MX2008001454A - Herramienta nuclear. - Google Patents

Abstract

Se describe una herramienta nuclear de medición para determinar las propiedades de una formación penetrada por un fluido de un agujero. La herramienta consisten en: una fuente nuclear para irradiar la formación y una pluralidad de sensores nucleares cada uno operando con una diferente profundidad de investigación en la formación. La herramienta además contiene medios de procesamiento para recibir los datos desde los sensores nucleares, y con base en éstos, determinar las propiedades de la formación tomando en cuenta la penetración del fluido del agujero.

Description

HERRAMIENTA NUCLEAR CAMPO La invención se refiere a una herramienta para determinar la profundidad de penetración de fluido en una formación.

ANTECEDENTE En la industria de servicios petroleros después de que se ha descubierto un depósito de hidrocarburo particular (aceite o gas), el primer paso para crear un pozo productor se refiere a la perforación de un agujero hacia abajo hacia la corteza terrestre que alcance el depósito de hidrocarburo deseado.

Durante esta fase de perforación, algunas herramientas diversas de medición se montan en, o cerca de, la punta de la broca para proporcionar a los ingenieros petroleros los datos más actualizados de la perforación y la formación circundante. Específicamente, durante el paso de perforación se pueden usar diversos sensores, por ejemplo, para medir la resistividad y porosidad de la formación circundante y enviar los resultados de regreso a la superficie para su evaluación.

Aun después de que el agujero ha sido perforado, puede ser deseable bajar diversas herramientas de medición en el agujero para tratar y caracterizar la formación circundante en diferentes profundidades en el agujero. Esas mediciones son útiles para proporcionar una caracterización más exacta de los elementos constituyentes de la formación circundante. Específicamente, uno es capaz de obtener un estimado más exacto de la calidad y cantidad de hidrocarburo en la formación circundante. El fluido de hidrocarburo puede estar en forma de gas (es decir, gas natural) o en forma liquida (es decir, petróleo o petróleo con gas disuelto) .

La formación circundante de un agujero en general consiste en una pluralidad de diferentes materiales constituyentes incluyendo sólidos, como pueden ser diferentes rocas o arenas, y también los fluidos cuya cantidad se desea medir. Es posible distinguir entre estos elementos constituyentes midiendo sus densidades respectivas y otras propiedades. Después o durante el proceso de perforación, el fluido desde el agujero puede penetrar en la formación circundante mezclado cón el fluido (hidrocarburo o agua) y distorsionando por lo tanto la medición. El fluido del agujero frecuentemente tiene características que son muy diferentes de aquellas del fluido de la formación original.

Por lo tanto es deseable estimar el nivel de penetración (o invasión) que ocurre, para corregirlo y obtener una medida más realista del contenido real de hidrocarburo.

COMPENDIO De acuerdo con un aspecto de la presente invención se proporciona una herramienta de medición nuclear para determinar por lo menos üna propiedad de la formación penetrada por un fluido del agujero, la herramienta consiste en: una fuente nuclear para irradiar la formación; una pluralidad de sensores nucleares operando cada uno con una diferente profundidad de investigación en la formación; y medios de procesamiento para recibir los datos desde los sensores nucleares y basado en ellos determinar la por lo menos una propiedad de la formación tomando en cuenta la penetración del fluido del agujero.

Ventajosamente, [lacuna] en donde la herramienta se acomoda para determinar una pluralidad de propiedades simultáneamente. Esta tiene la ventaja de proporcionar un estimado simultáneo de todas las propiedades inherentes a la corrección para la invasión del fluido del agujero.

Alternativamente, en donde las propiedades contienen una medición de por lo menos una de una sigma de filtrado de lodo, una sigma de formación, un índice de Hidrogeno del filtración de lodo, un índice de Hidrogeno de la formación, una densidad del filtrado de lodo, una densidad de la roca de la formación, un diámetro del agujero, una herramienta separadora, una densidad del fluido sin invadir de la formación y un radio del fluido que está invadiendo.

Preferiblemente, en donde los valores antes mencionados son determinados como valores intermedios para finalmente determinar una propiedad de porosidad y saturación de agua para la formación.

De acuerdo a otro aspecto de la presente invención se proporciona una herramienta de medición nuclear para determinar un perfil de invasión de penetración de fluido del agujero hacia una formación, la herramienta consiste en: una fuente nuclear para irradiar la formación; una pluralidad de sensores nucleares cada uno operando con una diferente profundidad de penetración hacia la formación; y medios de procesamiento para recibir los datos desde los sensores nucleares y basados en ellos determinar el perfil de invasión.

