ponto onde os recursos adicionais seriam ligados pode ser igual a cerca de 175°F (61,58°C). O diferencial pode ser igual a cerca de 70°F (21,11°C) e seria amplo o suficiente para se assegurar contra inícios falsos. Quando a broca entrar na zona de 175°F (61,58°C) no poço, o módulo pode ligar automatica

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26/68 mente e coletar dados. A ativação pode ser acionada pela temperatura absoluta ou pela alteração de temperatura diferencial. Após o módulo ser acionado, o mesmo pode ser travado e continuar sua execução ao longo da duração do tempo no poço, ou se for detectada uma queda de temperatura forte o suficiente, os recursos adicionais podem ser desligados. No exemplo discutido, e referindo-se à figura 6, o sensor de temperatura 340T é configurado para que seja amostrado pelo processador 320 que funciona em uma configuração de baixa energia e o processador 320 pode realizar as decisões para permitir recursos adicionais com base na temperatura captada. Naturalmente, conforme discutido anteriormente, o sensor de temperatura pode ser um sensor de iniciação 370 (figura 6) com sua própria fonte de energia, ou um sensor que não necessite de energia. Nesta configuração autônoma, o sensor de iniciação 370 (figura 6) pode ser configurado para capacitar energia a todo o módulo de análise de dados 300 através do módulo de comutação de energia 374.

[0079] Como outro exemplo, o sensor de iniciação 374 pode ser configurado como um comutador ativado por pressão. A figura 6C é uma vista em perspectiva que mostra uma possível colocação de uma montagem de comutador ativado por pressão 250 em uma reentrância 259 do tampão de extremidade 270. O comutador ativado por pressão inclui um membro fixo 251, um membro deformável 252, e um membro de deslocamento 256. Nesta modalidade de um comutador ativado por pressão, o membro fixo 251 é cilindricamente conformado e pode ser disposto na reentrância cilindricamente conformada 259 e assentado contra um veio (não mostrado) na reentrância 259. Um material vedante (não mostrado) pode ser colocado na reentrância 259 entre o veio e o membro fixo 251 de modo a formar um lacre de alta pressão. Além disso, o membro fixo 251 inclui um primeiro canal anular 253 ao redor do perímetro do cilindro. Este primeiro canal anular 253, que também

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27/68 pode ser referido como um compressor de gaxeta de vedação, também pode ser preenchido com um material vedante para auxiliar na formação de um lacre de alta pressão e impermeável.

[0080] O membro deformável 252 pode consistir em uma variedade de dispositivos ou materiais. A título de exemplo, e sem caráter limitativo, o membro deformável 252 pode ser um dispositivo piezelétrico. O dispositivo piezelétrico pode ser configurado entre o membro fixo 251 e o membro de deslocamento 256 de tal modo que o movimento do membro de deslocamento 256 exerça uma força sobre o dispositivo piezelétrico causando uma alteração em uma tensão através do material piezelétrico. Os eletrodos fixados ao material piezelétrico podem acoplar um sinal ao módulo de análise de dados 300 (figura 6) para amostragem como o sensor de iniciação 370 (figura 6). O dispositivo piezelétrico pode ser formado a partir de qualquer material piezelétrico, tal como, por exemplo, titanato zirconato de chumbo (PZT), titanato de bário, ou quartzo.

[0081] Na figura 6C, o membro deformável 252 é um anel em O que se deformará de alguma forma quando o membro de deslocamento 256 for forçado para se aproximar do membro fixo 251. O módulo, ou dureza, do anel em O pode ser selecionado para a pressão desejada na qual o contato será realizado. Naturalmente, contemplam-se no escopo da invenção outros membros de deslocamento 256, tais como, por exemplo, molas. Conforme mostrado, o membro deformável 252 é assentado sobre uma superfície superior do membro fixo 251. O membro de deslocamento 256 pode ser colocado na reentrância 259 no topo do membro deformável 252 de tal modo que o membro de deslocamento 256 possa se mover para cima e para baixo dentro da reentrância 259 em relação ao membro fixo 251. O membro de deslocamento 256 é cilindricamente conformado e inclui um segundo canal anular 257 ao redor do perímetro do cilindro. Este segundo canal anu

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28/68 lar 257, que também pode ser referido como um compressor de gaxeta de vedação, também pode ser preenchido com um material vedante ara auxiliar na formação de um lacre de alta pressão e impermeável. O membro de deslocamento 256 é constituído a partir de um material eletricamente condutivo, ou a superfície inferior do membro de deslocamento 256 é revestida com um material eletricamente condutivo. Um grampo de retenção 258 pode ser colocado na reentrância 259 em uma configuração para manter a montagem de comutador ativado por pressão 250 em posição dentro da reentrância 259.

[0082] A figura 6D é uma vista em perspectiva que mostra detalhes do membro fixo 251. O membro fixo 251 inclui o primeiro canal anular 253 e o membro deformável 252. Nesta modalidade, o membro fixo 251 inclui um poço através do mesmo de tal modo que cabos condutores 263 possam ser dispostos ao longo do poço. Os cabos condutores 263 são acoplados aos contatos 262 dispostos no poço e ligeiramente abaixo do ponto mais alto do membro deformável 252. O poço pode ser preenchido com vidro de quartzo ou outro material adequado para formar um lacre de alta pressão.

[0083] Em operação, o comutador ativado por pressão 250 pode ser configurado para ativar o módulo de análise de dados 300 (não mostrado) à medida que a broca de perfuração atravessa no interior do poço quando uma determinada profundidade for alcançada com base na pressão de furo captada pelo comutador ativado por pressão 250. Na configuração ilustrada na figura 6C, o comutador ativado por pressão 250 está realmente captando a pressão da lama no interior da coluna de perfuração próxima ao topo da broca de perfuração. Devido à pressão hidrostática, a pressão dentro da coluna de perfuração na broca de perfuração é substancialmente compatível à pressão no poço próximo à broca de perfuração. No entanto, à medida que a lama é bombeada, existe um diferencial de pressão. A pressão crescente

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29/68 exerce uma força crescente sobre o membro de deslocamento 256 fazendo-se com que o mesmo se desloque em direção ao membro fixo 251. À medida que o membro de deslocamento 256 se move aproximando-se do membro fixo 251, o mesmo entra em contato com os contatos 262 formando um circuito fechado entre os cabos condutores 263. Os cabos condutores 263 são acoplados ao módulo de análise de dados 300 (não mostrado nas figuras 6C e 6D) para realizar a função de iniciação quando o circuito fechado for alcançado.

[0084] Além disso, embora a modalidade do comutador ativado por pressão 250 tenha sido descrita disposta em uma reentrância 259 do tampão de extremidade 270, outras colocações são possíveis. Por exemplo, os cortes ilustrados nas figuras 5A-5E podem ser adequados a partir da colocação do comutador ativado por pressão 250. Ademais, embora a discussão possa ter incluído indicadores direcionais para facilidade de descrição, tais como superior, para cima, e para baixo, as direções e orientações para colocação do comutador ativado por pressão não se limitam àquelas descritas.

[0085] O comutador ativado por pressão consiste em um entre os muitos tipos de sensores que podem ser colocados em uma reentrância, tal como aquele descrito em conjunto com o comutador ativado por pressão. Qualquer sensor que possa necessitar ser exposto ao ambiente do poço pode ser disposto na reentrância com uma configuração similar ao comutador ativado por pressão de modo a formar um lacre de alta pressão e impermeável no interior da broca de perfuração. A título de exemplo, e sem caráter limitativo, alguns sensores ambientais que podem ser usados são sensores de raios gama passivos, sensores de corrosão, sensores de cloro, sensores de sulfato de hidrogênio, detectores de proximidade para medições de distância da parede do poço, e similares.

[0086] Outro parâmetro significativo de broca para medição é a

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30/68 tensão e o esforço deformador sobre a broca de perfuração. No entanto, a colocação de medidores de esforço deformador em várias áreas da broca de perfuração ou câmaras no interior da broca de perfuração pode não produzir resultados ótimos. Em uma modalidade da presente invenção, pode-se utilizar um elemento de carga para medir informações de inferência de tensão e esforço deformador na broca de perfuração que podem ser mais úteis. A figura 6E é uma vista em perspectiva de um elemento de carga 281 que inclui medidores de esforço deformador (285 e 285') unidos ao mesmo. O elemento de carga 281 inclui uma primeira seção de fixação 282, uma seção de tensão 284, e uma segunda seção de fixação 283. O elemento de carga 281 pode ser fabricado a partir de um material, tal como, por exemplo, aço ou outro metal adequado que exiba um esforço deformador com base nas cargas esperadas que possam ser impostas sobre o mesmo. Na modalidade mostrada, as seções de fixação (282 e 283) são cilíndricas e a seção de tensão 284 tem uma seção transversal retangular. A seção transversal retangular cria uma superfície plana para medidores de esforço deformador a serem montados sobre a mesma. Na modalidade mostrada, os primeiros medidores de esforço deformador 285 são unidos a uma superfície visível frontal da seção de tensão 284 e os segundos medidores de esforço deformador 285' são unidos a uma superfície oculta traseira da seção de tensão 284. Naturalmente, os medidores de esforço deformador 285 podem ser montados em um, dois, ou mais lados da seção de tensão 284, e a seção transversal da seção de tensão 284 pode ter outros formatos, tal como, por exemplo, hexagonal ou octogonal. Os condutores 286 dos medidores de esforço deformador se estendem para cima através de ranhuras formadas na primeira seção de fixação 282 e podem ser acoplados ao módulo de análise de dados 300 (não mostrado na figura 6E).

[0087] A figura 6F é uma vista em perspectiva que mostra uma co

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31/68 locação contemplada do elemento de carga 281 na broca de perfuração 200. Um tubo cilíndrico 289 se estende para baixo a partir de uma cavidade 288 próxima ao topo da broca de perfuração 200 onde o módulo de análise de dados 300 (não mostrado) pode ser colocado. O tubo 289 se estende em uma área do corpo da broca que possa ser de interesse particular e é configurado de tal modo que o elemento de carga 281 possa ser disposto e fixado no interior do tubo 289 e os condutores 286 (não mostrados na figura 6F) possam se estender através do tubo 289 até o módulo de análise de dados. O elemento de carga 281 pode ser fixado no interior do tubo 289 através de qualquer meio adequado de tal modo que a primeira seção de fixação 282 e a segunda seção de fixação 283 sejam mantidas firmemente em posição. Este mecanismo de fixação pode, por exemplo, ser um encaixe por pressão seguro, uma conexão rosqueada, uma conexão de epóxi, um retentor de memória de formato, e outros mecanismos de fixação adequados.

