MX2012002693A - Metodo y aparato para la inicializacion de una herramienta de sondeo para pozo de perforacion via un origen de referencia remota. - Google Patents
Metodo y aparato para la inicializacion de una herramienta de sondeo para pozo de perforacion via un origen de referencia remota.Info
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Abstract
Se proporciona un método y un aparato para determinar una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación en una primera posición con respecto a una dirección de referencia. Al menos una primera señal es indicadora de una orientación de un sistema de referencia direccional con respecto a la dirección de referencia. El sistema de referencia direccional está colocado en una segunda posición separada de la primera posición. Al menos una segunda señal es indicadora de una orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional. La orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición se determina en respuesta a por lo menos en parte a la por lo menos una primera señal y a la por lo menos una segunda señal.
Description
METODO Y APARATO PARA LA INICIALIZACION DE UNA HERRAMIENTA DE SONDEO PARA POZO DE PERFORACION VIA UNA FUENTE DE REFERENCIA
REMOTA
Referencia a solicitudes relacionadas
La solicitud es una continuación en parte de la solicitud de patente de E.U.A. No. 12/555,737 presentada el 8 de Septiembre de 2009 e incorporada en su totalidad como referencia en la presente, que reclama el beneficio de la prioridad de las solicitudes provisionales de E.U.A. Nos. 61/180, 779 presentada el 22 de Mayo de 2009 y 61/186, 748 presentada el 12 de Junio de 2009, ambas se incorporan en su totalidad como referencia en la presente. Esta solicitud también reclama el beneficio de prioridad de la solicitud provisional de E.U.A. No. 61/450,073 presentada el 7 de Marzo de 2011, que se incorpora en su totalidad como referencia en la presente.
Antecedentes de la invención
Campo
La presente solicitud generalmente se refiere a métodos y aparatos para la inicialización de una herramienta de sondeo para pozo de perforación.
Descripción del arte relacionado
Normalmente existen dos tipos de sondeo mediante los cuales las herramientas de sondeo para pozo de perforación efectúan sondeos (por ejemplo, sondeos basados en giroscopio o giroscópicos ) . El primer tipo es sondeo estático, en el cual las mediciones de la rotación de la Tierra son tomadas en intervalos de profundidad discretos a lo largo de la trayectoria del. pozo. Estas mediciones pueden usarse para determinar la orientación de la herramienta de sondeo a un vector de referencia, tal como el vector definido por el componente horizontal de la velocidad de la Tierra en la dirección del eje de rotación de la Tierra; un proceso también referido en la presente como giro-compas. El segundo tipo es sondeo continuo, en el cual las mediciones de giroscopio o giroscópicas son usadas para determinar el cambio en la orientación de la herramienta de sondeo mientras recorre la trayectoria de pozo. Este proceso usa las mediciones de giroscopio de velocidad de giro con respecto a una posición "de inicio conocida. La posición de inicio puede derivarse, por ejemplo, al realizar un sondeo estático antes de ingresar al modo de sondeo continuo (que también puede ser referido como un modo de sondeo autónomo o autónomo/continuo) .
Bajo ciertas circunstancias, el sondeo estático generalmente se vuelve menos exacta que en otras circunstancias. Por ejemplo, al operar a altas latitudes en la superficie de la Tierra el proceso de sondeo estático se vuelve menos exacto que a bajas latitudes. En latitudes relativamente altas, el vector de referencia en el cual se alinea a si misma la herramienta de sondeo durante el procedimiento de girocompás, el componente horizontal de la velocidad de la Tierra (O?) , es chico en comparación con el valor en la región ecuatorial y de media latitud, como se indica por la siguiente ecuación:
flH = flcosL, (ecuación 1)
en donde O = velocidad de la Tierra y L = latitud. Generalmente, un sondeo direccional satisfactorio puede ser logrado usando girocompás en latitudes mayores a aproximadamente 60°. Sin embargo, la precisión puede degradarse rápidamente después ya que el coseno de la latitud se reduce más rápidamente y la magnitud de O? por ello se vuelve más chica. La figura 1 ilustra esquemáticamente el componente horizontal O? de la velocidad de la Tierra para cambiar la latitud. Como se muestra, en la latitud cero O? está en su máximo valor y es igual a la velocidad de la tierra (O) . O? se reduce sucesivamente a O? = flcosl y flH = QcosL2 para incrementar las latitudes L y L?, respectivamente, y fl« es cero a 90° de latitud (es decir, en el polo norte) . Existe una cantidad significativa de exploración de petróleo y gas en latitudes relativamente altas (por ejemplo, latitudes en exceso de 70°) . En estas latitudes, la precisión de los sondeos de pozo con base en girocompás puede ser degradada. Las degradaciones similares en la precisión del sondeo también pueden ocurrir cuando usan las herramientas de sondeo magnético en lugar de, o además de, herramientas de sondeo a base de giroscopio. Como tal, la precisión del sondeo puede reducirse similarmente en ubicaciones cercanas a los polos magnéticos de la Tierra cuando usan herramientas de sondeo magnético.
Además, la precisión del girocompás puede degradarse cuando se efectúa desde una- plataforma en movimiento (por ejemplo, una plataforma submarina) , en comparación a lo que se efectúa desde una plataforma relativamente estática. Por ejemplo, durante la operación desde una plataforma en movimiento, la herramienta de sondeo será sometida a movimiento rotacional de plataforma además de la rotación de la Tierra. Bajo esas condiciones, la orientación de la herramienta con respecto al vector horizontal de velocidad de la Tierra (O?) puede ser difícil determinar con la precisión que es posible en una plataforma estacionaria debido a que la referencia direccional, definida por O?, es efectivamente corrompida por el movimiento de la plataforma.
Sumario
En ciertas modalidades, un método es provisto para determinar una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación en una primera posición con respecto a una dirección de referencia. El método comprende recibir al menos una primera señal indicador de una orientación de un sistema de referencia direccional con respecto a la dirección de referencia. El sistema de referencia direccional está colocado en una segunda posición separada de la primera posición. El método además comprende recibir al menos una segunda señal indicadora de una orientación relativa del sondeo de pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional. El método además comprende determinar la orientación de la herramienta de sondeo de perforación en la primera posición en respuesta a al menos parte de la al menos una primera señal y la al menos una segunda señal.
En ciertas modalidades, un sistema para determinar una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación. El sistema comprende uno o más procesadores de computadora. El sistema además comprende una o más entradas configuradas para recibir datos indicadores de una orientación de un sistema de referencia direccional con respecto a una dirección de referencia y datos indicadores de una orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia dirección. El sistema de referencia direccional es colocado en una primera posición en relación a una entrada de pozo de perforación separada de la primera posición. El sistema además comprende un módulo de inicialización de pozo de perforación que se ejecuta en los uno o más procesadores de computadora y configurados, en respuesta a al menos parte de los datos recibidos, calcular una orientación de la herramienta de sondeo.