LISTA DE DIBUJOS Las modalidades de la presente invención se describirán ahora por medio de un ejemplo con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 muestra un agujero perforado en la costra de la tierra; La Figura 2a, 2b y 2c muestran diversos estados de invasión del agujero; La Figura 3 muestra una gráfica que representa un ejemplo de un perfil de invasión hacia la formación; La Figura 4a muestra una herramienta nuclear de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 4b muestra una herramienta nuclear de acuerdo con una modalidad alternativa de la presente invención; La Figura 5 muestra un perfil de procedimiento de invasión simple de acuerdo con una modalidad; y La Figura 6 muestra una herramienta nuclear de acuerdo con una modalidad de la invención localizada pozo abajo y que mide el perfil de invasión.

DESCRIPCION La Figura 1 muestra una configuración básica de un agujero 4 que es perforado debajo de la superficie de la tierra 2 y tiene una formación circundante 6. El agujero que se muestra se extiende verticalmente a una profundidad particular. Cerca del fondo del agujero hay una formación de hidrocarburo circundante 8 cuyas propiedades alrededor del agujero a uno le gustarla medir. Para hacer esto, se baja una herramienta nuclear 10 a la profundidad correspondiente, por ejemplo en un cable 12, para empezar las mediciones de densidad de la formación de hidrocarburos relevantes. Específicamente, la herramienta nuclear esta alineada a lo largo de la interfaz 12 del agujero y la formación y la medición puede empezar.

Como un resultado de la perforación del agujero, el fluido del agujero puede empezar a invadir la interfaz de la formación 12. La invasión del fluido del agujero hacia la formación 8 afecta las lecturas de la medición tomadas por la herramienta 10 para determinar las propiedades de la formación y del fluido de la formación. Típicamente, el fluido del agujero tiene características, que son muy diferentes de aquellas del fluido de la formación original. Esto afectará las mediciones, lo que prueba la invasión parcial o completa de la zona de invasión. El efecto puede ser particularmente perceptible cuando las propiedades del fluido del agujero son significativamente diferentes a aquellas de la' formación. De esta manera, es ventajoso para las modalidades de la invención ser capaces de proporcionar una medición más exacta de las propiedades de la formación, tomando en cuenta la invasión del fluido del agujero.

Aunque la corrección para la formación de invasión es común para las mediciones de resistividad, lo cual típicamente prueba las profundidades de formación desde varios centímetros a varios metros, las mediciones nucleares están típicamente limitadas a profundidades de investigación de menos de 30 cm. Debido a éste intervalo más pequeño las mediciones nucleares son por lo tanto más sensitivas a la invasión del fluido del agujero debido a su sensibilidad a la invasión de lcm o menos. Esto es particularmente evidente si una formación llena de gas está invadida por el fluido del agujero. El gas en la formación tiene una densidad mucho menor y el índice de Hidrogeno (HI) que un fluido del agujero típico. Por ejemplo, la medición de densidad nuclear es sensitiva a la densidad de los electrones y de esta manera la densidad volúmica de la formación. Por lo tanto, aun la invasión superficial puede originar una lectura incorrecta de la herramienta.

Algunas técnicas de perforación recientes incluyen el uso de lodos de formiato especial (en particular formiato Na, K y Cs) que tienen densidades que abarcan el intervalo de lodos convencionales. Para los lodos convencionales la densidad se ajusta usando materiales lastrantes sólidos (bentonita, barita, hematita) , los cuales son sólidos suspendidos en el líquido. En la mayoría de los casos únicamente el líquido invade la formación. En el caso de lodos de formiato la densidad líquida puede ser muy alta y pocos sólidos están adicionados al lodo. La invasión de la formación por medio de la densidad alta, elevado PEF, bajo fluido HI origina que se alteren significativamente las propiedades de la formación. Si la profundidad de la invasión no se conoce o no se conoce lo suficientemente bien las mediciones de las propiedades de la formación serán inexactas.

Por lo tanto, es deseable ser capaz de corregir las mediciones nucleares para la invasión. Una vez que se ha determinado un perfil de invasión, otra ventaja es que el perfil de invasión determinado por medio de las mediciones nucleares se puede usar para corregir otras mediciones registradas que son sensitivas a la invasión.

La Fig. 2 es una secuencia de diapositivas a), b) y c) que muestran diversos estados de la invasión del agujero. Esto es, la Figura 2a muestra una interfaz exacta 12 entre el agujero 4 y la formación 8 donde no hay invasión. La Figura 2b muestra una interfaz más confusa 20 que refleja invasión parcial del fluido del agujero hacia la formación circundante 12 y la Figura 2c muestra una herramienta nuclear 10 tomando la medición y que tiene una zona de cobertura que se extiende hacia la formación 8 e incluye la invasión del fluido del agujero.

La Figura 3 muestra una modalidad de un perfil de invasión hacia la formación. En la pared del agujero 12 el fluido del agujero 34 ha desplazado 80% del fluido de la formación 32.·' Se puede ver que la profundidad de penetración del fluido del agujero 34 disminuye a medida que la distancia desde la pared del agujero 12 aumenta.