[0088] A configuração do elemento de carga pode auxiliar na obtenção de medições mais precisas do esforço deformador utilizando-se um elemento de carga material que seja mais uniforme, homogêneo, e adequado para unir os medidores de esforço deformador ao mesmo quando comparado aos medidores de esforço deformador diretamente ao corpo da broca ou às paredes laterais no interior de uma cavidade no corpo da broca. A configuração do elemento de carga também pode ser mais adequada para detectar um esforço deformador de torção sobre a broca de perfuração devido ao fato de o elemento de carga criar um deslocamento maior e mais uniforme sobre o qual o esforço deformador de torção pode ocorrer devido à distância entre a primeira seção de fixação e a segunda seção de fixação.

[0089] Ademais, com a colocação do elemento de carga 281, ou dos medidores de esforço deformador, na broca de perfuração 200, o

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32/68 elemento de carga 281 pode ser colocado em uma orientação desejada específica em relação aos elementos de interesse na broca de perfuração 200. Com a colocação convencional dos elementos de carga, e de outros sensores, acima da broca em outro elemento da coluna de perfuração, pode ser difícil obter a orientação desejada devido ao mecanismo de conexão (por exemplo, encaixes rosqueados) da broca de perfuração à coluna de perfuração. A título de exemplo, as modalidades da presente invenção permitem que o elemento de carga 281 seja colocado em uma orientação específica em relação aos elementos de interesse, tal como um cortador específico, uma perna específica de uma broca tricônica, ou uma marcação de índice sobre a broca de perfuração. Desta forma, podem-se obter informações adicionais sobre os elementos específicos da broca obtidas devido à orientação específica e repetida do elemento de carga 281 em relação aos recursos da broca de perfuração 200.

[0090] A título de exemplo, e sem caráter limitativo, o elemento de carga 281 pode ser girado no interior do tubo 289 até uma orientação específica alinhando-se com um cortador específico sobre a broca de perfuração 200. Como resultado desta orientação, as informações adicionais de tensão e esforço deformador ao redor da área da broca de perfuração próxima a este cortador específico podem estar disponíveis. Ademais, a colocação do tubo 289 em um ângulo relativo ao eixo geométrico central da broca de perfuração, ou em diferentes distâncias em relação ao eixo geométrico central da broca de perfuração, pode permitir mais informações sobre as tensões de dobramento em elação às tensões axiais colocadas sobre a broca de perfuração, ou áreas específicas da broca de perfuração.

[0091] Esta capacidade de colocar um sensor com uma orientação desejada em relação a um recurso arbitrário, porém, repetido da broca de perfuração é útil para outros tipos de sensores, tais como, por

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33/68 exemplo, acelerômetros, magnetômetros, sensores de temperatura, e outros sensores ambientais.

[0092] Os medidores de esforço deformador podem ser conectados em qualquer configuração adequada, conforme conhecido pelos indivíduos versados na técnica, que serve para detectar um esforço deformador ao longo de um eixo geométrico diferente do elemento de carga. Essas configurações adequadas podem incluir, por exemplo, disposições de medição Chevron ou Poisson e ponte completa, meia ponte, ou circuitos de ponte Wheatstone. A análise das medições de esforço deformador pode ser usada para desenvolver os parâmetros de broca, tal como, por exemplo, tensão sobre a broca, peso sobre a broca, tensão longitudinal, esforço deformador longitudinal, tensão de torção, e esforço deformador de torção.

[0093] Reportando-se à figura 6, a memória 330 pode ser usada para armazenar dados de sensor, resultados de processamento de sinal, armazenamento de dados a longo prazo, e instruções computacionais para execução pelo processador 320. As porções da memória 330 podem estar localizadas externas ao processador 320 e as porções podem estar localizadas no interior do processador 320. A memória 330 pode ser uma Memória de Acesso Aleatório Dinâmico (DRAM), uma Memória de Acesso Aleatório Estático (SRAM), uma Memória Somente para Leitura (ROM), uma Memória de Acesso Aleatório Não Volátil (NVRAM), tal como uma Memória Flash, uma ROM Programável Eletricamente Apagável (EEPROM), ou combinações destas. Na modalidade da figura 6, a memória 330 é uma combinação de SRAM no processador (não mostrado), memória flash no processador 320, e memória flash externa. A memória flash pode ser desejável para operação de baixa energia e para a capacidade de reter informações quando nenhuma energia for aplicada à memória 330.

[0094] Uma porta de comunicação 350 pode ser incluída no módu

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34/68 lo de análise de dados 300 para comunicação aos dispositivos externos, tal como o sistema de comunicação MWD 146 e um sistema de processamento remoto 390. A porta de comunicação 350 pode ser configurada para um link de comunicação direta 352 ao sistema de processamento remoto 390 utilizando-se uma conexão direta por cabos ou um protocolo de comunicação sem fio, tal como, apenas a título de exemplo, protocolos infravermelhos, BLUETOOTH®, e 802.11 a/b/g. Utilizando-se a comunicação direta, o módulo de análise de dados 300 pode ser configurado para se comunicar com um sistema de processamento remoto 390, tal como, por exemplo, um computador, um computador portátil, e um assistente pessoal digital (PDA) quando a broca de perfuração 200 não estiver no interior do poço. Portanto, o link de comunicação direta 352 pode ser usado para uma variedade de funções, tal como, por exemplo, realizar download de softwares e atualizações de softwares, permitir a configuração do módulo de análise de dados 300 realizando-se download dos dados de configuração, e realizar upload dos dados amostrais e dos dados de análise. A porta de comunicação 350 também pode ser usada para consultar o módulo de análise de dados 300 para informações relacionadas à broca de perfuração, tal como, por exemplo, o número de série da broca, o número de série do módulo de análise de dados, a versão do software, o tempo total decorrido da operação da broca, e outros dados de broca de perfuração a longo prazo que possam ser armazenados na NVRAM. [0095] A porta de comunicação 350 também pode ser configurada para comunicação com o sistema de comunicação MWD 146 em uma montagem de furo inferior através de um link de comunicação com ou sem fio 354 e do protocolo configurado para permitir uma comunicação remota ao longo de distâncias limitadas em um ambiente de perfuração conforme conhecido pelos indivíduos versados na técnica. Uma técnica disponível para comunicar sinais de dados a uma submonta

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35/68 gem adjacente na coluna de perfuração 140 (figura 1) é representada, descrita e reivindicada na Patente U.S. No. 4.884.071 intitulada Wellbore Tool With Hall Effect Coupling, concedida em 28 de novembro de 1989 por Howard.

[0096] O sistema de comunicação MWD 146 pode, sucessivamente, comunicar dados a partir do módulo de análise de dados 300 a um sistema de processamento remoto 390 utilizando-se telemetria de pulso de lama 356 ou outro meio de comunicação adequado para comunicação ao longo de distâncias relativamente grandes encontradas em uma operação de perfuração.

[0097] O processador 320 na modalidade da figura 6 é configurado para processar, analisar, e armazenar dados de sensor coletados. Para amostragem dos sinais analógicos a partir de vários sensores 340, o processador 320 desta modalidade inclui um conversor digital para analógico (DAC). No entanto, os indivíduos versados na técnica reconhecerão que a presente invenção pode ser praticada com um ou mais DACs externos em comunicação entre os sensores 340 e o processador 320. Além disso, o processador 320 nesta modalidade inclui SRAM e NVRAM internas. No entanto, os indivíduos versados na técnica reconhecerão que a presente invenção pode ser praticada com a memória 330 que apenas seja externa ao processador 320 assim como em uma configuração que não utilize a memória externa 330 e apenas a memória 330 interna ao processador 320.

[0098] A modalidade da figura 6 utiliza energia de bateria como a fonte de energia operacional 310. A energia de bateria permite uma operação sem considerar a conexão à outra fonte de energia enquanto estiver em um ambiente de perfuração. No entanto, com a energia de bateria, a conservação de energia pode se tornar uma consideração significativa na presente invenção. Como resultado, um processador de baixa energia 320 e uma memória de baixa energia 330 podem

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36/68 permitir uma maior vida útil de bateria. De modo semelhante, outras técnicas de conservação de energia podem ser significativas na presente invenção.

[0099] A modalidade da figura 6 ilustra os controladores de energia 316 que servem para comutar a aplicação de energia à memória 330, os acelerômetros 340A, e os magnetômetros 340M. Utilizando-se estes controladores de energia 316, o software sendo executado no processador 320 pode gerenciar um barramento de controle de energia 326 que inclui sinais de controle que servem para permitir individualmente um sinal de tensão 314 a cada componente conectado ao barramento de controle de energia 326. Embora o sinal de tensão 314 seja mostrado na figura 6 como um único sinal, os indivíduos versados na técnica compreenderão que diferentes componentes podem necessitar de diferentes voltagens. Portanto, o sinal de tensão 314 pode ser um barramento que inclui as voltagens necessárias para alimentar os diferentes componentes.

[00100] Além disso, o software sendo executado no processador 320 pode ser usado para gerenciar a inteligência da vida útil da bateria e a utilização adaptativa de recursos de consumo de energia para conservar energia. Uma inteligência da vida útil da bateria pode rastrear a vida útil de bateria restante (isto é, a carga restante na bateria) e usar este rastreamento para gerenciar outros processos no sistema. A título de exemplo, a estimativa da vida útil de bateria pode ser determinada pela amostragem de uma tensão da bateria, amostragem de uma corrente da bateria, rastreamento de um histórico de tensão amostrada, rastreamento de histórico de corrente amostrada, e por combinações dos mesmos.

[00101] A estimativa da vida útil da bateria pode ser usada em uma série de formas. Por exemplo, próximo ao fim da vida útil da bateria, o software pode reduzir a frequência de amostragem dos sensores, ou

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37/68 pode ser usado para fazer com que o barramento de controle de energia comece a interromper o funcionamento dos sinais de tensão a vários componentes.

[00102] Este gerenciamento de energia pode criar uma interrupção de operação harmoniosa e gradual. Por exemplo, talvez a energia aos magnetômetros seja interrompida em um determinado ponto da vida útil da bateria. Em outro ponto da vida útil da bateria, talvez os acelerômetros tenham seu funcionamento interrompido. Próximo ao fim da vida útil da bateria, a inteligência da vida útil da bateria pode garantir a integridade dos dados certificando-se que dados impróprios não são coletados nem armazenados devido à tensão inadequada nos sensores, no processador, ou na memória.