En ciertas modalidades, un sistema para usar en la determinación de una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación es provisto. El sistema comprende al menos un sistema de referencia direccional configurado para proporcionar datos indicadores de una orientación del al menos un sistema de referencia direccional con respecto a una dirección de referencia. El sistema además comprende un componente óptico montado en una orientación predeterminada con respecto al sistema de referencia direccional y configurado para transmitir . luz a lo largo de una linea que se extiende entre el sistema de referencia direccional y una primera superficie de reflexión montada en una orientación predeterminada con respecto a la herramienta de sondeo para pozo de perforación.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 ilustra esquemáticamente el componente horizontal de la velocidad de la Tierra para cambiar la latitud.
La figura 2 ilustra esquemáticamente un ejemplo de aparato para inicializar . una herramienta de sondeo para pozo de perforación con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 3 ilustra esquemáticamente un aparato de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente en una primera ubicación en la cual una trayectoria de comunicación relativamente clara entre la antena GPS del aparato y los satélites GPS, y en una segunda ubicación en la cual las antenas GPS son al menos parcialmente protegidas de la comunicación con satélites GPS mediante una torre de perforación.
La figura 4 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de aparato de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente .
La figura 5 ilustra esquemáticamente una vista superior de un aparato que incluye una unidad GPS/AHRS integrada de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
Las figuras 6A-6C ilustran esquemáticamente vistas superior, frontal y del lado derecho, respectivamente, de un aparato que incluye un elemento de posicionamiento de herramienta de acuerdo con ciertas modalidades de la presente.
La figura 6D ilustra esquemáticamente una vista perspectiva parcial de un aparato que incluye un elemento de posicionamiento de herramienta durante el posicionamiento de una herramienta de sondeo de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 7 ilustra esquemáticamente un ejemplo de herramienta de sondeo para pozo de perforación en la cual un sistema, de referencia direccional está directamente montado de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de proceso de inicialización de herramienta de sondeo para pozo de perforación de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 9 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método de inicialización de una herramienta de sondeo para pozo de perforación de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 10 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método para inicializar una herramienta de. sondeo para pozo de perforación utilizando un procedimiento de emparejamiento de velocidad angular de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 11 ilustra esquemáticamente un ejemplo de aparato para mover una herramienta de sondeo para pozo de perforación con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura -12 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método para determinar una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto a una dirección de referencia de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 13 ilustra un ejemplo de configuración de inicialización de herramienta de sondeo que incluye una herramienta de sondeo y un sistema de referencia y también ilustra un proceso de inicialización correspondiente, de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 14 ilustra un ejemplo de una herramienta de sondeo montada verticalmente y que tiene un espejo anexo a la herramienta, de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 15 ilustra un ejemplo de sondeo de herramienta montada horizontalmente en un montaje de bloque v, de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 16 ilustra un ejemplo de configuración de inicialización de herramienta de sondeo en la cual se monta un sistema de referencia en una plataforma a lo largo de uno o más instrumentos de observación óptica, ' de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
Las figuras 17A y 17B ilustran ejemplos de configuraciones de inicialización en las cuales se monta un sistema de referencia en una plataforma a lo largo con uno o más instrumentos de observación óptica y una herramienta de sondeo, de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente .
La figura 18 ilustra un ejemplo de configuración de inicialización en el cual se monta un dispositivo de auto-colimación en una orientación predeterminada con respecto a un sistema de referencia y se usa para determinar la orientación inicial de la herramienta de sondeo.
La figura 19 ilustra un ejemplo de configuración de inicialización de herramienta de sondeo en el cual se fija un cilindro a una herramienta de sondeo, de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 20 ilustra otro ejemplo de configuración de inicialización de herramienta de sondeo en el cual se fija un cilindro a una herramienta de sondeo y el ensamble de herramienta/cilindro son calzados en un mecanismo de sujeción, de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
La figura 21 muestra una plataforma que tiene un sistema de herramienta de sondeo y referencia montada en ella, de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
Las figuras 22 y 23 muestran otros ejemplos de configuraciones de inicialización que incluyen sistemas de referencia de dirección y posición inercial (AHRS) , de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente.
Descripción detallada de la invención
Las modalidades descritas en la presente proporcionan sistemas y métodos que generalmente permiten sondeos de pozo con precisión que serán efectuados en ubicaciones de alta latitud, desde una superficie de movimiento (por ejemplo, una plataforma de movimiento submarina), o ambos.
A. Visión General
Mientras se está bajo tierra, las herramientas de sondeo de giroscopio dependen del girocompás para efectuar un sondeo estático y/o iniciar un periodo de sondeo continuo para determinar la orientación de la herramienta de sondeo con respecto a un vector de referencia (por ejemplo, el vector definido por el componente horizontal de la velocidad de la Tierra) . Sin embargo, en la superficie, existen otros procedimientos que pueden ser adoptados. Por ejemplo, las técnicas de sondeo de tierra pueden usarse para definir una dirección de referencia (que también puede ser referido como una "dirección estándar de comparación") en la cual se puede alinear la herramienta. Este proceso puede ser referido como una ante-observación.
Alternativamente, las mediciones desde un sistema de referencia direccional, tal como un sistema de navegación satelital, pueden usarse para determinar la orientación (por ejemplo, la posición) de una herramienta de sondeo con respecto a un marco de referencia geográfica conocida. El sistema de posicionamiento global (GPS) o el sistema equivalente desarrollado por la antigua Unión Soviética, el sistema satelital de navegación global (GLONASS) , puede ser usado, por ejemplo. Los sistemas en existencia que usan las mediciones de las diferencias en fase de onda portadora entre dos o más antenas de recepción se separan una distancia conocida a fin de determinar la posición del cuerpo o vehículo en el cual se montan las antenas. Se describen ejemplos de esos sistemas, por ejemplo, en la patente de E.U.A. No. 5,534,875, con el título "Sistema de Determinación de Posición para -usar con Sistema de Posicionamiento Global", que se incorpora en su totalidad a la presente. Estos sistemas proporcionan la medición mundial de la posición, velocidad, ubicación sobre y encima de la superficie de la Tierra y son sustancialmente inmunes a las desviaciones y anormalidades magnéticas.
El uso de esos sistemas de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente, la orientación inicial (por ejemplo, posición) de una herramienta de sondeo por ello se puede definir en forma precisa mientras se está arriba de la tierra (por ejemplo, en la superficie) y los datos indicadores de la orientación inicial (por ejemplo, datos de posición) entones pueden ser transferidos a la herramienta. En ciertas circunstancias, la herramienta de sondeo puede ser alternada a modo de sondeo continua antes de ser colocada para su inserción en el pozo de perforación y/o antes de la inserción al pozo de perforación. Por ejemplo, la orientación inicial de la herramienta puede ser medida antes de recoger la herramienta de sondeo (por ejemplo, desde la horizontal a la vertical con respecto al pozo de perforación) para colocar la herramienta de sondeo en el pozo de perforación. En ciertas modalidades, esta medición inicial puede ser hecha mientras la herramienta se coloca generalmente en forma horizontal con respecto al pozo de perforación (por ejemplo, colocación en una superficie en la vecindad del pozo de perforación), por ejemplo. La herramienta de sondeo puede ser alternada a modo continuo de modo que su orientación subsecuente (por ejemplo, dirección, trayectoria, posición, acimut, etc.) puede medirse con respecto a la orientación inicial. La herramienta de sondeo enseguida es elevada desde la posición horizontal a otra posición, como una posición vertical. Un sondeo continuo del pozo de perforación enseguida puede ser efectuado mientras la herramienta de sondeo atraviesa la trayectoria de sondeo.