La Figura 4a muestra una herramienta nuclear 10 de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Específicamente, la herramienta 10 contiene una fuente de neutrones pulsados 42, un detector de neutrones térmico cercano, un detector de rayos gama de espacio corto 46, un detector de neutrones térmico lejano 48 y un detector de rayos gama de espacio largo 50. En la modalidad preferida los detectores de neutrones 44, 48 son tubos de 3He, los detectores de rayos gama 46, 50 son detectores de centelleo acoplados a foto-multiplicadores y la fuente de neutrones pulsados 42 es un generador de neutrones d-T. Se apreciará que también son aplicables otras configuraciones. Por ejemplo la herramienta podría usar únicamente neutrones (ver Figura 4b) o únicamente detectores de rayos gama. La fuente de neutrones también podría ser un generador d-D. También es posible que las mediciones de neutrones sean combinadas con una medición de resistividad, es decir, algunos o todos los sensores de la medición de resistividad ocupan las posiciones verticales, las cuales traslapan las posiciones de los detectores y/o fuente de la medición de neutrones.

El esquema pulsante de la fuente de neutrones puede variar, por lo tanto la herramienta 10 permite la medición de tiempos breves (estallidos cortos) y tiempos largos a través del uso de intervalos más grandes entre estallidos. La determinación del fondo (activación) se puede hacer durante intervalos "neutrón-off" más grandes.

De esta manera la Figura " 4a muestra la herramienta de medición que consiste en una fuente nuclear para irradiar la formación circundante y detectores de neutrones y rayos gama en diferentes espacios a lo largo de la herramienta. En la modalidad de la Figura 4a, los detectores realizan diversas mediciones. Los detectores de neutrones 44, 48 son principalmente sensitivos al HI (índice de hidrógeno) de la formación. El primer detector de rayos gama 46 se usa para determinar la litología de la formación y su respuesta es también sensitiva a la densidad volúmica de la formación y su índice de hidrógeno. El segundo detector de rayos gama (de espacio largo) 50 es sensitivo a la densidad volúmica de la formación y en menor medida al índice de hidrógeno de la formación.

La Figura 4b muestra una modalidad alternativa de la herramienta nuclear cuando todos los detectores son detectores de neutrones. Alternativamente, todos los detectores pueden ser detectores de rayos gama.

Todos los detectores pueden medir información dependiente del tiempo, lo cual hace que sean adecuados para determinar el tiempo de álentamiento de los neutrones y la sección cruzada de captura térmica de la formación (Sigma) .

La figura 5 muestra una modalidad de cómo un perfil simple de invasión se puede determinar usando mediciones, sigma de DOI múltiple (profundidad de investigación) . Otras modalidades pueden usar otras mediciones individuales o en combinación para determinar el perfil de pasos. Por ejemplo, el perfil de invasión se puede determinar usando las mediciones de densidad múltiple obtenidas de uno o múltiples detectores. Alternativamente, se pueden usar las mediciones múltiples ?? (índice de Hidrógeno) o de porosidad de neutrones (F) . Una combinación de mediciones diferentes como puede ser densidad, índice de hidrógeno, sigma, PE (fotoeléctrico) se pueden utilizar para determinar un perfil de invasión bajo un intervalo corto de condiciones ambientales. El método para determinar el perfil de invasión desde una serie de estas mediciones es similar sin importar las mediciones escogidas.

Específicamente para la medición sigma, la Figura 5 muestra un perfil simple del paso de invasión en el cual 3 incógnitas necesitan ser resueltas para ^invadido, Ri, y ?no invadido. Esto es, el perfil del paso de invasión tiene un valor sigma constante (?invadido) hasta una profundidad Ri hacia la formación y un valor sigma constante diferente (?no nvadido) para valores más grandes del radio, Ri.

Para resolver estas tres incógnitas son necesarias por lo mes tres DOI. Estos DOI diferentes están diagramados como tres respuestas diferentes 52, 54 y 56 en la Figura 6. La medición más superficial 52 debe ser más sensitiva a la zona invadida para determinar ?invadido- La medición más profunda 56 debe ser relativamente 'insensible a la zona invadida y tener más respuesta dirigida a la zona no invadida para determinar ?no invadido- La tercera medición 54 debe tener buena sensibilidad para ambas zonas, invadida y no invadida, y debe proporcionar la información necesaria para determinar el radio de invasión, Ri.

En una modalidad alternativa, es posible obtener un estimado del perfil de invasión usando únicamente dos DOI, pero esto será únicamente en la situación cuando el efecto del agujero puede ser ignorado. Esto es, tomando diferentes mediciones desde los dos sensores todavía es posible resolver tres o más propiedades desconocidas de la formación. Por ejemplo, cada sensor puede dar dos o más valores sigma distintivos asociados con diferentes regiones del agujero y la formación. De esta manera, es posible derivar más de un sigma para cada sensor. De esta manera se puede obtener una pluralidad de diferentes valores sigma para cada sensor asociado cada uno con un DOI diferente en el aguj'ero y la formación.