[00103] Conforme explicado de modo mais abrangente abaixo com referência a tipos específicos de coleta de dados, os módulos de software podem ser devotados ao gerenciamento de memória em relação ao armazenamento de dados. A quantidade de dados pode ser modificada com técnicas de amostragem adaptativa e compactação de dados. Por exemplo, os dados podem ser originalmente armazenados em uma forma não-compactada. Posteriormente, quando o espaço de memória se tornar limitado, os dados podem ser compactados de modo a liberar um espaço adicional de memória. Além disso, os dados podem ser propriedades atribuídas de tal modo que quando o espaço de memória se tornar limitado, preservam-se os dados de alta prioridade e os dados de baixa prioridade podem ser sobregravados.

[00104] Os módulos de software também podem ser incluídos para rastrear o histórico a longo prazo da broca de perfuração. Portanto, com base nos dados de desempenho de perfuração coletados ao longo da vida útil da broca de perfuração, uma estimativa de vida útil da broca de perfuração pode ser formada. As falhas de uma broca de perfuração podem ser um problema bastante dispendioso. Com as esti

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38/68 mativas de vida útil baseadas em dados atuais de desempenho de perfuração, o módulo de software pode ser configurado para determinar quando uma broca de perfuração estiver se aproximando do fim de sua vida útil e usar a porta de comunicação para sinalizar aos dispositivos externos a vida útil esperada restante da broca de perfuração.

[00105] As figuras 7A e 7B ilustram alguns exemplos de modos de amostragem de dados que ocorrem ao longo de um eixo geométrico de tempo crescente 590 onde o módulo de análise de dados 300 (figura 6) pode realizar. Os modos de amostragem de dados podem incluir um modo de segundo plano 510, um modo de perfilagem 530, e um modo de intermitência 550. Os diferentes modos podem ser caracterizados por qual tipo os dados de sensor são amostrados e analisados, assim como em qual frequência de amostragem os dados de sensor são amostrados.

[00106] O modo de segundo plano 510 pode ser usado para amostrar dados em uma frequência de amostragem de segundo plano relativamente baixa e gerar dados de segundo plano a partir de um subconjunto de todos os sensores disponíveis 340. O modo de perfilagem 530 pode ser usado para amostrar os dados de perfilagem em uma frequência de amostragem de perfilagem em nível relativamente intermediário e com um subconjunto maior, ou todos os sensores disponíveis. O modo de modo de intermitência 550 pode ser usado para amostrar dados de intermitência em uma frequência de amostragem de intermitência relativamente alta e com um subconjunto grande, ou todos os sensores disponíveis 340.

[00107] Cada um dos diferentes modos de dados pode coletar, processar, e analisar dados a partir de um subconjunto de sensores em uma frequência de amostragem predefinida e para um tamanho de bloco predefinido. A título de exemplo, e sem caráter limitativo, os exemplos de frequências de amostragem, e tamanhos de coleta de

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39/68 bloco podem ser: 2 ou 5 amostras/seg., e um valor de 200 segundos de amostras por bloco para o modo de segundo plano, 100 amostras/seg., e um valor de dez segundos de amostras por bloco para o modo de perfilagem, e 200 amostras/seg., e um valor de cinco segundos de amostras por bloco para o modo de intermitência. Algumas modalidades da invenção podem ser limitadas pela quantidade de memória disponível, pela quantidade de energia disponível, ou por uma combinação destas.

[00108] Pode-se requerer mais memória, mais energia, ou uma combinação destas para modos mais detalhados, portanto, o disparo de limite adaptativo permite um método de otimizar a utilização da memória, a utilização da energia, ou uma combinação destas, em relação coleta e processamento das informações mais úteis e detalhadas. Por exemplo, o disparo de limite adaptativo pode ser adaptado para detecção de tipos específicos de eventos conhecidos, tais como, por exemplo, rotação da broca, salto da broca, oscilação da broca, deslocamento da broca, vibração lateral, e oscilação de torção.

[00109] Em geral, o módulo de análise de dados 300 (figura 6) pode ser configurado para transacionar a partir de um modo para outro com base em algum tipo de disparo de evento. A figura 7A ilustra um modo acionado por temporização onde a transição a partir de um modo para outro se baseia em um evento de temporização, tal como, por exemplo, coletar um número predefinido de amostras, ou expiração de um contador de temporização. O ponto de temporização 513 ilustra uma transição do modo de segundo plano 510 para o modo de perfilagem

530 devido a um evento de temporização. O ponto de temporização

531 ilustra uma transição a partir do modo de perfilagem 530 para o modo de segundo plano 510 devido a um evento de temporização. O ponto de temporização 515 ilustra uma transição a partir do modo de segundo plano 510 para o modo de intermitência 550 devido a um

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40/68 evento de temporização. O ponto de temporização 551 ilustra uma transição a partir do modo de intermitência 550 para o modo de segundo plano 510 devido a um evento de temporização. O ponto de temporização 535 ilustra uma transição a partir do modo de perfilagem 530 para o modo de intermitência 550 devido a um evento de temporização. Finalmente, o ponto de temporização 553 ilustra uma transição a partir do modo de intermitência 550 para o modo de perfilagem 530 devido a um evento de temporização.

[00110] A figura 7B ilustra um modo de disparo de amostragem adaptativo onde a transição a partir de um modo para outro se baseia na análise dos dados coletados para criar um índice de severidade, e se o índice de severidade for maior ou menor que um limite adaptativo. O limite adaptativo pode ser um valor predeterminado, ou pode ser modificado com base na análise de processamento de sinal do historio passado dos dados coletados. O ponto de temporização 513' ilustra uma transição a partir do modo de segundo plano 510 para o modo de perfilagem 530 devido a um evento de limite adaptativo. O ponto de temporização 531' ilustra uma transição a partir do modo de perfilagem 530 para o modo de segundo plano 510 devido a um evento de temporização. O ponto de temporização 515' ilustra uma transição a partir do modo de segundo plano 510 para o modo de intermitência 550 devido a um evento de limite adaptativo. O ponto de temporização 551 ' ilustra uma transição a partir do modo de intermitência 550 para o modo de segundo plano 510 devido a um evento de limite adaptativo. O ponto de temporização 535' ilustra uma transição a partir do modo de perfilagem 530 para o modo de intermitência 550 devido a um evento de limite adaptativo. Finalmente, o ponto de temporização 553' ilustra uma transição a partir do modo de intermitência 550 para o modo de perfilagem 530 devido a um evento de limite adaptativo. Além disso, o módulo de análise de dados 300 pode permanecer em qualquer modo de

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41/68 amostragem de dados determinado a partir de um bloco de amostragem para o próximo bloco de amostragem, se nenhum evento de limite adaptativo for detectado, conforme ilustrado pelo ponto de temporização 555'.

[00111] O software, que também pode ser referido como firmware, para o módulo de análise de dados 300 compreende instruções computacionais para execução pelo processador 320. O software pode residir em uma memória externa 330, ou em uma memória no processador 320. As figuras 8A-8H ilustram as funções principais das modalidades do software de acordo com a presente invenção.

[00112] Antes de descrever a rotina principal em detalhes, descreve-se uma função básica para coletar e enfileirar dados, que podem ser realizados pelo processador e pelo conversor analógico para digital (ADC). A rotina ADC 780, ilustrada na figura 8A, pode operar a partir de um temporizador no processador, que pode ser ajustado para gerar uma interrupção em um intervalo de amostragem predefinido. O intervalo pode ser repetido para criar um relógio de intervalo de amostragem no qual se deve realizar a amostragem de dados na rotina ADC 780. A rotina ADC 780 pode coletar dados a partir dos acelerômetros, dos magnetômetros, dos sensores de temperatura, e de quaisquer outros sensores opcionais realizando-se uma conversão analógico para digital em quaisquer sensores que possam apresentar medições como uma fonte analógica. O bloco 802 mostra medições e cálculos que podem ser realizados para os vários sensores enquanto estiver no modo de segundo plano. O bloco 804 mostra medições e cálculos que podem ser realizados para os vários sensores enquanto estiver no modo de perfilagem. O bloco 806 mostra medições e cálculos que podem ser realizados para os vários sensores enquanto estiver no modo de intermitência. A rotina ADC 780 é inserida quando ocorrer uma interrupção do temporizador. Um bloco de decisão 782 determina sob qual

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42/68 modo de dados o módulo de análise de dados está sendo atualmente operado.

[00113] Se estiver no modo de intermitência, as amostras são coletadas (794 e 796) para todos os acelerômetros e todos os magnetômetros. Os dados amostrados provenientes de cada acelerômetro e cada magnetômetro são armazenados em um registro de dados de intermitência. Então, a rotina ADC 780 ajusta 798 um indicador de preparo de dados que indica à rotina principal que os dados estão prontos para processar.

[00114] Se estiver no modo de segundo plano 510, as amostras são coletadas 784 a partir de todos os acelerômetros. À medida que a rotina ADC 780 coleta dados a partir de cada acelerômetro, a mesma adiciona o valor amostrado a um valor armazenado contendo uma soma de medições de acelerômetro anteriores para criar uma soma de execução de medições de acelerômetro para cada acelerômetro. A rotina ADC 780 também adiciona o quadrado do valor amostrado a um valor armazenado contendo uma soma de valores quadrados anteriores para criar uma soma de execução de valores quadrados para as medições de acelerômetro. A rotina ADC 780 também incrementa o contador de amostras de dados de segundo plano para indicar que outra amostra de segundo plano foi coletada. Opcionalmente, a temperatura e a soma de temperaturas também podem ser coletadas e calculadas.