Tanto las técnicas como los métodos de sondeo de tierra que usan técnicas de navegación satelital para determinar una orientación inicial de la herramienta de sondeo son susceptibles a errores humanos bajo ciertas condiciones. Por ejemplo, la herramienta ser recogida relativamente rápido y uno o más sensores que mantienen el rastreo de la orientación de la herramienta (por ejemplo, en modo de sondeo continuo) pueden saturarse o de lo contrario alcanzar sus limites de velocidad. Además, la herramienta puede dejarse caer en algunos casos. Ciertas modalidades descritas en la presente direcciona esos problemas al unir una referencia GPS/sondeo con un sistema inercial en la herramienta de sondo a través de un proceso semi-automatizado o automatizado que puede operar tanto una latitud alta como en una superficie de movimiento (por ejemplo, una plataforma de perforación submarina en movimiento) . Por ejemplo, algunas modalidades permiten el movimiento de una herramienta de pozo de perforación en una forma controlada (por ejemplo, a una velocidad controlada) con respecto al pozo de perforación (por ejemplo, mediante un proceso automatizado o semi-automatizado) y mientras la herramienta está en modo continuo después de determinar una orientación inicial (por ejemplo, usar un sistema GPS) .
En general, una herramienta de sondeo para pozo de perforación (por ejemplo, una herramienta de sondo de giroscopio) puede ser operada bajo al menos las siguientes categorías de condiciones:
(1) Operación a partir de una plataforma fija, sin movimiento con inclinación de perforación limitada. En esas condiciones, por ejemplo, una aproximación es usar un sistema de giroscopio de dos ejes (xy) para efectuar los sondeos de girocompás estáticos. Además, los sondeos continuos pueden ser iniciadas (por ejemplo, usando girocompás) y efectuadas sobre todo, o secciones, del pozo de perforación.
(2) Operación en perforaciones con alta inclinación desde una plataforma fija. Bajo estas condiciones, por ejemplo, una aproximación es usar un sistema de giroscopio de tres ejes (xyz) para efectuar sondeos por girocompás estático. Además, los sondeos continuos pueden ser iniciados (por ejemplo, usando girocompás) y efectuados en todo, o secciones, del pozo de perforación.
(3) Operación a alta latitud desde una plataforma fija. Aquí, los continuos sondeos pueden ser usados mientras la herramienta de sondeo pasa a lo largo del pozo de perforación. La sonde puede ser iniciada (por ejemplo, una orientación inicial puede ser determinada) , en la superficie que usa las técnicas descritas en la presente (por ejemplo, usar navegación satelital tal como un GPS) de acuerdo con las modalidades de la presente. En ciertas modalidades, las técnicas de navegación satelital pueden usarse en conjunto con un sistema de navegación inercial (INS) (por ejemplo, un sistema de unión GPS/INS, o un sistema de navegación inercial autónomo) que puede direccionar asuntos tales como la no disponibilidad o protección de la señal del satélite descrita en la presente.
(4) Operación en o desde ' una superficie en movimiento (por ejemplo, en o desde una plataforma submarina) . En esas condiciones, y de acuerdo con las modalidades descritas en la presente, las ondas continuas pueden usarse en todo el pozo de perforación. El sondeo puede ser iniciada (por ejemplo, una orientación inicial puede ser determinada) en la superficie usando navegación satelital. En ciertas modalidades, las técnicas de navegación satelital pueden usarse en conjunto con un sistema de navegación inercial (INS) (por ejemplo, un sistema de unión GPS/INS, o un sistema de navegación inercial autónomo) que puede direccionar asuntos tale como la no disponibilidad o protección de una señal satelital como se describe en la presente, y para auxiliar en la transferencia de los datos de referencia satelital a la herramienta de sondeo. Las técnicas de emparejamiento descritas en la presente también pueden ser usadas para mejorar la precisión del sondeo.
En ciertas modalidades, un aparato (por ejemplo, una estructura de plataforma rígida) se configura para ser anexado a una herramienta de sondeo para pozo de perforación y que será movido entre múltiples posiciones en una plataforma de perforación. El aparato puede ser configurado para permitir la iniciación precisa del sistema de medición por sondeo dentro de la herramienta de sondeo para pozo de perforación. El aparato puede ser configurado para permitir la transferencia de datos de orientación relativamente 'precisos (por ejemplo, posición y/o acimut) a un sistema de sondeo dirección en la herramienta de sondeo para pozo de perforación para operaciones de perforación, tal como operaciones de perforación en ubicaciones de alta latitud en la Tierra, o al operar costa afuera desde una plataforma en movimiento. '
Ciertas modalidades descritas en la presente proporcionan una determinación relativamente precisa de la orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación (por ejemplo, posición, acimut y/o referencia de dirección) en la superficie que no usa el girocompás. En ciertas modalidades, esta información de orientación puede ser transferida a un sistema inercial en la herramienta de sondeo. Esta técnica puede realizarse con los dispositivos que generalmente operan de forma independiente de la instrumentación y equipo dentro de la herramienta de sondeo. Esta determinación de orientación independiente puede ser realizada, por ejemplo, con base en métodos de sondeo de tierra establecidos (por ejemplo, ante-observación) o el uso de información basada en satélite (por ejemplo, usando tecnología GPS) , y/o usando sistemas de navegación inercial (por ejemplo, usando una unidad de sistema de referencia de posición y dirección (AHRS) ) . Una vez que los datos de orientación (por ejemplo, posición y/o acimut) se transmiten a la herramienta de sondeo, un procedimiento de sondeo continuo puede ser iniciado, el cual involucra la integración de las mediciones de giroscopio mientras la herramienta de sondeo es colocada en un orificio de perforación y mientras recorre la trayectoria de pozo. Este proceso de sondeo continuo generalmente es iniciado o inicializado mediante los datos de orientación (por ejemplo, posición, acimut y/o datos de dirección) derivados en la superficie.
Para permitir estas funciones mientras se evitan problemas potencias que pueden ocurrir cuando se sondean los orificios de perforación bajo tierra, el aparato (por ejemplo, estructuras de plataforma) como se describe en la presente, pueden moverse a una plataforma de perforación generalmente en cualquier lugar en el mundo en donde se puede configurar para alojar los diversos ítems de equipo usado para realizar la determinación de orientación (por ejemplo, posición, acimut y/o determinación de referencia de dirección) . Estos aparatos pueden comprender estructuras de plataforma rígidas, ser de un peso relativamente bajo, y pueden ser capaces de ser montadas generalmente en forma rígida en la petrolífera de perforación en una ubicación al lado de o cerca del cabezote de pozo.