La solución de las tres incógnitas se puede realizar combinando las tres respuestas en una pluralidad de formas diferentes incluyendo: inversión del modelo de avance, iteraccion empezando con valores no corregidos (o estimados) para las incógnitas, modelado de la superficie de respuesta, etcétera.

De esta manera, por lo menos son necesarios tres DOI para determinar un perfil simple de invasión, el perfil de invasión es más exacto si los DOI son por lo menos significativamente diferentes para proporcionar un intervalo de medición mayor.

Hay una pluralidad de formas diferentes para obtener estas profundidades diferentes de respuesta o DOI. Una primera forma es la separación entre la fuente y el detector. Por ejemplo, los detectores están más espaciados longitudinalmente desde la fuente a lo largo de la herramienta, típicamente ofrecen mayor penetración hacia la formación que un detector que está ubicado más cerca de la fuente. Una segunda forma de variar la DOI se basa en el tipo de partícula detectada. Esto es, diferentes tipos de sensores son sensitivos a diferentes profundidades de penetración, por ejemplo un sensor de neutrones o de rayos gama. Por lo tanto sería posible poner un detector de rayos gama y de neutrones en el mismo espacio de la fuente y aún tener dos profundidades diferentes de investigación. Una tercera forma de variar la DOI se basa en usar diferentes esquemas de temporización de la fuente (estallido) . Se apreciará que varias combinaciones de lo antes mencionado se pueden usar. Una cuarta forma de cambiar la profundidad de investigación involucra cambiar la colimación (direccionalidad) de las partículas que salen de la fuente y las partículas/fotones que regresan . a un detector.

Para las modalidades donde se usa la medición sigma para determinar un perfil de invasión, los primeros dos métodos, es decir el espacio y tipo de sensor, son más efectivos al producir significativamente diferentes DOI como se muestra en la herramienta nuclear de la figura 4a. En esa modalidad preferida, tanto el espacio de los sensores como los diferentes tipos de sensores se usan en una forma, la cual ve tajosamente proporciona los más diversos DOI, produciendo los resultados más exactos de invasión durante las mediciones nucleares.

De esta manera, de acuerdo con una modalidad preferida, la profundidad de investigación de la medición de captura térmica (sigma) depende principalmente del espaciado de los detectores y el tipo de medición: • Las mediciones de neutrones que usan sensores sensitivos a| los neutrones térmicos o epitérmicos 44, 48 tienen una profundidad de investigación j más superficial que las mediciones del rayos gama 46, 50, las cuales detectan los rayos gama que regresan desde la formación después de capturar neutrones.

• Típicamente, la profundidad de investigación de las diferentes mediciones aumenta al aumentar la distancia desde el sensor a la fuente. La medición sigma del sensor de espacio largo 50 es por lo tanto menos afectado por la invasión que la medición sigma del sensor, de rayos gama de espacio corito 46.

• La profundidad de investigación del sensor de neutrones lejano 48 es más profunda que la profundidad de investigación del sensor de neutrones cercano 44.

• La profundidad de investigación del sensor de rayos gama lejano 50 es más pro-funda que la profundidad de investigación del detector de rayos gama cercano 46.

Si se pueden realizar simultanea o casi simultáneamente diversas mediciones de la misma sección de la formación con diferentes profundidades de investigación se hace posible determinar la profundidad de invasión y potencialmente el perfil de invasión. Esto se lleva a cabo usando uno o más parámetros relacionados con la invasión de la formación1 y ajustándolos de tal manera que se obtenga una respuesta consistente desde todos los sensores. Si los. sensores no están combinados puede ser necesario incluir la dependencia del tiempo de la invasión .

Aplicando sensores adicionales con las DOI relativamente únicas, es decir arriba y debajo de las tres requeridas para solucionar las t :res incógnitas, uno es capaz de conseguir un estimado mejorado del perfil de invasión, Esto es particularmente útil para resolver más exactamente el radio (o; profundidad) de invasión Ri. En vista de que, se ha mostirado un modelo simple de pasos de invasión, se apreciara que se pueden usar curvas de modelo de invasión más intrincadas. Sensores adicionales con diferentes profundidades de investigación permitirán una determinación más detallada del perfil de invasión.

De esta manera, al medxr más DOI, el perfil de invasión llega a ser más curvado (o exacto) , lo cual significa una determinación más exacta de las propiedades de la formación. Esto es una concesión de ingeniería en la que un perfil de invasión más exacto requiere más procesamiento, considera.ndo que un modelo más simple con menos procesamiento se puede preferir dependiendo de la situación.