[00115] Se estiver no modo de perfilagem, as amostras são coletadas (786, 788, e 790) para todos os acelerômetros, todos os magnetômetros, e o sensor de temperatura. A rotina ADC 780 coleta um valor amostrado a partir de cada acelerômetro e cada magnetômetro e adiciona o valor amostrado a um valor armazenado contendo uma soma de medições anteriores de acelerômetro e magnetômetro para criar uma soma de execução de medições de acelerômetro e uma soma de execução de medições de magnetômetro. Além disso, a rotina ADC

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780 compara a amostra atual para cada medição de acelerômetro e magnetômetro a um valor mínimo armazenado para cada acelerômetro e magnetômetro. Se a amostra atual for menor que o mínimo armazenado, a amostra atual é salva como um novo mínimo armazenado. Portanto, a rotina ADC 780 mantém o valor mínimo amostrado para todas as amostras coletadas no bloco de dados atuais. De modo semelhante, com o intuito de manter o valor máximo amostrado para todas as amostras coletadas no bloco de dados atuais, a rotina ADC 780 compara a amostra atual para cada medição de acelerômetro e magnetômetro a um valor máximo armazenado para cada acelerômetro e magnetômetro. Se a amostra atual for maior que o máximo armazenado, a amostra atual é salva como um novo máximo armazenado. A rotina ADC 780 também criar uma soma de execução de valores de temperatura adicionando-se a amostra atual para o sensor de temperatura a um valor armazenado de uma soma de medições de temperatura anteriores. Então, a rotina ADC 780 ajusta 792 um indicador de preparo de dados que indica à rotina principal que os dados estão prontos para processar.

[00116] A figura 8B ilustra as funções principais da rotina principal 600. Após o ligamento 602, a rotina de software principal inicializa 604 o sistema configurando-se a memória, habilitando-se as portas de comunicação, habilitando-se o ADC, e, genericamente, configurando-se os parâmetros necessários para controlar o módulo de análise de dados. Então, a rotina principal 600 insere um loop para iniciar o processamento dos dados coletados. A rotina principal 600 toma primeiramente as decisões sobre se os dados coletados pela rotina ADC 780 (figura 8A) estão disponíveis para processamento, qual modo de dados está atualmente ativo, e se um bloco inteiro de dados para um determinado modo de dados foi coletado. Como resultado dessas decisões, a rotina principal 600 pode realizar um processamento de dados

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44/68 para qualquer um dos determinados modos se os dados estiverem disponíveis, porém, um bloco inteiro de dados ainda não foi processado. Por outro lado, se um bloco inteiro de dados estiver disponível, a rotina principal 600 pode realizar um processamento de bloco para qualquer um dos determinados modos.

[00117] Conforme ilustrado na figura 8B, com o intuito de iniciar o processo de decisão, realiza-se um teste 606 para observar se o modo operacional está atualmente ajustado ao modo de segundo plano. Caso positivo, o processamento de modo de segundo plano 640 começa. Se o teste 606 falhar ou ocorrer após o processamento de modo de segundo plano 640, realiza-se um teste 608 para observar se o modo operacional é ajustado para o modo de perfilagem e o ajusta-se o indicador de preparo de dados proveniente da rotina ADC 780. Caso positivo, as operações de perfilagem 610 são realizadas. Estas operações serão descritas de modo mais abrangente abaixo. Se o teste 608 falhar ou ocorrer após as operações de perfilagem 610, realiza-se um teste 612 para observar se o modo operacional é ajustado para o modo de intermitência e ajusta-se o indicador de preparo de dados proveniente da rotina ADC 780. Caso positivo, as operações de intermitência 614 são realizadas. Estas operações serão descritas de modo mais abrangente abaixo. Se o teste 612 falhar ou ocorrer após as operações de intermitência 614, realiza-se um teste 616 para observar se o modo operacional é ajustado para o modo de segundo plano e se um bloco inteiro de dados de segundo plano foi coletado. Caso positivo, realiza-se o processamento de bloco de segundo plano 617. Se o teste 616 falhar ou ocorrer após o processamento de bloco de segundo plano 617, realiza-se um teste 618 para observar se o modo operacional é ajustado para o modo de perfilagem e se um bloco inteiro de dados de perfilagem foi coletado. Caso positivo, realiza-se o processamento de bloco de perfil 700. Se o teste 618 falhar ou ocorrer após o proces

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45/68 samento de bloco de perfil 700, realiza-se um teste 620 para observar se o modo operacional é ajustado para o modo de intermitência e se um bloco inteiro de dados de intermitência foi coletado. Caso positivo, realiza-se um processamento de bloco de intermitência 760. Se o teste 620 falhar ou ocorrer após um processamento de bloco de intermitência 760, realiza-se um teste 622 para observar se existe algumas mensagens de hospedeiro a ser processada a partir da porta de comunicação. Caso positivo, as mensagens de hospedeiro são processadas 624. Se o teste 622 falhar ou ocorrer após as mensagens de hospedeiro serem processadas, a rotina principal 600 retorna para o teste 606 de modo a iniciar outro loop de testes para observar se algum dado, e qual tipo de dados, pode estar disponível para processamento. Este loop continua indefinidamente enquanto o módulo de análise de dados for ajustado para um modo de coleta de dados.

[00118] Os detalhes das operações de perfilagem 610 são ilustrados na figura 8B. Neste exemplo de um modo de perfilagem, os dados são analisados para magnetômetros pelo menos nas direções X e Y para determinar quão rápido a broca de perfuração está girando. Na realização desta análise, o software mantém as variáveis para um carimbo de data e hora no início do bloco de perfilagem (RPMinitial), um carimbo de data e hora do tempo amostral dos dados atuais (RPMfinal), uma variável contendo o número máximo de tiques de tempo por revolução da broca (RPMmax), uma variável contendo o número mínimo de tiques de tempo por revolução da broca (RPMmin), e uma variável contendo o número atual de revoluções da broca (RPMcnt) desde o início do bloco de perfil. Os dados de perfil resultantes calculados durante a rotina ADC 780 e durante as operações de perfilagem 610 podem ser gravados em uma RAM não volátil.

[00119] Os magnetômetros podem ser usados para determinar as revoluções da broca devido ao fato de os magnetômetros estarem gi

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46/68 rando no campo magnético da Terra. Se a broca for posicionada verticalmente, a determinação é uma operação relativamente simples de comparar o histórico de amostras a partir do magnetômetro X e dos magnetômetros Y. Para as brocas posicionadas em um ângulo, talvez devido à perfuração direcional, os cálculos podem ser mais envolvidos e requerer amostras a partir de todos os magnetômetros.

[00120] Os detalhes das operações de intermitência 614 também são ilustrados na figura 8B. As operações de intermitência 614 são relativamente simples nesta modalidade. Os dados de intermitência coletados pela rotina ADC 780 são armazenados em uma NVRAM e o indicador de preparo de dados é limpo para preparação à próxima amostra de intermitência.

[00121] Os detalhes do processamento de bloco de segundo plano 617 também são ilustrados na figura 8B. Ao final de um bloco de segundo plano, realizam-se operações de limpeza para preparação ao próximo bloco de segundo plano. Com a finalidade de preparar a um novo bloco de segundo plano, ajusta-se um tempo de conclusão para o próximo bloco de segundo plano, as variáveis rastreadas referentes aos acelerômetros são ajustadas aos valores iniciais, as variáveis rastreadas referentes à temperatura são ajustadas aos valores iniciais, as variáveis rastreadas referentes aos magnetômetros são ajustadas aos valores iniciais, e as variáveis rastreadas referentes aos cálculos de RPM são ajustadas aos valores iniciais. Os dados de segundo plano resultantes calculados durante a rotina ADC 780 e durante o processamento de bloco de segundo plano 617 podem ser gravados em uma RAM não volátil.

[00122] Na realização de uma amostragem adaptativa, as decisões podem ser realizadas pelo software quanto a qual tipo de modo de dados está sendo atualmente operado, e se comuta para um modo de dados diferente com base em disparos de evento de temporização ou

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47/68 em disparos de limite adaptativo. Os disparos de limite adaptativo podem, em geral, ser visualizados como um teste entre um índice de severidade e um limite adaptativo. Pelo menos três resultados possíveis são possíveis a partir deste teste. Como resultado deste teste, pode ocorrer uma transição para um modo mais detalhado de coleta de dados, para um modo menos detalhado, ou pode não ocorrer nenhuma transição.

[00123] Estes modos de dados são definidos como o modo de segundo plano 510 sendo o menos detalhado, sendo que o modo de perfilagem 530 é mais detalhado do que o modo de segundo plano 510, e o modo de intermitência 550 é mais detalhado do que o modo de perfilagem 530.

[00124] Um índice de severidade diferente pode ser definido para cada modo de dados. Qualquer índice de severidade determinado pode compreender um valor amostrado a partir de um sensor, uma combinação matemática de uma variedade de amostras de sensores, ou um resultado de processamento de sinal que inclui amostras históricas a partir de uma variedade de sensores. Em geral, o índice de severidade proporciona uma medição de um fenômeno particular de interesse. Por exemplo, um índice de severidade pode ser uma combinação de cálculos de erros quadráticos médios para os valores captados pelo acelerômetro X e pelo acelerômetro Y.

[00125] Em sua forma mais simples, um limite adaptativo pode ser definido como um limite específico (possivelmente armazenado como uma constante) ao qual, se o índice de severidade for maior ou menor que o limite adaptativo, o módulo de análise de dados pode comutar (isto é, adaptar a amostragem) para um novo modo de dados. Em formas mais complexas, um limite adaptativo pode alterar seu valor (isto é, adaptar o valor de limite) a um novo valor com base em amostras de dados históricos ou análise de processamento de sinal de amostras de

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48/68 dados históricos.

[00126] Em geral, dois limites adaptativos podem ser definidos para cada modo de dados: um limite adaptativo inferior (também referido como um primeiro limite) e um limite adaptativo superior (também referido como um segundo limite). O teste do índice de severidade contra os limites adaptativos pode ser usado para decidir se uma comutação de modo de dados é desejável.

[00127] Nas instruções computacionais ilustradas nas figuras 8C8E, e definindo uma modalidade flexível em relação à rotina principal 600 (figura 8B), as decisões de limite adaptativo são completamente ilustradas, porém, os detalhes de processamento de dados e a coleta de dados podem não ser ilustrados.

[00128] A figura 8C ilustra um teste geral de limite adaptativo em relação ao processamento de modo de segundo plano 640. Em primeiro lugar, o teste 662 é realizado para observar se um modo de disparo de tempo é ativo. Caso positivo, o bloco operacional 664 faz com que o modo de dados possivelmente comute para um modo diferente. Com base em um algoritmo predeterminado, o modo de dados pode comutar para o modo de perfilagem, modo de intermitência, ou pode permanecer no modo de segundo plano durante um período de tempo predeterminado mais longo. Após comutar os modos de dados, o software sai do processamento de modo de segundo plano.