El aparato descrito en la presente puede incluir accesorios (por ejemplo, uno o más montajes) que permiten tanto al equipo de referencia superficial independiente (por ejemplo, un sistema de referencia direccional como un receptor GPS con dos o más antenas) y a la herramienta de sondeo ser montada (por ejemplo, relativamente rígida) en o dentro del aparato. En ciertas modalidades, el aparato puede ser nivelado y la orientación de la herramienta de sondeo puede ser alineada relativamente en forma precisa a una dirección de referencia definida en la plataforma mediante el equipo de referencia de superficie (por ejemplo, definido mediante el posicionamientó relativo de dos o más antenas en el caso de una referencia GPS) . En una modalidad, un receptor GPS es capaz de determinar la dirección de la línea que une dos antenas del receptor GPS con respecto a un norte verdadero. En esta situación, el ángulo acimut definido por el GPS (por ejemplo, el ángulo de la línea que une las dos antenas con respecto al norte verdadero) puede ser transferido a la herramienta de sondeo. El ángulo de inclinación y ángulo de orientación de la herramienta de sondeo adicionalmente puede determinarse con base en las mediciones provistas por la herramienta de sondeo (vea por ejemplo, mediante uno o más acelerómetros dentro de la herramienta de sondeo) . La orientación inicial (por ejemplo, acimut, inclinación y ángulos de orientación) se pueden determinar y usar para inicializar el subsecuente proceso de integración (por ejemplo, durante el sondeo continuo) que puede ser implementado dentro de la herramienta para mantener el rastreo de una dirección de orificio de perforación mientras la herramienta se mueve a lo largo de su trayectoria. En general, la información de orientación puede estar disponible independientemente o a pesar de la latitud de la plataforma de perforación.
B. Inicialización de la herramienta de sondeo a altas latitudes
La figura 2 ilustra esquemáticamente un ejemplo de aparato 10 para inicializar una herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. En ciertas modalidades, el aparato 10 comprende una porción base 12 y una primera porción de montaje 14 mecánicamente acoplada a la porción base 12. La primera porción de montaje 14 de cierta modalidad se adapta para ser mecánicamente acoplada a por lo menos un sistema de referencia direccional 16. El al menos un sistema de referencia direccional 16 puede ser configurado para proporcionar datos indicadores de una orientación (por ejemplo, posición y/o acimut) del al menos un sistema de referencia direccional 16 con respecto a una dirección de referencia 18. La dirección de referencia 18 puede ser norte (por ejemplo, norte verdadero o rotacional o norte magnético) . En ciertas modalidades, el aparato 10 además comprende una segunda porción de montaje 20 mecánicamente acoplada a la porción base 12. La segunda porción de montaje 20 puede ser configurada para que sea mecánicamente acoplada a la herramienta de pozo para sondeo de pozo de perforación 30 tal que la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 tiene una orientación predeterminada con respecto a el al menos un sistema de referencia direccional 16. Por ejemplo, como se muestra en la figura 2, la herramienta de sondeo 30 puede ser sustancialmente paralela al sistema de referencia direccional 16. En otras modalidades, la herramienta de sondeo 30 puede ser orientada a algún ángulo predeterminado relativo al sistema de referencia direccional 16, o puede estar orientado en algún otro modo predeterminado con respecto al sistema.de referencia direccional 16.
Como se muestra en la figura 2, la porción base 12 puede comprender una estructura de plataforma generalmente rectangular y sustancialmente rígida que incluye una superficie generalmente plana 13. En otras modalidades, la porción base 12 puede tener una forma diferente (por ejemplo, circular, ovalar, trapezoidal, etc.)* puede ser de algún modo flexible, y/o puede incluir una o más superficies inclinadas, superficies en declive, porciones escalonadas, etc.
En ciertas modalidades, la porción base 12 comprende fibra de carbono. En otras configuraciones, la porción base 12 puede comprender otro material tal como acero, otro metal, o un polímero o material plástico. En ciertas modalidades, la primera porción de montaje 14 comprende un área de la porción base 12 en la cual el sistema de referencia direccional 16 puede ser montado. En algunas modalidades, la primera porción de montaje 14 comprende una o más accesorios (por ejemplo, caras o bloques de montaje) o escisiones en las cuales el sistema de referencia direccional 16 puede ser ajustado. En diversas modalidades, el sistema de referencia direccional 16 se asegura en forma liberable a la primera porción de montaje 15. Por ejemplo, la primera porción de montaje 14 puede incluir una o más correas, abrazaderas, broches, seguros, postes roscados o encajes, etc., para montar el sistema de referencia direccional 16. Además, el sistema de referencia direccional 16 puede incluir uno o más dispositivos de montaje que están configurados para ser acoplados a los dispositivos de acoplamiento correspondientes en la primera porción de montaje 14. En otras modalidades, el sistema de referencia direccional 16 y la primera porción de montaje 14 puede estar generalmente acoplada (por ejemplo, soldada o pegada) . En ciertas configuraciones, la primera porción de montaje 14 comprende o forma parte de una estructura de estante que está montada en o encima de la porción base 12.
La primera porción de montaje 14 también puede incluir uno o más puertos (no mostrados) (por ejemplo puertos eléctricos) para acoplar en forma operativa el sistema de referencia direccional 16 al aparato 10. Por ejemplo, los puertos pueden permitir la comunicación eléctrica entre el sistema de referencia direccional 16 y el aparato 10 o componentes del mismo. En ciertas otras modalidades, el sistema de referencia direccional 16 no está en comunicación directa con o de lo contrario operativamente acoplado al aparato 10 sino está en comunicación con uno o más sistemas o subsistemas físicamente separados del aparato 10. Esos sistemas o subsistemas pueden estar por sí mismos en comunicación con el aparato 10 o con los componentes del mismo .
En ciertas modalidades, el al menos un sistema de referencia direccional 16 comprende al menos un receptor de señal de un sistema de posicionalmente global (GPS). Por ejemplo, el al menos un receptor de señal puede comprender una primera antena 22 y una segunda antena 24 separada de la primera antena 22. En ciertas modalidades, la primera antena 22 y la segunda antena 24 definen una linea 26 desde la primera antena 22 a la segunda antena 24. En ciertas modalidades más de dos antenas pueden ser usadas. En ciertas modalidades, el al menos un receptor de señal además comprende un procesador (no mostrado) configurado para recibir señales desde la primera y segunda antenas 22, 24 y para determinar una orientación de la linea 26 con respecto a la dirección de referencia 18. Por ejemplo, el procesador puede ser configurado para determinar una posición o acimut del sistema de referencia direccional 16 con respecto a la dirección de referencia 18. En ciertas modalidades, la determinación de la posición o acimut es relativamente precisa. Por ejemplo, la determinación puede estar dentro de aproximadamente 0.2 grados en algunas modalidades. En otras modalidades, la determinación puede ser más o menos precisa. En ciertas modalidades, la primera porción de montaje 14 comprende un primer montaje de antena 28 que será mecánicamente acoplado a la primera antena 22 y un segundo montaje de antena 29 a ser mecánicamente acoplado a la segunda antena 24.
En ciertas otras modalidades , el al menos un receptor de señal puede ser un receptor de señal sin GPS. Por ejemplo, el al menos un receptor de señal puede ser un receptor de señal a otro sistema de navegación satelital (por ejemplo, GLONASS) , o algún sistema de posicionamiento o navegación basado en no satélites. Como se muestra, el sistema de referencia direccional 15, los componentes del mismo y la porción base 12 puede formar una unidad físicamente integrada (por ejemplo, la unidad generalmente rectangular de la figura 2) . En ciertas modalidades, el sistema de referencia direccional 16 comprende una o más unidades físicamente separadas, cada una independientemente montada en la porción base 12. Por ejemplo, en una modalidad, la primera antena 22 forma una primera unidad que será montada al primer montaje de antena 28 y la segunda antena 24 forma una segunda unidad que será montada al segundo montaje de antenas 29 y separarse físicamente de la primera unidad.