La herramienta nuclear que se muestra en las modalidades de la Figura 4a y 4b se pueden aplicar a una pluralidad de diferentes procesos de medición. La ventaja de usar diferentes tipos de sensores y procedimientos de medición es que las diferentes propiedades se pueden medir dependiendo de los requerimientos Un primer procedimiento de medición se describe aho contiene los siguientes pasos : 1. Medir el individual (respuestas aparentes para cada detector) a. Respuesta HI (cercana y lejana) b. Respuesta de densidad (de espacio corto y espacio largo) c. Respuesta .Sigma (todos los detectores) 2. Calcular HI compensado (desde cercano y lejano) suponiendo que no hay invasión 3. Calcular densidad gamma neutrones compensada (cercana, de espacio corto y espacio largo) suponiendo que no hay invasión 4. Calcular sigma de la formación desde todos los detectores 5'. Calcular perfil de invasión por medio de sigma 6. Corregir respuestas para la invasión desde 2 y 3 Las respuestas finales calculadas en el paso 6 son de interés, debido a que son mediciones compensadas, las cuales están totalmente corregidas para la invasión, o proporcionan una indicación de que la invasión es demasiado profunda para permitir una corrección confiable. La medición sigma con DOI múltiple es adecuada para dar una buena estimación de la profundidad de la invasión.. Una vez que se conoce la densidad y HI las mediciones se pueden corregir para el impacto de la invasión y estará disponible una medición exacta de la porosidad.

Alternativamente : 1. Calcular todas las cantidades aparentes (HI , Densidad, Sigma) 2. Entrar en el modelo de avance usando la invasión 3. Invertir la serie de datos para obtener la solución óptima para HI, Densidad, Sigma e Invasión Este procedimiento, usando un modelo de avance e inversión, es matemáticamente más difícil de realizar, pero ofrece la mayor ventaja al proporcionar la mayor respuesta que usa toda la información disponible. Cada valor medido Mj puede ser escrito como una función de la formación, filtrado del lodo y variables del ambiente Mj =F (?m, ?f, HIm, HIf, pm, pf, pfl, ¾>f, Sw, Ri, Db, SO,...) en donde : Mj = medición desde el sensor j F = dependencia funcional ?m = sigma del filtrado de lodo ?f = sigma de la formación HIm = índice de Hidrógeno del filtrado de lodo HIf = índice de Hidrógeno de la formación pm = densidad del filtrado de lodo pf = densidad de la roca de la formación F? = porosidad de la roca de la formación Sw = saturación de agua del fluido de la formación Db = diámetro del agu ero 50 = herramienta separadora pfi= densidad del fluido de la formación (no invadido) Ri= radio del fluido que está invadiendo (paso del perfil de función) 51 suponemos que las mediciones de los sensores han sido ambientalmente corregidas de tan manera que podemos restringir nuestra atención a las primeras ocho variables (formación y filtrado' de lodo) y consideramos una herramienta que haga ocho mediciones (como ejemplo) , entonces tenemos : M1= ail?m + ai2?f + ai3HIm + ai<jHIf +' ai5Pra + aiePf + ai7Pfi + aieRi M2= a21?m + a?2?f + 23HIm + a2 íílf + a25Pm + a26Pf + a27Pfl + a2sRi M3= a3l?m. + a32?f + a33HIm + a3 HIf + a35pm + a3ePf + a37pfi + a38Ri M4= a4l?m + a 2 f + 43HIm + 344HI f + a 5Pm + a46Pf + 47pfl + a48Ri 5= a5i?m + a52 f + a53HIm + a5 HIf + a55Pm + a56Pf + a5?Pfi + a58Ri M6= a61?m + a62 f + a63HIm + 364HIf + a65Pm + 66Pf + a67pfl + a68Ri M7= a71?m + a?2?f + a73HIm + a7 HIf + a75pm + a7ePf + a77pfl + a7eRi M5= a81?m + ag2 f + a83HIm + 84HI f + a85Pm + 86Pf + s7Pfi + assRi Cada ecuación se refiere a la respuesta de un sensor de la herramienta a la formación ocho y variables del filtrado de lodo. Los coeficientes aij para cada ecuación del sensor son determinados ajustando la ecuación a las respuestas en condiciones de laboratorio conocidas (las ocho variables son bien caracterizadas y pueden variar sobre sus intervalos aplicables) . En forma de matriz esto se puede escribir como M=AV donde M = [Mi M2 M3 M5 ?ß M7 Me] es un vector de mediciones de los sensores, A = [ n ai2 ai3 ai ais ai6 i7 ais A21 322 ¾23 324 325 326 327 328 A31 332 333 33 335 336 337 338 A41 342 343 34 4 3 5 3 6 347 348 A51 352 353 35 355 356 35 358 ?ß? 362 63 364 365 366 367 368 A?l 372 373 3 375 376 377 378 Asi 382 383 384 3s5 3s6 387 388 ? es una matriz de coeficientes, y V = [ ?m ? f HIm Hlf pm pf Pfi Ri ] es un vector de propiedsdes de formación y filtrado de lodo conocidas. De esta manera, es posible resolver A bajo condiciones de laboratorio .