[00129] Se o teste 662 falhar, o disparo de limite adaptativo se encontra ativo, e o bloco operacional 668 calcula um índice de severidade de segundo plano (Sbk), um primeiro limite de segundo plano (Tlbk), e um segundo limite de segundo plano (T2bk). Então, realiza-se o teste 670 para observar se o índice de severidade de segundo plano se encontra entre o primeiro limite de segundo plano e o segundo limite de segundo plano. Caso positivo, o bloco operacional 672 comuta do modo de dados para o modo de perfilagem e o software sai do proPetição 870190043226, de 08/05/2019, pág. 52/80

49/68 cessamento de modo de segundo plano.

[00130] Se o teste 670 falhar, realiza-se o teste 674 para observar se o índice de severidade de segundo plano é maior que o segundo limite de segundo plano. Caso positivo, o bloco operacional 676 comuta do modo de dados para o modo de intermitência e o software sai do processamento de modo de segundo plano. Se o teste 674 falhar, o modo de dados permanece no modo de segundo plano e o software sai do processamento de modo de segundo plano.

[00131] A figura 8D ilustra um teste geral de limite adaptativo em relação ao processamento de bloco de perfil 700. Em primeiro lugar, realiza-se o teste 702 para observar se o modo de disparo de tempo se encontra ativo. Caso positivo, o bloco operacional 704 faz com que o modo de dados possivelmente comute para um modo diferente. Com base em um algoritmo predeterminado, o modo de dados pode comutar para o modo de segundo plano, modo de intermitência, ou permanecer no modo de perfilagem durante um período de tempo predeterminado mais longo. Após a comutação dos modos de dados, o software sai do processamento de bloco de perfil.

[00132] Se o teste 702 falhar, o disparo de limite adaptativo se encontra ativo, e o bloco operacional 708 calcula um índice de severidade de perfilagem (SIg), um primeiro limite de perfilagem (TlIg), e um segundo limite de perfilagem (T21g). Então, realiza-se o teste 710 para observar se o índice de severidade de perfilagem é menor que o primeiro limite de perfilagem. Caso positivo, o bloco operacional 712 comuta do modo de dados para o modo de segundo plano e o software sai do processamento de bloco de perfil.

[00133] Se o teste 710 falhar, realiza-se o teste 714 para observar se o índice de severidade de perfilagem é maior que o segundo limite de perfilagem. Caso positivo, o bloco operacional 716 comuta do modo de dados para o modo de intermitência e o software sai do processa

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50/68 mento de bloco de perfil. Se o teste 714 falhar, o modo de dados permanece no modo de perfilagem e o software sai do processamento de bloco de perfil.

[00134] A figura 8E ilustra um teste geral de limite adaptativo em relação ao processamento de bloco de intermitência 760. Em primeiro lugar, realiza-se o teste 882 para observar se o modo de disparo se encontra ativo. Caso positivo, o bloco operacional 884 faz com que o modo de dados possivelmente comute para um modo diferente. Com base em um algoritmo predeterminado, o modo de dados pode comutar para o modo de segundo plano, modo de perfilagem, ou pode permanecer no modo de intermitência durante um período de tempo predeterminado mais longo. Após a comutação dos modos de dados, o software sai do processamento de bloco de intermitência.

[00135] Se o teste 782 falhar, o disparo de limite adaptativo se encontra ativo, e o bloco operacional 888 calcula um índice de severidade de intermitência (Sbu), um primeiro limite de intermitência (Tlbu), e um segundo limite de intermitência (T2bu). Então, realiza-se o teste 890 para observar se o índice de severidade de intermitência é menor que o primeiro limite de intermitência. Caso positivo, o bloco operacional 892 comuta do modo de dados para o modo de segundo plano e o software sai do processamento de bloco de intermitência.

[00136] Se o teste 890 falhar, realiza-se o teste 894 para observar se o índice de severidade de intermitência é menor que o segundo limite de intermitência. Caso positivo, o bloco operacional 896 comuta do modo de dados para o modo de perfilagem e o software sai do processamento de bloco de intermitência. Se o teste 894 falhar, o modo de dados permanece no modo de intermitência e o software sai do processamento de bloco de intermitência.

[00137] Nas instruções computacionais ilustradas nas figuras 8F8H, e definindo outra modalidade de processamento em relação à roti

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51/68 na principal 600 (figura 8B), ilustram-se mais detalhes de coleta de dados e processamento de dados, porém, nem todas as decisões são explicadas e ilustradas. Ao invés disso, mostra-se uma variedade de decisões para ilustrar adicionalmente o conceito geral do disparo de limite adaptativo.

[00138] Os detalhes de outra modalidade do processamento de modo de segundo plano 640 são ilustrados na figura 8F. Nesta modalidade do modo de segundo plano, os dados são coletados para acelerômetros nas direções X, Y, e Z. A rotina ADC 780 (figura 8A) armazenou dados como uma soma de execução de todas as amostras de segundo plano e uma soma de execução de quadrados de todos os dados de segundo plano para cada um dos acelerômetros X, Y, e Z. No processamento de modo de segundo plano, os parâmetros de uma média, uma variância, uma variância máxima, e uma variância mínima para cada um dos acelerômetros são calculados e armazenados em um registro de dados de segundo plano. Em primeiro lugar, o software salva 642 o carimbo de data e hora atual nos registros de dados de segundo plano. Então, os parâmetros são calculados conforme ilustrado nos blocos operacionais 644 e 646. A média pode ser calculada como a soma de execução dividido pelo número de amostras atualmente coletadas para o bloco operacional 644. A variância pode ser ajustada como um valor quadrático médio que utiliza as equações, conforme mostrado no bloco operacional 646. A variância mínima é determinada ajustando-se a variância atual como o mínimo se esta for menor que qualquer valor anterior para a variância mínima. De modo semelhante, a variância máxima é determinada ajustando-se a variância atual como a variância máxima se esta for maior que qualquer valor anterior para a variância máxima. Posteriormente, um indicador de disparo é ajustado 648 se a variância (também referida como o índice de severidade de segundo plano) for maior que um limite de segundo

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52/68 plano, que neste caso consiste em um valor predeterminado ajustado antes de iniciar o software. O indicador de disparo é testado 650. Se o indicador de disparo não for ajustado, o software salta para o bloco operacional 656. Se o indicador de disparo for ajustado, o software transaciona 652 para o modo de perfilagem. Após a comutação para o modo de perfilagem, ou se o indicador de disparo não for ajustado, o software pode opcionalmente gravar 656 os conteúdos do registro de dados de segundo plano na NVRAM. Em algumas modalidades, pode não ser desejável utilizar o espaço de NVRAM para dados de segundo plano. Em outras modalidades, pode ser valioso manter pelo menos um histórico de dados coletados enquanto estiver no modo de segundo plano.

[00139] Reportando-se à figura 9, os históricos de amostras de magnetômetro são mostrados para as amostras de magnetômetro X 61 OX e amostras de magnetômetro Y 61 OY. Observando-se o ponto amostral 902, pode-se observar que as amostras de magnetômetro Y se encontram próximas a um mínimo e as amostras de magnetômetro X se encontram em uma fase de cerca de 90 graus. Rastreando-se o histórico dessas amostras, o software pode detectar quando ocorreu uma revolução completa. Por exemplo, o software pode detectar quando as amostras de magnetômetro X 610X se tornaram positivas (isto é, maior que um valor selecionado) como um ponto de iniciação de uma revolução. O software pode, então, detectar quando as amostras de magnetômetro Y 610Y se tornaram positivas (isto é, maior eu um valor selecionado) como uma indicação que as revoluções estão ocorrendo. Então, o software pode detectar o próximo momento que as amostras de magnetômetro X 610X se tornam positivas, indicando uma revolução completa. Sempre que ocorrer uma revolução, a operação de perfilagem atualiza as variáveis de perfilagem descritas anteriormente.

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53/68 [00140] Os detalhes de outra modalidade de processamento de bloco de perfil 700 são ilustrados na figura 8G. Neste processamento de bloco de perfil modalidade, o software supõe que o modo de dados seja reinicializado ao modo de segundo plano. Portanto, a energia aos magnetômetros é interrompida e o modo de segundo plano é ajustado 722. Este modo de dados pode ser alterado posteriormente no processamento de bloco de perfil 700, se o modo de segundo plano não for apropriado. No processamento de bloco de perfil 700, os parâmetros de uma média, um desvio, e uma severidade para cada um dos acelerômetros são calculados e armazenados em um registro de dados de perfil. Os parâmetros são calculados conforme ilustrado no bloco operacional 724. A média pode ser calculada como a soma de execução preparada pela rotina ADC 780 (figura 8A) dividido pelo número de amostras atualmente coletadas para este bloco. O desvio é ajustado como uma metade da quantidade do valor máximo ajustado pela rotina ADC 780 menos o valor mínimo ajustado pela rotina ADC 780. A severidade é ajustada como o desvio multiplicado por uma constante (Ksa), que pode ser ajustada como um parâmetro de configuração antes da operação de software. Para cada magnetômetro, os parâmetros de uma média e uma amplitude são calculados e armazenados 726 no registro de dados de perfil. Para a temperatura, uma média é calculada e armazenada 728 no registro de dados de perfil. Para os dados de RPM gerados durante o processamento de modo de perfil 610 (na figura 8B), os parâmetros de uma RPM média, uma RPM mínima, uma RPM máxima, e uma severidade de RPM são calculadas e armazenadas 730 no registro de dados de perfil. A severidade é ajustada como a RPM máxima menos a RPM mínima multiplicada por uma constante (Ksr), que pode ser ajustada como um parâmetro de configuração antes da operação de software. Após todos os parâmetros serem calculados, o registro de dados de perfil é armazenado 732 na NVRAM. Pa

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54/68 ra cada acelerômetro no sistema, calcula-se um valor de limite no bloco 734 para uso na determinação se um indicador de disparo adaptativo deve ser ajustado. O valor de limite, conforme definido no bloco 734, é comparado a um valor de disparo inicial. Se o valor de limite for menor que o valor de disparo inicial, o valor de limite é ajustado para o valor de disparo inicial.

[00141] Uma vez calculados todos os parâmetros para armazenamento e disparo adaptativo, realiza-se um teste 736 para determinar se o modo é atualmente ajustado para o disparo adaptativo ou para o disparo com base temporal. Se o teste falhar (isto é, o disparo com base temporal se encontra ativo), o indicador de disparo é limpo 738. Realiza-se um teste 740 para verificar que a coleta de dados se encontra no fim de um bloco de dados de perfilagem. Caso negativo, o software sai do processamento de bloco de perfil. Se a coleta de dados estiver no fim de um bloco de dados de perfilagem, o modo de intermitência é ajustado 742, e o tempo para a conclusão do bloco de intermitência é ajustado. Além disso, o bloco de intermitência a ser capturado é definido como disparado por tempo.