En algunas modalidades, los métodos de sondeo (por ejemplo, métodos de observación óptica tal como una anteobservación) pueden ser usados como un método alternativo para definir la' determinación o definir la orientación de la plataforma o una línea en la plataforma con respecto a la dirección de referencia 18. En esas modalidades, un sistema de referencia direccional 16 puede no usarse y otro dispositivo, tal como una observación u otro dispositivo de sondeo, por ejemplo, puede usarse para determinar la orientación (por ejemplo, la dirección 19 del aparato 10) de la plataforma o una línea ella (por ejemplo, una línea correspondiente a la dirección 19 del aparato 10) con respecto a la dirección de referencia 18. Las técnicas de sondeo de tierra (por ejemplo, ante-observación) por ello puede usarse para determinar una orientación inicial (por ejemplo, posición y/o acimut) del aparato 10 o una porción del mismo con respecto a la dirección de referencia 18. En ciertas modalidades, la orientación puede ser determinada mediante observación en- forma óptica a un objeto de referencia o punto en una ubicación conocida con respecto a la ubicación del aparato 10 (por ejemplo, una ubicación de plataforma). La primera porción de montaje 14 de esas modalidades puede configurarse para recibir y alojar el dispositivo de sondeo (por ejemplo, un dispositivo de" observación) . La primera porción de montaje 14 puede comprende las características descritas anteriormente con respecto a la figura 2, por ejemplo (por ejemplo, uno o más escisiones, abrazaderas, broches, seguros, postes roscados o encajes, etc.), pero esos dispositivos generalmente se configuran para montar el dispositivo de sondeo en lugar del sistema de referencia direcciona 16. Los datos indicadores de la orientación inicial de la plataforma (por ejemplo, la dirección 10 de la plataforma con respecto a la dirección de referencia 18) enseguida pueden transmitirse a la herramienta de sondeo 30. En una modalidad, lbs datos pueden ser ingresados manualmente por un operador en un sistema de cómputo en comunicación con la herramienta de sondeo 30 y enseguida ser transmitido a la herramienta 30 (por ejemplo en forma inalámbrica) . Debido a que la herramienta de sondeo 30 de ciertas modalidades se monta en una orientación predeterminada con respecto al aparato 10 (por ejemplo, paralela con el aparato 10) , la orientación de la herramienta de sondeo 30 puede determinarse de acuerdo con las modalidades descritas en la presente.
La segunda porción de montaje 20 de ciertas modalidades comprende un área de la porción base 12 en la cual se monta la herramienta de sondeo 30. Por ejemplo, la segunda porción de montaje 20 puede comprender el área o superficie 21 de la porción base 12. En algunas modalidades, la segunda porción de montaje 20 comprende una o más accesorios o recortes en los cuales se puede ajustar la herramienta de sondeo 30. En diversas modalidades, la herramienta de sondeo 30 se asegura en forma liberable a la segunda porción de montaje 20. En ciertas modalidades, la segunda porción de montaje 20 comprende una o más caras o bloques de montaje. Por ejemplo, las caras de montaje pueden ser similares a las caras de montaje 46 y pueden extenderse desde la porción base 12 y colocarse en el aparato 10 de modo que la herramienta de sondeo 30 colinda contra una o más superficies de las caras de montaje, asi asegurando y/o limitando el movimiento de la herramienta de sondeo 30 a lo largo de la porción base 12 en una o más direcciones. Las caras de montaje pueden comprender bloques (por ejemplo, rectangular, cilindrico, triangular, etc., bloques conformados), láminas, y similares. En ciertas modalidades, la primera porción de montaje 14, la tercera porción de montaje 44 (figura 4), y/o la cuarta porción de montaje 53 (Figura 4) puede comprender caras de montaje similares a las caras de montaje 46 de la segunda porción de montaje 20 y que están configuradas para asegurar y/o limitar el movimiento del sistema de referencia direccional 16, el sistema de navegación inercial 42, y el sistema de computo 52, respectivamente. El aparato 10 de la figura 4 incluye caras de montaje 46 en un lado de la herramienta de sondeo 30. Otras configuraciones son posibles. Por ejemplo, en una modalidad, existen caras de montaje 46 en el lado opuesto dé la herramienta de sondeo 30 y/o en cada extremo de la herramienta de sondeo 30.
En diversas modalidades, la segunda porción de montaje 20 puede incluir una o más correas, abrazaderas, broches, seguros, postes roscados o encajes, etc., para montar la herramienta de sondeo 30. Además, la herramienta de sondeo 30 puede incluir uno o más dispositivos de acoplamiento configurados para ser acoplados a los dispositivos de acoplamiento correspondientes en la segunda porción de montaje 20. En algunas modalidades, la segunda porción de montaje 20 comprende uno o más elementos de aseguramiento (por ejemplo, correas, abrazaderas, etc.) colocadas a lo largo del revestimiento de la herramienta de sondeo 30 cuando la herramienta de sondeo 30 es montada. En ciertas modalidades, los elementos de aseguramiento son colocados a lo largo de uno o ambos de los lados largos del revestimiento de la herramienta de sondeo 30, en uno o ambos de los dos extremos del revestimiento de la herramienta de sondeo 30, o una combinación de ellos. En varias otras modalidades, los elementos de aseguramiento se colocan a lo largo de únicamente un lado, a lo largo de uno o más de los extremos del revestimiento de la herramienta de sondeo 30, o por debajo o encima del revestimiento de la herramienta de sondeo 30. En ciertas modalidades, la segunda porción de montaje 20 comprende o forma una parte de una estructura de estante que se monta en o encima de la porción base 12. Por ejemplo, en una modalidad, la primera porción de montaje 14 y la segunda porción de montaje 20, cada una comprende estructuras de estante separadas y forman una estructura de estante multi-nivelada en o sobre la porción base 12.
La segunda porción de montaje 20 también puede incluir uno o más puertos (por ejemplo, puertos eléctricos) para acoplar en forma operativa la herramienta de sondeo 30 al aparato 10. Por ejemplo, los puertos pueden permitir la comunicación eléctrica entre la herramienta de sondeo 30 y el aparato 10 o componentes del mismo. En ciertas otras modalidades, la herramienta de sondeo 30 no está en comunicación directa o de lo contrario operativamente acoplad al aparato 10, pero están en comunicación con uno o más sistemas o subsistemas físicamente separados del aparato 10. Esos sistemas o subsistemas pueden por ellos mismos estar en comunicación con el aparato 10 o componentes de ellos.
La herramienta de . sondeo 30 de ciertas modalidades puede comprender varios sensores y hardware de cómputo de modo que pueda hacer uso de diversas cantidades medidas tal como uno o más de aceleración, campo magnético, y velocidad angular a fin de determinar la orientación de la herramienta de sondeo 30 y del pozo de perforación con respecto a un vector de referencia tal como el campo gravitacional de la Tierra, campo magnético, o vector de rotación. En ciertas modalidades, la herramienta de sondeo 30 es un instrumento de sondeo dedicado mientras, que en otras modalidades, la herramienta de sondeo 30 es un paquete de instrumento de medición mientras se perfora (MWD) o se registra mientras se perfora (LWD) el cual puede acoplarse a una herramienta de perforación que se puede direccionar giratoria, por ejemplo.