Esta ecuación de matriz describe la relación funcional entre las respuestas de los sensores y lss vsriables de la formación medidas bajo condiciones conocidas (laboratorio o modelado) . Ésto es también conocido como modelo de avance de las respuestas.

Mientras se registra en el campo, se debe usar el proceso inverso. Esto es, mientras se registra pozo abajo es deseable resolver realmente las propiedades de la formación mientras se registra Viog con la matriz A ya conocida y cargada en la memoria de la herramienta, usando la ecuación invertida Viog = Miog. A"x . Esto es, por cada vector (serie) de respuestas de los sensores medidas Miog adquiridas en un pozo, nosotros queremos calcular un vector de información inferida y las propiedades del filtrado de lodos Viog = [ ?m ? f HIm Hlf pm f Pfi Ri ] . Para el ejemplo dado en la presente, las respuestas de los sensores son lineales en ambos, los coeficientes A y las propiedades de la formación Viog , permitiendo la solución simple: V*iog = Miog . A- 1 , donde la matriz inversa A" 1 se puede calcular desde A usando técnicas de inversión de matriz estándar. En casos más complicados que involucran respuestas de sensores que no son lineales ni en los coeficientes A, las propiedades de la formación V, o ambos, se pueden usar números cuadrados u otras técnicas para obtener una solución.

Sin importar el método de solución escogido, el resultado de la inversión es un vector de las propiedades de la formación y filtrado de lodo Viog = [ ?m ?f HIm Hlf pm Pf Pfi R± ] que son inherentemente correctas para la invasión de fluido (suponiendo un paso de perfil de invasión) . Las propiedades del filtrado de lodo que está invadiendo son determinadas simultáneamente junto con el radio de la invasión.

De esta manera, para resumir brevemente, una matriz A es creada y cargada en una memoria de la herramienta. La matriz A consiste en una serie de coeficientes determinados bajo condiciones de laboratorio relacionando las respuestas de los sensores con las propiedades de la formación. Con la matriz A conocida, la herramienta es capaz de tomar mediciones en el campo (pozo abajo), y basada en ellas es capaz de resolver las propiedades actuales que se van a medir para la formación. Específicamente, las propiedades de la formación se pueden lograr fácilmente realizando una multiplicación matricial de la matriz A invertida con las respuestas medidas tomadas mientras se registra la formación pozo abajo.

De esta manera, mientras más procesamiento es posiblemente requerido, la ventaja de este procedimiento es que se produce simultáneamente un intervalo de valores corregidos y son corregidos simultáneamente para la invasión de fluido del agujero.

Se apreciará que el vector M-¡ también puede ser manipulado para resolver las dos propiedades principales de la formación, es decir Mj = F (F, Sw) donde : F = porosidad, y Sw = saturación de agua Alternativamente, un paso intermedio para resolver Mj = F(?m, ?f, HIm, HIf, pm, pf, F£, Ri, Db, SO, ...) se puede realizar usando éstas como resultados intermedios para determinar las propiedades de porosidad F y saturación de agua Sw de la formación.

Otro procedimiento de medición incluye lo siguiente: 1. Usar información de la medición de resistividad para invasión más profunda (detectar invasión total) 2. Usar medición epitérmica (velocidad de conteo y alentamiento) para determinar el perfil de invasión superficial .

La resistividad tiene una profundidad de investigación mayor que las herramientas nucleares. De esta manera este procedimiento tiene la ventaja de que si la profundidad de invasión excede la profundidad de investigación de la medición nuclear y la resistividad indica la presencia de invasión, entonces las mediciones de la herramienta nuclear pueden ser corregidas para invasión total. Alternativamente, si la invasión es muy superficial, entonces el alentamiento puede ofrecer una determinación sensitiva de invasión superficial. Debido a que la DOI de esta medición es únicamente de 2 a 4 cm.

Otro procedimiento posible es como sigüe: 1. Corregir la medición gama-gama estándar usando el perfil de invasión determinado anteriormente 2. Incluir las densidades aparentes gama-gama en el modelo de avance e inversión.

Aunque la herramienta anteriormente descrita es una herramienta L D, se pueden considerar herramientas similares para otros modos de conducción. La medición estándar gama-gama es la medición de densidad nuclear tradicional que depende en la dispersión Compton de rayos gama. Esta es una medición que es separada de la medición de neutrones. De esta manera, la ventaja de este procedimiento es que si la profundidad de invasión es profunda, la densidad gama-gama puede dar un medición de porosidad derivada incorrectamente, debido a una hipótesis incorrecta de la densidad del fluido de la formación. También, para una herramienta de densidad llamada PEx, uno puede tomar ventaja de la MCFL (que es un tipo de medición de resistividad superficial) para adicionar información en invasión superficial para obtener una lectura correcta de densidad en presencia de invasión superficial.