[00142] Se o teste 736 para o disparo adaptativo passar, realiza-se um teste 746 para verificar que um indicador de disparo é ajustado, indicando que, com base nos cálculos de disparo adaptativo, o modo de intermitência deve ser inserido para coletar mais informações detalhadas. Se o teste 746 passar, o modo de intermitência é ajustado 748, e o tempo para a conclusão do bloco de intermitência é ajustado. Além disso, o bloco de intermitência a ser capturado é definido como disparado adaptativo 750. Se o teste 746 falhar ou ocorrer após a definição do bloco de intermitência como disparado adaptativo, o indicador de disparo é limpo 752 e o processamento de bloco de perfil completo.

[00143] Os detalhes de outra modalidade de processamento de bloco de intermitência 760 são ilustrados na figura 8H. Nesta modali

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55/68 dade, um índice de severidade de intermitência não é implementado. Ao invés disso, o software sempre retorna ao modo de segundo plano após o término de um bloco de intermitência. Em primeiro lugar, a energia pode ser interrompida aos magnetômetros de modo a conservar energia e o software transaciona 762 para o modo de segundo plano.

[00144] Após muitos blocos de intermitência terem sido processados, a quantidade de memória alocada para armazenar amostras de intermitência pode ser completamente consumida. Se este for o caso, um bloco de intermitência previamente armazenado pode precisar ser ajustado de modo que seja sobregravado por amostras do próximo bloco de intermitência. O software verifica 764 se existe alguma NVRAM não utilizada disponível para os dados de bloco de intermitência. Se nem todos os blocos de intermitência forem usados, o software sai do processamento de bloco de intermitência. Se todos os blocos de intermitências forem usados 766, o software usa um algoritmo para encontrar 768 um bom candidato para sobregravação.

[00145] Os indivíduos versados na técnica reconhecerão e avaliarão que a rotina principal 600, ilustrada na figura 8B, comuta ao teste de limite adaptativo após cada amostra no modo de segundo plano, porém, após um bloco ser coletado no modo de perfilagem e no modo de intermitência. Naturalmente, o teste de limite adaptativo pode ser adaptado de modo que seja realizado após cada amostra em cada modo, ou após um bloco completo ser coletado em cada modo. Ademais, a rotina ADC 780, ilustrada na figura 8A, ilustra um exemplo não limitativo de uma implementação de coleta e análise de dados. Contemplam-se muitas outras operações de coleta e análise de dados no escopo da presente invenção.

[00146] Pode-se necessitar mais memória, mais energia, ou uma combinação destas, para modos mais detalhados, portanto, o disparo

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56/68 de limite adaptativo permite um método de otimizar a utilização da memória, a utilização de energia, ou uma combinação destas, em relação à coleta e ao processamento das informações mais úteis e detalhadas. Por exemplo, o disparo de limite adaptativo pode ser adaptado para detecção de tipos específicos de eventos conhecidos, tal como, por exemplo, rotação da broca, salto da broca, oscilação da broca, deslocamento da broca, vibração lateral, e oscilação de torção.

[00147] As figuras 10, 11, e 12 ilustram exemplos de tipos de dados que podem ser coletados pelo módulo de análise de dados. A figura 10 ilustra a oscilação de torção. Inicialmente, as medições de magnetômetro 610Y e 610X ilustram uma velocidade rotacional de cerca de 20 revoluções por minuto (RPM) 61 IX, que pode ser indicativa da ligação da broca de perfuração em algum tipo de formação subterrânea. Então, os magnetômetros ilustram um grande aumento na velocidade rotacional, até cerca de 120 RPM 61 IY, quando a broca de perfuração tiver a força de ligação liberada. Este aumento na rotação também é ilustrado pelas medições de acelerômetro 620X, 620Y e 620Z.

[00148] A figura 11 ilustra formas de onda (620X, 620Y e 620Z) para os dados coletados pelos acelerômetros. A forma de onda 630Y ilustra a variância calculada pelo software para o acelerômetro Y. A forma de onda 640Y ilustra o valor de limite calculado pelo software para o acelerômetro Y. Este valor de limite Y pode ser usado, sozinho ou em combinação com outros valores de limite, para determinar se uma alteração de modo de dados deve ocorrer.

[00149] A figura 12 ilustra as formas de onda (620X, 620Y e 620Z) para os mesmos dados coletados pelos acelerômetros conforme mostrado na figura 11. A figura 12 também mostra a forma de onda 630X, que ilustra a variância calculada pelo software para o acelerômetro X. A forma de onda 640X ilustra o valor de limite calculado pelo software para o acelerômetro X. Este valor de limite X pode ser usado, sozinho

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57/68 ou em combinação com outros valores de limite, para determinar se uma alteração do modo de dados deve ocorrer.

[00150] Conforme descrito anteriormente, os dados de variação de tempo, tais como aqueles ilustrados acima em relação às figuras 9 a 12 podem ser analisados para detecção de eventos específicos. Estes eventos podem ser usados no módulo de análise de dados para modificar o comportamento do módulo de análise de dados. A título de exemplo, e sem caráter limitativo, os eventos podem causar alterações, tais como, modificar a distribuição de energia a vários elementos no módulo de análise de dados, modificar os modos de comunicações, e modificar os cenários de coleta de dados. Os cenários de coleta de dados podem ser modificados, por exemplo, modificando-se quais sensores ativar ou desativar, a frequência de amostragem para estes sensores, os algoritmos de compactação para os dados coletados, as modificações à quantidade de dados que é armazenada na memória no módulo de análise de dados, as alterações aos protocolos de exclusão de dados, a modificação à análise de evento de disparo adicional, e outras alterações adequadas.

[00151] A análise de evento de disparo pode ser tão direto como a análise de limite descrita anteriormente. No entanto, pode-se realizar uma análise mais detalhada para desenvolver os disparos com base no comportamento da broca, tal como a análise dinâmica da broca, a análise de formação, e similares.

[00152] Muitos algoritmos encontram-se disponíveis para compactação de dados e reconhecimento de padrão. No entanto, a maioria destes algoritmos se baseiam em frequência e necessitam de técnicas de processamento de sinal digital complexas e potentes. Em um ambiente de broca de perfuração no interior do poço, a energia da bateria e a energia de processamento resultante podem ser limitadas. Portanto, a compactação de dados de baixa energia e a análise de reconheci

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58/68 mento de padrão podem ser úteis. Outros algoritmos de codificação podem ser utilizados em dados variáveis temporais que são baseados em tempo, ao invés de serem baseados em frequência. Estes algoritmos de codificação podem ser utilizados para compactação de dados onde apenas os códigos resultantes que representam a forma de onda variável temporal são armazenados, ao invés de as amostras originais. Além disso, o reconhecimento de padrão pode ser utilizado nos códigos resultantes para reconhecer eventos específicos. Estes eventos específicos podem ser usados, por exemplo, para disparo de limite adaptativo. O disparo de limite adaptativo pode ser adaptado para detecção de tipos específicos de comportamentos conhecidos, tais como, por exemplo, rotação da broca, salto da broca, oscilação da broca, deslocamento da broca, vibração lateral, e oscilação de torção. O disparo de limite adaptativo também pode ser adaptado para vários níveis de severidade para estes comportamentos de broca.

[00153] Como um exemplo, tal técnica de análise inclui processamento e reconhecimento de sinal codificado temporal (TESPAR), que foi convencionalmente usado em algoritmos de reconhecimento de fala. As modalidades da presente invenção estenderam a análise de TESPAR para reconhecer os comportamentos de broca que podem ser de interesse para gravar dados compactados ou usá-los como eventos de disparo.

[00154] A análise TESPAR pode ser considerada como sendo realizada em três processos gerais. Primeiramente, os parâmetros TESPAR são extraídos a partir de uma forma de onda variável temporal. Posteriormente, os parâmetros TESPAR são codificados em símbolos alfabéticos. Finalmente, as codificações resultantes podem ser classificadas, ou reconhecidas.

[00155] A análise TESPAR se baseia no local de zeros reais e complexos em uma forma de onda variável temporal. Os zeros reais são

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59/68 representados por cruzamentos de zero da forma de onda, enquanto os zeros complexos podem ser aproximados pelo formato da forma de onda entre os cruzamentos de zero.

[00156] A figura 13 ilustra uma forma de onda e a codificação TESPAR da forma de onda. O sinal entre cada cruzamento de zero da forma de onda é denominado como época. Apresentam-se sete épocas na forma de onda da figura 13. Outro parâmetro TESPAR é a duração de uma época. A duração é definida como o número de amostras, com base na frequência amostral coletada para cada época. Com o intuito de ilustrar a duração, os pontos amostrais são incluídos na primeira época que mostra oito amostras para uma duração de oito. Uma frequência de amostragem exemplificadora que pode ser útil para os dados de acelerômetro e derivadas dos mesmos, é igual a cerca de 100 Hz.

[00157] Outro parâmetro definido para análise TESPAR é o formato da forma de onda na época. O formato é definido como o número de mínimos positivos ou o número de máximos negativos em uma época. Portanto, o formato para a terceira época é definido como um porque este tem um mínimo para uma forma de onda na região positiva. De modo semelhante, o formato para a quarta época é definido como dois porque este tem duas máximas para a forma de onda na região negativa. Um parâmetro final que pode ser definido para análise TESPAR é a amplitude, que é definida como a amplitude do maior pico na época. Por exemplo, a sétima época tem uma amplitude igual a 13. A figura 13 ilustra os parâmetros para cada uma das épocas da forma de onda, sendo que E=época, D=duração, S=formato, e A=amplitude.

[00158] Com a forma de onda agora extraída nos parâmetros TESPAR, ao invés de armazenar amostras da forma de onda em cada ponto, a forma de onda pode ser armazenada como épocas sequenciais e os parâmetros para cada época. Isto representa um tipo de compacta

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60/68 ção com perda de dados onde uma quantidade significativamente menor de dados precisa ser armazenada para representar adequadamente a forma de onda, porém, a forma de onda não pode ser recriada com tanta precisão como quando a mesma foi originalmente amostrada.