Debido a que la línea 26 entre las dos antenas 22, 24 puede ser generalmente alineada con una dirección 19 del aparato 10, o la orientación de la línea 26 con respecto al aparato 10 de lo contrario puede ser conocida, la línea 26 puede definir, corresponder a, o ser usada como la orientación (por ejemplo, dirección 19) del aparato 10 con respecto a la dirección de referencia 18. En la figura 2, por ejemplo, la línea 26 se muestra girada con respecto a la dirección de referencia 18 (por ejemplo, norte verdadero) por un ángulo A. El ángulo A puede definir o caracterizarse como el ángulo (por ejemplo, ángulo acimut) del aparato 10 con respecto a la dirección de referencia 18. Además, debido a que la herramienta de sondeo 30 puede alinearse con respecto a la linea 26, el ángulo A por ello también puede corresponder a la dirección (por ejemplo, dirección acimut), de la herramienta de sondeo 30 con respecto a la dirección de referencia 18. El ángulo A por ello puede ser transmitido (por ejemplo, como datos electrónicos) a la herramienta de sondeo 30 para la inicialización de la herramienta de sondeo 30.
La pérdida de telemetría satelital y/o detectada mediante el sistema de referencia direccional 16 puede presentarse en algunas condiciones. Esa pérdida puede ocurrir, por ejemplo, debido a la protección de una o más de las antenas GPS desde uno o más satélites mediante una torre de perforación u otro equipo en una plataforma. Además, el posicionamiento relativamente desfavorable de los satélites que están en vista de la plataforma puede llevar a una pérdida de precisión en el proceso de determinación de orientación (por ejemplo, posición y/o acimut) . Esta pérdida de precisión puede ser referida como una disolución geométrica de precisión, por ejemplo. La figura 3 ilustra esquemáticamente el aparato 10 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente en una primera ubicación 32 en una plataforma de perforación 35 que tiene una trayectoria de comunicación relativamente clara entre las antenas 22, 24 y los satélites GPS 36, 38, y en una segunda ubicación 34 en la cual una o más de las antenas 22, 24 son protegidos de la comunicación con uno o más satélites GPS 36, 38 mediante la torre de perforación 31. Como se ilustra por las lineas punteadas, el aparato 10 en el cual la herramienta de sondeo 30 será montada para la inicialización está en vista clara de los satélites 36, 38 en la primera ubicación 32 cuando se separan de la torre de perforación 31 mediante una primera distancia 40. Como tal, una trayectoria de comunicación relativamente clara puede existir entre las antenas 22, 24 y los satélites 36, 38. Por otra parte, cuando se ubican directamente bajo la torre de perforación 31 en la segunda posición 34, la torre de perforación 31 puede bloquear o de lo contrario interferir con comunicaciones de los satélites 36, 38 a las antenas 22, 24, y por ello no más largas que una trayectoria de comunicación relativamente clara entre las antenas 22, 24 y los satélites 36, 38. Como tal, la telemetría satelital y/o detectada mediante el sistema de referencia direccional 16 puede ser interrumpido. En la configuración ejemplo de la figura 3, las comunicaciónes de los satélites 36, 38 a las antenas pueden ser igualmente interrumpidos cuando el aparato 10 está en otras posiciones, tal como cuando el aparato 10 se coloca a la izquierda de la torre de perforación 31. La distancia 40 generalmente pude ser seleccionada a fin de asegurar una trayectoria de comunicación relativamente clara entre las antenas 24, 24 y los satélites 36, 38. Por ejemplo, la distancia 40 puede estar en el intervalo de 5 a 10 metros en ciertas .modalidades. En otras modalidades, la distancia 40 puede ser menor que 5 metros o mayor que 10 metros.
Puede ser benéfico tener la capacidad de mover el aparato 10 (por ejemplo a lo largo de la superficie de una torre de perforación) entre la primera ubicación 32 en donde el efecto de protección de señal es chico {por ejemplo, en donde el aparato 10 está separado de la torre de perforación 31) y la segunda ubicación 34, en donde la herramienta de sondeo 30 puede ser introducida en el pozo de perforación pero en donde puede estar comprometida la telemetría satelital. En ciertas modalidades, una orientación del sistema de referencia direccional 16 y/o herramienta de sondeo 30 puede ser obtenida en forma precisa en la primera ubicación 32 sin obstrucción sustancial u otra interferencia desde la torre 31, o desde otras fuentes. Además, es deseable que sea capaz de rastrear la orientación relativa del aparato 10 o componentes del mismo mientras se mueve desde la primera ubicación 32 a la segunda ubicación 34. Como tal, las desviaciones desde la al menos primera ubicación 32 pueden ser rastreadas mientras el aparato 10 se mueve a la segunda ubicación 34, asi manteniendo una orientación actualizada (por ejemplo, posición, acimut, y/o dirección) del aparato y componentes del mismo durante su movimiento. Como se describe en la presente, un sistema de navegación inercial puede ser usado para esos propósitos.
La figura 4 ilustra esquemáticamente un ejemplo de aparato 10 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. El aparato 10 de ciertas modalidades incluye una tercera porción de montaje 44 mecánicamente acoplada a la porción base 12. La tercera porción de montaje 44 está configurada para ser mecánicamente acoplada a por lo menos un sistema de navegación inercial 42. En ciertas modalidades, la tercera porción de montaje 44 comprende un área de la porción base 12 en la cual el sistema de navegación inercial 42 está montado. En algunas modalidades, la tercera porción de montaje 44 comprende uno o más accesorios o recortes en los cuales se puede ajustar el sistema de navegación inercial 42. En varias modalidades, el sistema de navegación inercial 42 se asegura en forma liberable a la tercera porción, de montaje 44. Por ejemplo, la tercera porción de montaje 44 puede incluir una o más correas, abrazaderas, broches a presión, seguros, o roscas, etc., para montar el sistema de navegación inercial 42. Además, el sistema de navegación inercial 42 puede incluir uno o más particularidades configuradas para ser acopladas a los dispositivos de acoplamiento correspondientes en la tercera porción de montaje 44. En otras modalidades, el sistema de navegación inercial 42 y la tercera porción de montaje 44 generalmente puede ser acoplada de forma permanente (por ejemplo, soldada o pegada) . En ciertas modalidades, la tercera porción de montaje 44 comprende o forma una parte de una estructura de plataforma que se monta en o sobre la porción base 12. Por ejemplo, en una modalidad, la tercera porción de montaje 44 y una o más de la primera porción de montaje 14 y la segunda porción de montaje 20 cada una pueda comprender plataformas separadas y formar una estructura de plataforma multi-nivelada en o sobre la porción base 12.
La tercera porción de montaje 44 también puede incluir uno o más puertos (por ejemplo, puertos electrónicos) para acoplar en forma operativa el sistema de navegación inercial 42 al aparato 10. Por ejemplo, los puertos pueden permitir la comunicación eléctrica entre el sistema de navegación inercial 42 y el aparato 10 o componentes del mismo. En ciertas otras modalidades, el ' sistema de navegación inercial 42 no está en comunicación directa o de lo contrario operativamente acoplada al aparato 10, sino está en comunicación con uno o más sistemas o subsistemas físicamente separados del aparato 10. Esos sistemas1 o subsistemas puede por sí mismos estar en comunicación con el aparato. 10 o componentes del mismo.