La Figura 6 muestra una herramienta nuclear de acuerdo con una modalidad de la invención localizada pozo abajo y midiendo el perfil de invasión. La Figura 6 muestra una herramienta nuclear 10 la cual está alineada a lo largo de la pared del agujero 12 para determinar un perfil de invasión 20 del fluido del agujero hacia la formación circundante. La herramienta nuclear que se muestra tiene tres sensores 64, 66 y 68 que están separados a una diferente distancia desde la fuente nuclear 62. el sensor más cercano 64 tiene la DOI más corta hacia la formación representada por la zona de cobertura 72. El sensor de en medio 66 tiene una penetración más profunda hacia la formación representada por la zona 74. El sensor más lejano 68 tiene la penetración más profunda hacia la formación representada por la zona de cobertura 76. Estas son tres DOI relativamente distintas y de esta manera permiten que se determine un perfil de invasión razonablemente exacto, específicamente la Ri, que indica la profundidad de penetración del fluido del agujero hacia la formación.

Los sensores 64, 66 y 68 reciben todas sus respectivas mediciones nucleares y las envían hacia un procesador 69, que es capaz de comparar las mediciones que por ejemplo pueden ser recibidas simultáneamente desde los tres sensores. Aunque el procesador se muestra como independiente en la herramienta nuclear, y el perfil de invasión puede ser transportado por ejemplo por telemetría alámbrica o inalámbrica a la superficie, una modalidad alternativa permitirá enviar los datos recibidos sin procesar desde los sensores directamente a la superficie para su procesamiento. De cualquier forma, el sistema de circuitos de procesamiento 69 es responsable de comparar los resultados y aplicando cualquier procedimiento de medición que sea más relevante para presentar los datos relevantes, con los efectos de invasión del agujero siendo corregidos o determinados.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Una herramienta de medición nuclear para determinar por lo menos una propiedad de una formación penetrada por un fluido del agujero, la herramienta consiste en: una fuente nuclear para irradiar la formación; una pluralidad de sensores nucleares operando cada uno con una profundidad diferente de investigación hacia la formación; y medios de procesamiento para recibir los datos desde los sensores nucleares y basado en ellos determinar la por lo menos una propiedad de la formación tomando en cuenta la penetración del fluido del aguj ero . La herramienta de medición nuclear de la reivindicación 1, en donde los sensores están configurados cada uno para medir la información dependiente del tiempo para determinar la medición de una sección cruzada de captura térmica de la formación. La herramienta de medición nuclear de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la profundidad de investigación de por lo menos uno de los sensores depende de una distancia en la cual el sensor está separado de la fuente nuclear. La herramienta de medición nuclear de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la profundidad de investigación de por lo menos uno de los sensores depende de un tipo de sensor. La herramienta de medición nuclear de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la profundidad de investigación de por lo menos uno de los sensores depende de un tipo de sensor y en una distancia a la cual está separado el sensor de la fuente nuclear . La herramienta de medición nuclear de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde por lo menos algunos de la pluralidad de sensores contiene por lo menos un sensor de resistividad, del tipo sónico y ultrasónico. 7. La herramienta de medición nuclear de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la formación contiene un fluido de hidrocarburo que tiene una densidad que es relativamente inferior a la del fluido del agujero. La herramienta de medición nuclear de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el medio de procesamiento tiene una unidad para determinar un perfil de invasión proporcionando una profundidad de la penetración del fluido del agujero hacia la formación. La herramienta de medición nuclear de la reivindicación 8, en donde el perfil de invasión proporciona una indicación de un nivel del fluido del agujero que ha invadido la formación a diferentes profundidades. La herramienta de medición nuclear de cualquiera .de las reivindicaciones anteriores, en donde cada uno de la pluralidad de sensores está separado a lo largo de la longitud de la herramienta a diferentes distancias de la fuente nuclear. La herramienta de medición nuclear de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pluralidad de sensores es de tres sensores nucleares . La herramienta de medición nuclear de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada uno de los tres sensores están configurados para operar a diferentes profundidades de investigación hacia la formación. La herramienta de medición nuclear de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente nuclear es una fuente de neutrones pulsados. El método para mediciones pozo debajo de una formación usando la herramienta nuclear de la reivindicación 1, el método contiene los pasos de: a) medir una respuesta de la herramienta para que sea determinada una pluralidad de propiedades; b) determinar un valor compensado de las propiedades que se van a determinar sin penetración del fluido del agujero; c) determinar el perfil de invasión basado en la respuesta medida de por lo menos una de las propiedades que se van a determinar; y d) corregir los valores compensados de por lo menos alguna dé las propiedades que se van a determinar obtenidas en el paso b) con el perfil de invasión del paso e) . El método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la pluralidad de propiedades para las cuales se mide una respuesta en el paso a) son una respuesta HI, una respuesta de densidad y una respuesta sigma, en donde para el paso