[00159] A forma de onda pode ser adicionalmente analisada, e compactada, convertendo-se os parâmetros TESPAR em um símbolo alfabético. A figura 14 ilustra um possível alfabeto TESPAR para uso na codificação de possíveis dados amostrados. A matriz da figura 14 mostra o parâmetro de formato como colunas e o parâmetro de duração como fileiras. No alfabeto TESPAR da figura 14, existem 28 símbolos exclusivos que podem ser usados para representar os vários elementos de matriz. Portanto, uma época com uma duração de quatro e um formato de um seria representada pelo símbolo alfabético 4. De modo semelhante, uma época com uma duração de 37 e um formato de três seria representada pelo símbolo alfabético 26.

[00160] Embora o alfabeto ilustrado na figura 14 possa ser usado para uma ampla variedade de formas de onda variáveis temporais, diferentes alfabetos podem ser definidos e adaptados para os tipos específicos de coleta de dados, tais como as leituras de acelerômetro e magnetômetro úteis para determinar a dinâmica da broca. Os indivíduos versados na técnica também reconhecerão que o alfabeto da figura 14 apenas ascende até uma duração de 37 e um formato de 5. Portanto, com este alfabeto, supõe-se que para uma representação TESPAR precisa, a duração a partir de um cruzamento de zero até o próximo seja menor que 37 amostras e não existirão mais de 5 mínimos ou máximos em qualquer época determinada.

[00161] A codificação das épocas em símbolos alfabéticos cria uma compactação com perda de dados adicional, como cada época pode ser representada por seu símbolo alfabético e por sua amplitude. Em

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61/68 algumas aplicações, a amplitude pode não ser necessária e simplesmente o símbolo alfabético pode ser armazenado. A codificação da forma de onda da figura 13 produz um fluxo de símbolo TESPAR de 713-12-16-8-10-22 para as épocas 1 a 7.

[00162] Para qualquer forma de onda determinada, a forma de onda pode ser representada como um histograma que indica o número de ocorrência de cada símbolo TESPAR ao longo da duração do fluxo de símbolo TESPAR. Um histograma exemplificador é ilustrado na figura 15. Um histograma como aquele ilustrado na figura 15 geralmente é referido como uma matriz S.

[00163] Uma das resistências da codificação TESPAR é que estas são facilmente adaptáveis ao reconhecimento de padrão e foram convencionalmente aplicadas ao reconhecimento de fala para reconhecer os alto-falantes e palavras específicas que sejam pronunciadas por uma variedade de alto-falantes. As modalidades da presente invenção usam um reconhecimento de padrão para reconhecer comportamentos específicos de dinâmica da broca de perfuração que possam, então, ser usados como um disparo de limite adaptativo. Alguns comportamentos que podem ser reconhecidos são comportamentos de rotação e tipo adere/desliza, assim como variações nestes com base na severidade do comportamento. Outros comportamentos exemplificadores são a alteração no comportamento de uma broca de perfuração com base em o quanto os cortadores estão cegos ou no tipo de formação que está sendo perfurada, assim como uma determinação de energia específica definida como a energia exercida na perfuração versus o volume de formação removido ou a eficiência definida como a quantidade real de trabalho versus o mínimo trabalho possível realizado.

[00164] As redes neurais artificiais podem ser treinadas para reconhecer padrões específicos de matrizes S derivadas a partir dos fluxos de símbolo TESPAR. As redes neurais são treinadas processando-se

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62/68 as formas de onda existentes que exibem o padrão a ser reconhecido. Em outras palavras, com o intuito de reconhecer a rotação, os dados de acelerômetro existentes de uma série de diferentes brocas ou uma série de diferentes ocorrências de rotação são codificados em um fluxo de símbolo TESPAR e usados para treinar a rede neural.

[00165] Uma única configuração de rede neural é mostrada na figura 16. A camada de entrada da rede inclui um valor para cada um dos símbolos TESPAR que indicam quantas vezes cada símbolo ocorre na forma de onda. A rede da figura 16 inclui cinco nós na camada oculta da rede e seis nós da rede indicando que seis padrões diferentes de nós ocultos e nós de saída podem ser definidos na rede e adaptados aos tipos de comportamentos a serem reconhecidos. Conforme compreendido pelos indivíduos versados na técnica da análise de rede neural, a rede usa os dados amostrais como informações de treinamento com base no conhecimento que o conjunto de treinamento representa um comportamento desejado. A rede ensina que um padrão específico nos nós de entrada deve produzir um padrão específico nos nós de saída com base neste conhecimento anterior. Quanto mais dados de treinamento que são aplicados à rede, mais precisamente a rede é treinada para reconhecer os comportamentos e nuanças específicas destes comportamentos. O treinamento ocorre off-line (isto é, antes o uso da rede conforme implementado no interior do poço de módulo de análise de dados) e a rede treinada resultante pode, então, ser carregada no módulo de análise de dados na broca de perfuração.

[00166] Neste estágio treinado, a rede treinada pode ser usada para reconhecimento de padrão. A figura 17 é um diagrama de fluxo que ilustra um possível fluxo de software que utiliza uma análise TESPAR para codificação, compactação de dados, e reconhecimento de padrão dos dados amostrados. O processo TESPAR 800 começa adquirindose amostras de dados a partir do(s) sensor(es) de interesse no bloco

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63/68 de processo 802. Estes dados podem pode incluir formas de onda a partir dos sensores, tais como, por exemplo, acelerômetros, magnetômetros e similares. O bloco de decisão 804 testa para observar se um processamento adicional é necessário nos dados antes da codificação. Se nenhum processamento adicional for necessário, o fluxo continua no bloco de processo 808. Se um processamento adicional for necessário, este processamento é realizado conforme indicado pelo bloco de processo 806. Este processamento adicional pode assumir uma variedade de formas. Por exemplo, os dados de acelerômetro podem ser combinados e convertidos a partir de um sistema de coordenadas para outro e os dados podem ser filtrados. Como outro exemplo, os dados de acelerômetro podem ser integrados de modo a formar perfis de velocidade ou trajetórias da broca.

[00167] No bloco de processo 808, os dados de forma de onda variável temporal desejada são convertidos em parâmetros TESPAR, conforme descrito anteriormente. Se este nível de compactação de dados for desejado, os parâmetros TESPAR podem ser armazenados para cada época, criando um fluxo de parâmetro TESPAR.

[00168] No bloco de processo 810, os parâmetros TESPAR são convertidos em símbolos TESPAR que utilizam o alfabeto apropriado conforme descrito anteriormente. Se este nível de compactação de dados for desejado, os símbolos TESPAR podem ser armazenados para cada época criando um fluxo de símbolo TESPAR.

[00169] No bloco de processo 812, o fluxo de símbolo TESPAR é convertido em uma matriz S determinando-se o número de ocorrências de cada símbolo no fluxo, conforme explicado anteriormente. Se este nível de compactação de dados for desejado, a matriz S pode ser armazenada.

[00170] O bloco de decisão 814 determina se o reconhecimento de padrão é desejado. Caso negativo, a análise de TESPAR foi utilizada

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64/68 para apenas compactação de dados, e o processo termina. Se o reconhecimento de padrão for desejado, a matriz S é aplicada à rede neural treinada para determinar se algum comportamento de broca treinada consiste em uma adaptação à matriz S, conforme mostrado no bloco de processo 816.

[00171] No bloco de processo 818, se existir uma compatibilidade a um comportamento de broca treinada, e se este comportamento compatibilizado precisar ser usado como um evento de disparo, o evento de disparo pode ser usado para modificar o comportamento do módulo de análise de dados.

[00172] Outra técnica de análise pode incluir o ajuste de curva de um polinômio cúbico por segmentos à forma de onda dos dados coletados por um sensor. A título de exemplo não limitativo, as modalidades da presente invenção estenderam a análise de ajuste de curva para filtrar os componentes de alta frequência de uma forma de onda de magnetômetro. Os componentes de frequência baixa restantes da forma de onda de magnetômetro podem, então, ser analisados para reconhecer os comportamentos de broca que podem ser de interesse, gravar os dados compactados, ou utilizá-los como eventos de disparo para modificar o comportamento do módulo de análise de dados. Conforme ilustrado na figura 18, um sinal do magnetômetro tem a forma de uma senoide 940 tendo um ponto mínimo 942 e um ponto máximo 944. Um polinômio cúbico pode ser ajustado entre o ponto mínimo 942 e o ponto máximo 944 e, portanto, um sinal do magnetômetro pode ser definido por um polinômio cúbico por segmentos.

[00173] Uma análise de ajuste de curva de polinômio cúbico por segmentos pode ser considerada como sendo realizada em três processos gerais. Primeiramente, um método de diferenciação numérica, conforme conhecido pelos indivíduos versados na técnica, pode ser utilizado para aproximar a primeira derivada de uma forma de onda

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65/68 amostrada. Por exemplo, a primeira derivada de uma forma de onda amostrada pode ser aproximada utilizando-se a equação f'(t) = (f(t+At) - f(t))/At [00174] onde f(t) representa a forma de onda amostrada, At representa uma alteração em t, e f'(t) representa primeira derivada da forma de onda amostrada. Posteriormente, os zeros da primeira derivada podem, então, ser calculados para determinar os mínimos locais e os máximos locais da forma de onda amostrada. Finalmente, entre os zeros adjacentes, que utilizam os dados de forma de onda amostrada, um polinômio cúbico pode ser ajustado à forma de onda amostrada resultante em um ajuste polinomial por segmentos.

[00175] A figura 19A ilustra uma forma de onda de magnetômetro 950X ao longo de um eixo geométrico x que inclui os dados brutos 954X e os pontos de conexão (isto é, onde a primeira derivada e a segunda derivada de uma forma de onda se cruzam) 952X. A figura 19B ilustra uma forma de onda de magnetômetro 950Y ao longo de um eixo geométrico y que inclui os dados brutos 954Y e os pontos de conexão 952Y. A figura 19C ilustra uma curva de polinômio cúbico por segmentos 960X correspondente ao sinal de magnetômetro 950X e uma curva de polinômio cúbico por segmentos 960Y correspondente ao sinal de magnetômetro 950Y. Deve-se notar que por motivos de clareza, apenas alguns dos pontos de conexão 952X e 952Y são notados na figura 19A.