El sistemas de navegación inercial 42 generalmente proporciona la capacidad de mantener la información de dirección u orientación obtenida en la primera ubicación 32 mientras el aparato 10 se mueve desde la primera ubicación 32 (por ejemplo, en una plataforma desde la primera ubicación 32 a la segunda ubicación 34). El sistema de navegación inercial 42 puede comprender un sistema de referencia de posición y dirección (AHRS) , por ejemplo, y puede usarse para mantener el rastreo de la orientación del aparato 10 y los componentes en el mismo (por ejemplo, posición y/o acimut) durante el movimiento del aparato 10 (por ejemplo, desde la primera ubicación 32 a la segunda ubicación 34 de la figura 3) . Por ejemplo, el sistema de navegación inercial 42 puede mantener el rastreo de la orientación (por ejemplo, posición, acimut, y/o dirección) durante el movimiento del aparato 10 debe el desempeño del sistema de referencia direccional 16 comprometerse (por ejemplo, las antenas de un sistema GPS son ocultadas desde el satélite por la torre de perforación 31 en una plataforma) o no se puede usar para determinar la orientación del aparato en el cabezote de pozo del pozo de perforación. En otras modalidades, otros tipos de sistemas de navegación inercial, tal como un sistema de navegación inercial completo (INS) puede ser usado. En algunas modalidades, el sistema de referencia direccional 16 o componentes del mismo y el sistema de navegación inercial 42 pueden integrarse en una unidad simple (por ejemplo, una unidad GPS/AHRS) .
La figura 5 ilustra esquemáticamente una vista superior de un aparato 10 que incluye una unidad GPS/AHRS integrada 43 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. Haciendo referencia nuevamente a la figura 4, el sistema de navegación inercial 42 puede comprender un procesador y uno o más sensores de movimiento (por ejemplo, acelerómetro) colocado dentro de la unidad GPS/AHRS 43 y puede configurarse para calcular generalmente de forma continua la posición, orientación y/o velocidad del aparato 10 mientras se mueve.
Como se muestra en la figura 4, la segunda porción de montaje 20 de ciertas modalidades puede comprender una o más caras de montaje 46 que se describieron con detalle anteriormente con respecto a la figura 2.
El aparato 10 además comprende al menos un nivelador 48 configurado para nivelar el aparato 10 con respecto a la Tierra (por ejemplo, para que sea sustancialmente perpendicular a la dirección de gravedad) . El al menos un nivelador 48 puede comprender un grupo de uno o más soportes ajustables, por ejemplo. Son posibles varios mecanismos de ajuste. Por ejemplo, en una modalidad, el nivelador 48 comprende una porción retraible (por ejemplo, una barra roscada) que puede usarse para alargar o acortar el nivelador 48 (por ejemplo, al extender desde y retraer a la porción base 12). En otra modalidad, el nivelador comprende una porción expansible (por ejemplo, un globo u otro miembro rellenable) que puede ser inflado y desinflado para ajustar la longitud del nivelador al nivel del aparato 10 con respecto a la Tierra. El aparato 10 de la figura 4 comprende tres niveladores 48 (uno de los cuales no se muestra) conformado como postes de soporte cilindricos. Un nivelador 48 está unido a la parte inferior de una esquina de la porción base 12, un nivelador 48 está unido a la parte inferior de una esquina colindante de la porción base 12, y un nivelador 48 (no mostrado) se une al centro de un lado entre otras dos esquinas de la porción base 12. En algunas modalidades, el por lo menos un nivelador 48 comprende una porción de pata alargada, unida a la porción base 12 y una porción de pie que hace contacto con la superficie debajo del aparato. 100. La porción de pie de ciertas modalidades es generalmente ampliada con respecto a la porción de pata y puede unirse al fondo de la porción de pata. En una modalidad, hay cuatro niveladores 48, cada uno unido a la parte inferior de una de las cuatro esquinas de la porción base 12. En otra modalidad, los niveladores 48 comprenden un grupo de miembros alargados, cada uno unido a y que se extiende lateralmente desde un lado de la porción base 12, y que se extiende hacia abajo para hacer contacto con la superficie debajo del aparato 10. En otras modalidades más, el al menos un novelador comprende uno o más rieles que se extienden a lo largo del lado inferior de la porción base 12. En otras modalidades, puede haber un nivelador 48, dos niveladores 48, o más de tres niveladores 48 y/o los niveladores 48 pueden estar conformados o configurados en forma diferente- (por ejemplo, como postes rectangulares, salientes hemisféricos, etc.) .
Además, el aparato 10 además comprende al menos un detector de nivel 50 configurado para generar un indicado de señal del nivel o inclinación del aparato 10 con respecto a la Tierra. En ciertas modalidades, el al menos un nivelador 48 está configurado para nivelar el aparato 10 con respecto a la Tierra en respuesta a la señal de el al menos un detector de nivel 50. Por ejemplo, el detector de nivel 50 puede comprender un detector, de nivel tipo burbuja, o algún otro tipo de detector de nivel. En ciertas modalidades, el aparato 10 puede incluir uno o más soportes que no son ajustables. En ciertas otras modalidades (por ejemplo, el aparato 100 no incluye un nivelador 48), la señal desde el al menos un detector de nivel 50 puede usarse para ajustar cálculos, tal como cálculos en relación de la orientación del aparato 10, componentes del mismo (por ejemplo, el sistema de referencia direccional 16), o la herramienta de sondeo 30. Por ejemplo, la señal puede ser usada para compensar cualquier diferencia de nivel entre el aparato 10 y la Tierra en esos cálculos. En general, el al menos un detector' de nivel 50, en conjunto con el al menos un nivelador 48 puede configurarse para detectar la inclinación del aparato 10 y nivelar físicamente el aparato 10 en respuesta a esa inclinación.
En ciertas modalidades, el aparato 10 además comprende al menos un miembro (no mostrado) acoplado de forma movible a una porción del aparato 10 y configurado para permitir que el aparato 10 se mueva a lo largo de una superficie por debajo del aparato 10. La superficie puede ser la superficie de la Tierra, una superficie de plataforma, etc. En ciertas modalidades, el al menos un miembro comprende al menos una rueda configurada para girar alrededor de al menos un eje. En otras modalidades, el al menos un miembro puede comprender una banda de rodadura, esquí, u otro mecanismo configurado para permitir el movimiento del aparato 10 a lo largo de la superficie. Por ejemplo, en una modalidad el aparato 10 comprende cuatro con cada rueda colocada cerca de una esquina correspondiente de las cuatro esquinas de la porción base 12. El al menos un miembro puede ser extensible/retractable de modo que se puede extender hacia la superficie (por ejemplo, lejos de la porción base 12) para usarse y puede retraerse lejos de la superficie (por ejemplo, hacia la porción base 12) cuando el al menos un miembro no está en uso. Por ejemplo, en una modalidad, el al menos un miembro comprende un grupo de ruedas que pueden extenderse desde una primera posición en la cual las ruedas no están en contacto con la superficie a una segunda posición en la cual las ruedas están en contacto con la superficie para mover el aparato 10 a lo largo de la superficie. Las ruedas pueden enseguida ser levantadas desde la segunda posición de vuelta a la primera posición, como cuando el aparato 10 ha alcanzado el destino deseado. La elevación de las ruedas puede permitir una estabilidad relativamente mejorada del aparato 10 en la superficie en ciertas modalidades (por ejemplo, mientras la herramienta de sondeo es inicializada) . En otras modalidades, el al menos un miembro no es retractable y está en contacto continuo con la superficie. En varias configuraciones, generalmente cualquier número de miembros (por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5 o más) puede ser empleado.