b) por lo menos dos de las tres respuestas son compensadas para, en donde para el paso c) el perfil de invasión se determina basado en la respuesta remanente; y en donde para el paso d) las dos propiedades que tienen respuestas compensadas son corregidas con el perfil de invasión determinado basado en la respuesta remanente . El método para la medición pozo debajo de una formación usando la herramienta nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, el método contiene los pasos de: a) medir una respuesta HI, una respuesta de densidad y una respuesta sigma con los sensores correspondientes de la herramienta nuclear; b) determinar el HI compensado sin invasión; c) determinar la densidad gama neutrones compensada sin invasión; d) determinar la respuesta sigma de todos los detectores; e) determinar el perfil de invasión basado en la respuesta sigma; y f) corregir las mediciones HI compensada y de densidad obtenidas en los pasos b) y c) con el perfil de invasión determinado en el paso e) . El método para la medición pozo debajo de una formación usando la herramienta nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, el método contiene los pasos de: a) medir una respuesta HI, una respuesta de densidad y una respuesta sigma con los sensores correspondientes de la herramienta nuclear; b) determinar la respuesta sigma sin invasión; c) determinar la densidad compensada gama neutrones sin invasión; d) determinar la respuesta HI de todos los detectores; e) determinar el perfil de invasión basado en la respuesta HI; y f) corregir las mediciones sigma y de densidad compensadas obtenidas en los pasos b) y c) con el perfil de invasión determinado en el paso e) . El método para la medición pozo debajo de una formación usando la herramienta nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, el método contiene los pasos de: a) medir una respuesta HI, una respuesta de densidad y una respuesta sigma con los sensores correspondientes ; b) realizar un cálculo de modelo de avance para combinar las respuestas medidas para producir una serie de datos; y c) realizar una inversión en la serie de datos para obtener simultáneamente la solución óptima para las mediciones HI, densidad, sigma e invasión. El método para la medición pozo debajo de una formación usando la herramienta nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, el método contiene los pasos de: a) realizar una medición de resistividad para determinar una invasión más profunda del fluido del agujero hacia la formación; b) realizar una medición epitérmica de una velocidad de conteo y tiempo de alentamiento para determinar una invasión más superficial del fluido del agujero hacia la formación. El método para la medición pozo debajo de una formación usando la herramienta nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, el método contiene los pasos de: a) medir una respuesta gama-gama para determinar una medición de densidad nuclear depende de la dispersión de rayos gama. b) corregir la respuesta gama-gama usando el perfil de invasión determinado; y realizar un modelo de avance e inversión para combinar las respuestas con la respuesta correcta gama-gama para obtener simultáneamente la solución óptima para las mediciones HI, densidad, sigma e invasión. La herramienta de medición nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada sensor está configurado para determinar una pluralidad de valores sigma. La herramienta de medición nuclear de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada una de la pluralidad de valores sigma está asociada con una profundidad de investigación diferente hacia la formación. La herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la herramienta contiene una pluralidad de fuentes nucleares para irradiar la formación. La herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la herramienta es para determinar una pluralidad de propiedades simultáneamente . La herramienta de acuerdo con la reivindicación 24, en donde la pluralidad de propiedades contiene una medida de por lo menos un valor sigma de filtrado de lodo, un valor sigma de la formación, un índice de Hidrógeno del filtrado de lodo, un índice de Hidrógeno de la formación, una densidad del filtrado de lodo, una densidad de la roca de la formación, una porosidad de la roca de la formación, una saturación de agua .del fluido de la formación, un diámetro del agujero, una herramienta separadora, una densidad de fluido no invadido de la formación y un radio del fluido que está invadiendo. Una herramienta de medición nuclear para determinar un perfil de invasión de penetración de fluido del agujero hacia una formación, la herramienta contiene : una fuente nuclear para irradiar la formación; una pluralidad de sensores nucleares operando cada uno con una profundidad de investigación diferente hacia la formación; y medios de procesamiento para recibir los datos desde los sensores nucleares y basados en ellos determinar el perfil de invasión. Un método para determinar una pluralidad de propiedades de la formación pozo abajo, el método contiene los pasos de: decidir el número de propiedades para solucionar y asignar una variable a cada una; determinar una matriz de coeficientes representando la relación entre las mediciones de una pluralidad de sensores y una serie correspondiente de las variables bajo condiciones de laboratorio; cargar la matriz de coeficiente en una unidad de memoria de una herramienta pozo abajo que tiene una pluralidad de los sensores; realizar mediciones de sensores con la herramienta pozo abajo; y realizar una operación matemática de esas mediciones de sensores pozo abajo aplicando la matriz de coeficiente para determinar las propiedades de la formación. El método de acuerdo con la reivindicación 27, en donde por lo menos algunos de la pluralidad de sensores son sensores nucleares localizados en una herramienta capaz de ser usada pozo abajo, cada sensor opera a una profundidad de investigación diferente hacia la formación.