[00176] Conforme descrito anteriormente, os zeros podem ser calculados a partir da primeira derivada da forma de onda correspondente 954X/954Y. Um polinômio cúbico por segmentos pode, então, ser ajustado entre os zeros adjacentes nas curvas ajustadas 960X/960Y, conforme mostrado na figura 19C. As curvas de polinômio cúbico por segmento ajustadas 960X/960Y são derivadas de modo que, quando as mesmas forem ajustadas juntas, formem uma curva contínua e dife

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66/68 rencial através de seu domínio. Portanto, nos pontos de conexão 952X/952Y, os segmentos de curva contíguos devem ter magnitudes iguais e inclinações iguais.

[00177] A figura 20 é um diagrama de fluxo que ilustra uma modalidade de um fluxo de software que utiliza um ajuste polinomial por segmentos para filtrar os componentes de alta frequência de uma forma de onda de magnetômetro. O processo de ajuste de curva 900 começa adquirindo-se amostras de dados do(s) sensor(es) de interesse no bloco de processo 903. Estes dados podem incluir formas de onda dos sensores, tais como magnetômetros. O bloco de decisão 904 testa para observar se um processamento adicional é necessário nos dados antes da codificação. Se nenhum processamento adicional for necessário, o fluxo continua no bloco de processo 908. Se um processamento adicional for necessário, tal processamento é realizado conforme indicado pelo bloco de processo 906, então, o fluxo continua no bloco de processo 908. Este processamento adicional pode assumir uma variedade de formas. A título de exemplos não limitantes, as técnicas de compactação de dados podem ser realizadas, outras operações de filtragem podem ser realizadas, ou disparos adaptativos podem ser detectados nos dados antes do ajuste polinomial por segmentos. No bloco de processo 908, a primeira derivada da forma de onda amostrada é aproximada. No bloco de processo 910, os zeros podem ser computados a partir da primeira derivada da forma de onda amostrada. No bloco de processo 912, um polinômio cúbico pode ser ajustado entre os zeros adjacentes e, portanto, resultando em um polinômio cúbico por segmentos que representa a forma de onda amostrada. [00178] Retornando-se à modalidade da figura 6, os controladores de energia 316 são mostrados para comutar a aplicação de energia a partir da fonte de energia 310 até a memória 330, os acelerômetros 340A, e os magnetômetros 340M, assim como outros possíveis senso

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67/68 res. Utilizando-se estes controladores de energia 316, o software executado no processador 320 pode gerenciar um barramento de controle de energia 326 que inclui sinais de controle para permitir individualmente um sinal de tensão 314 a cada componente conectado ao barramento de controle de energia 326. Embora o sinal de tensão 314 seja mostrado na figura 6 como um sinal único, os indivíduos versados na técnica compreenderão que diferentes componentes podem exigir diferentes voltagens. Portanto, o sinal de tensão 314 pode ser um barramento que inclui as voltagens necessárias para acionar os diferentes componentes.

[00179] Como exemplos não limitativos, as figuras 21A e 21B ilustram modalidades da fonte de energia 310 de acordo com a presente invenção. Conforme ilustrado na figura 21A, uma modalidade da fonte de energia 310 é configurada para produzir diferentes níveis de tensão combinando-se várias baterias em série. A título de exemplos nãolimitativos, diferentes voltagens podem ser necessárias para acelerômetros, magnetômetros, processadores, e diferentes tipos de memórias.

[00180] Na figura 21A, uma primeira bateria 962 e uma segunda bateria 964 são conectadas em série para desenvolver uma primeira tensão 972 e uma segunda tensão 974. Naturalmente, mais baterias (não mostradas) podem ser conectadas em série para desenvolver níveis de tensão adicionais (não mostrados) conforme a necessidade. Esta fonte de energia 310 é simples de se implementar e pode ser apropriada para muitas aplicações.

[00181] Como outra modalidade da fonte de energia 310', a figura 21B ilustra uma primeira bateria 962' e uma segunda bateria 964' em paralelo seguidas por um conversor de Corrente Direta para Corrente Direta (CC-CC) 970 para desenvolver a primeira tensão 972 e a segunda tensão 974. A fonte de energia 310' adiciona flexibilidade na ca

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68/68 pacidade de o conversor CC-CC 970 produzir o número atual e o nível de voltagens necessários pelos vários componentes do sistema. Ademais, uma única bateria, duas baterias, ou mais, podem ser combinadas em paralelo de modo a produzir energia adicional nas formas de corrente adicional e vida útil adicional da bateria. Da mesma forma, utilizando-se o conversor CC-CC 970, as baterias durarão, em geral, a mesma quantidade de tempo, independentemente qual entre a primeira tensão 972 e a segunda tensão 974 consome mais energia. Por ouro lado, com a fonte de energia 310 da figura 21A, se a segunda tensão 974 consumir uma quantidade significativa de energia, a segunda bateria 964 pode se tornar esgotada antes da primeira bateria 962.

[00182] Muito embora a presente invenção tenha sido descrita em relação a determinadas modalidades, os indivíduos versados na técnica reconhecerão e avaliarão que estas não são limitadas. Portanto, muitas adições, exclusões, e modificações às modalidades descritas podem ser feitas sem que se divirja do escopo da invenção conforme reivindicado nas partes que se seguem do presente documento, e equivalentes legais destas. Além disso, os recursos de uma modalidade podem ser combinados com recursos de outra modalidade enquanto ainda são abrangidos no escopo da invenção conforme contemplado pelos inventores.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Broca de perfuração para perfurar uma formação subterrânea, que compreende uma broca (200) que sustenta pelo menos um elemento de corte (225) e adaptada para se acoplar a uma coluna de perfuração (140);

uma pluralidade de sensores (340, 340A, 340M, 340T, 360, 370) que compreende:

um primeiro conjunto de acelerômetros (340A);

um segundo conjunto de acelerômetros (340A'); e pelo menos um magnetômetro (340M); e um módulo de análise de dados (300) que compreende: uma memória (330) para armazenar informação compreendendo instruções de computador; e um processador (320) configurado para executar as instruções de computador, caracterizado pelo fato de que:

a broca de perfuração ainda compreende uma câmara formada dentro de uma porção da broca (200) e configurada para manter uma pressão substancialmente próxima a uma pressão atmosférica de superfície enquanto se perfura a formação subterrânea;

o primeiro conjunto de acelerômetros (340A) sendo dispostos em um primeiro local na broca (200) e compreendendo um primeiro acelerômetro radial e um segundo acelerômetro radial;

o segundo conjunto de acelerômetros (340A’) sendo dispostos em um segundo local na broca (200) e compreendendo um terceiro acelerômetro radial e um quarto acelerômetro radial;

os primeiro, segundo, terceiro e quarto acelerômetros radiais sendo configurados, posicionados e orientados para captar os efeitos de aceleração radial sobre a broca de perfuração;

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2/4 o primeiro acelerômetro radial e o terceiro acelerômetro radial sendo configurados para captar acelerações de até uma magnitude grande;

o segundo acelerômetro radial e o quarto acelerômetro radial sendo configurados para captar acelerações de até uma magnitude relativamente menor para uma precisão aprimorada em relação ao primeiro acelerômetro radial e o terceiro acelerômetro radial; e o módulo de análise de dados (3000) sendo disposto na broca (200); e as instruções de computador sendo configuradas para filtrar informações derivados dos dados de sensor na broca (200) para desenvolver um conjunto de curvas polinomiais por segmentos dos dados de sensor, em que filtrar compreende:

aproximar uma primeira derivada de uma forma de onda de dados de sensor;

calcular uma pluralidade de zeros a partir da primeira derivada da forma de onda dos dados de sensor;

ajustar um polinômio cúbico entre zeros adjacentes calculados a partir da primeira derivada da forma de onda dos dados de sensor resultando no polinômio cubico por segmento.

2. Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda o primeiro conjunto de acelerômetros (340A) compreende ainda um primeiro acelerômetro configurado, posicionado e orientado para captar pelo menos uma entre as acelerações tangenciais e as acelerações axiais; e o segundo conjunto de acelerômetros(340A') compreende ainda um segundo acelerômetro configurado, posicionado e orientado para captar pelo menos uma entre as acelerações tangenciais e acelerações axiais.
3. Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1,

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3/4 caracterizado pelo fato de que o pelo menos um magnetômetro (340M) é configurado para captar campos magnéticos que agem sobre a broca de perfuração e configurado ainda para ser recalibrado sob o controle de um processador (320), o processador (320) sendo operacionalmente acoplado ao pelo menos um magnetômetro (340M).
4. Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

as instruções de computador são ainda configuradas para recalibrar o pelo menos um magnetêmetro (340M).
5. Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a recalibração é realizada em associação com a amostragem de um conjunto de dados a partir do pelo menos um magnetômetro (340M).
6. Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de análise de dados (300) compreende ainda uma fonte de energia configurada para suprir uma primeira tensão para pelo menos um entre a pluralidade de sensores (340, 340A, 340M, 340T, 360, 370) e suprir uma segunda tensão para o processador (320).
7. Broca de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

filtrar informações derivadas a partir de dados de sensor compreende filtrar os dados de sensor a partir do pelo menos um magnetêmetro (340M).
8. Método para operar a broca de perfuração como definida na reivindicação 1, o método compreendendo:

coletar dados de sensor em uma frequência de amostragem amostrando-se pelo menos um sensor da pluralidade de sensores (340, 340A, 340M, 340T, 360, 370), em que o pelo menos um sensor (340, 340A, 340M, 340T, 360, 370) é responsável por pelo menos um

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4/4 parâmetro físico associado a um estado de broca de perfuração;

caracterizado pelo fato de que filtrar os dados de sensor coletados para desenvolver curvas polinomiais por segmentos dos dados de sensor, em que a filtragem compreende:

aproximar uma primeira derivada de uma forma de onda de dados de sensor;

calcular uma pluralidade de zeros a partir da primeira derivada da forma de onda de dados de sensor; e ajustar um polinômio cúbico entre os zeros adjacentes calculados a partir da primeira derivada da forma de onda de dados de sensor resultando no polinômio cúbico por segmentos.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a filtragem dos dados de sensor compreende filtrar dados de sensor a partir de pelo menos um magnetômetro (340M).
10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de zeros compreende uma pluralidade de mínimos locais e uma pluralidade de máximos locais da primeira derivada da forma de onda de dados de sensor.
11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a aproximação de uma primeira derivada da forma de onda de dados de sensor compreende aproximar uma primeira derivada da forma de onda de dados de sensor através de um método de diferenciação numérica.
12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a filtragem compreende filtrar pelo menos alguns componentes de alta frequência dos dados de sensor coletados.
13. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o polinômio cúbico por segmentos é diferenciável e contínuo em seu domínio.