En ciertas modalidades, el aparato 10 además comprende un sistema de cómputo 52. En ciertas modalidades, la computadora puede estar en comunicación con el sistema de referencia direccional 16 (por ejemplo, como se indica por la flecha 47), el sistema de navegación inercial 42 (por ejemplo, como se indica por la flecha 45), y/o la herramienta de sondeo 30 (por ejemplo, como se indica por la flecha 49) . Por ejemplo, el sistema de cómputo 52 puede recibir datos indicadores de la orientación del aparato 10 con respecto a la dirección de referencia 18 desde el sistema de referencia direccional 16. El sistema de cómputo 52 también puede recibir información desde el sistema de navegación inercial 42, tal como información relacionada a la posición, orientación, y/o velocidad del aparato 10 mientras se mueve a lo largo de la superficie debajo del aparato 10. El sistema de cómputo 52 además puede ser configurado para procesar la información desde el sistema de referencia direccional 16 y/o el sistema de navegación inercial 42 para determinar una orientación inicial de la herramienta de sondeo 30. El sistema de cómputo 52 además puede ser configurado para transmitir esa información a la herramienta de sondeo 30 en algunas modalidades. En otras modalidades, el sistema de cómputo 52 puede transmitir los datos desde el sistema de referencia direccional 16 y/o la navegación inercial 42 directamente a la herramienta de sondeo 30 para al menos algo del procesamiento en lugar de realizar el procesamiento de
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los datos por el mismo. En algunas modalidades, no hay sistema de cómputo 52, y la herramienta de sondeo 30 recibe los datos directamente desde el sistema de referencia direccional 16 y el sistema de navegación inercial 42 y procesa los datos el mismo.
El aparato 10 además puede comprender una cuarta porción de montaje 53. La cuarta porción de montaje 53 comprende un área de la porción base 12 en la cual el sistema de cómputo es montado. En algunas modalidades, la cuarta porción de montaje 53 comprende uno o más recortes o elementos fijos sobre los cuales el sistema de cómputo 52 puede ser ajustado. En varias modalidades, el sistema de computo 52 se asegura en forma liberable a la cuarta porción de montaje 53. Por ejemplo, la cuarta porción de montaje 53 puede incluir una o más correas, abrazaderas, broches a presión, seguros, o roscas, etc., para montar el sistema de cómputo 52. Además, el sistema de computo 52 puede incluir uno o más dispositivos de acoplamiento configurados para ser acoplados a los dispositivos de acoplamiento correspondientes en la cuarta porción de montaje 53. En otras modalidades, el sistema de cómputo 52 y la cuarta porción de montaje 53 generalmente pueden ser acopladas de forma permanente (por ejemplo, soldada o pegada) . En ciertas modalidades, la cuarta porción de montaje 53 comprende o forma una parte de una estructura de plataforma que se monta en o sobre la porción base 12. Por ejemplo, en una modalidad, la cuarta porción de montaje 53 y una o más de la primera porción de montaje 14, la segunda porción de montaje 20, y la tercera porción de montaje 44, cada una puede comprender plataformas separados y formar una estructura de plataforma multi-nivelada en o sbre la porción base 12.
La cuarta porción de montaje 53 también puede incluir uno o más puertos (por ejemplo, puertos eléctricos) para acoplar operativamente el sistema de cómputo 52 al aparato 10. Por ejemplo, los puertos pueden permitir la comunicación eléctrica entre el sistema de cómputo 52 y el aparato 10 o componentes del mismo.
En ciertas modalidades, el aparato 10 además comprende un elemento de posicionamiento de herramienta 56. Las figuras 6A-6C ilustran esquemáticamente vistas superior, frontal y lateral derecha, respectivamente, de un aparato 10 que incluye un elemento de posicionamiento de herramienta 56. El elemento de posicionamiento de herramienta 56. puede configurarse para mover en forma controlable la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 entre una primera posición en relación al aparato 10 y una segunda posición en relación al aparato 10. En ciertas modalidades, la primera posición es horizontal con respecto a la porción base 12 y la segunda posición es vertical con respecto a la porción base 12. En otras modalidades, la herramienta de sondeo 30 puede colocarse a un ángulo en relación a la porción base 12 en una o más de la primera y segunda posiciones. En ciertas modalidades, el elemento de posicionamiento de herramienta 56 comprende un sistema motorizado como un motor directo 60. El elemento de posicionamiento de . herramienta 56 puede ser configurado para girar la superficie 21 de la segunda porción de montaje 20 a la cual se puede acoplar la herramienta de sondeo 30 y la cual puede ser girada (por ejemplo, usando el motor directo 60 u otro sistema motorizado) con respecto a la porción base 12 desde la horizontal a la vertical a fin de mover la herramienta de sondeo 30 entre la primera posición y la segunda posición. En otras modalidades, el elemento de posicionamiento de herramienta 56 comprende un sistema de polea (por ejemplo, un sistema de polea motorizado) para levantar y bajar la herramienta de sondeo 30 entre la primera y segunda posición, o algún otro mecanismo para mover la herramienta de sondeo 30.
La figura 6D ilustra esquemáticamente una vista perspectiva parcial de un aparato 10 que incluye un elemento de posicionamiento de herramienta 56 durante el posicionamiento de una herramienta de sondeo 30 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. El motor directo 60 del aparato 10 de la figura 6D es visible a través de la porción base 12 para los propósitos de ilustración. Como se indica por la flecha direccional 25, el elemento de posicionamiento de herramienta 56 es movible entre una primera (por ejemplo, horizontal) y una segunda (por ejemplo, vertical) posición. El elemento de posicionamiento de herramienta 56 puede, en ciertas modalidades, moverse en forma controlable o girar la herramienta de sondeo 30 en inclinación mientras se une o de lo contrario acopla al aparato 10. La herramienta de sondeo 30 se muestra en la figura 6D durante el movimiento de la herramienta de sondeo 30 mediante el elemento de posicionamiento 56 entre la primera y segunda posiciones de modo que .la herramienta de sondeo 30 está actualmente colocada a un ángulo B con respecto a la superficie 13 del aparato 10. Como se muestra, el motor directo 60 del elemento de posicionamiento 56 está configurado para mover en forma controlable la superficie 21 a la cual la herramienta de sondeo 30 puede ser unidad generalmente de forma rígida alrededor del eje 66 entre la primera y segunda posición.
En un ejemplo de escenario, el elemento de posicionamiento de herramienta mueve la herramienta de sondeo 30 que está montada al aparato 10 en una orientación generalmente vertical, mientras la superficie 21 se coloca mediante el elemento de posicionamiento de herramienta 56 en una orientación generalmente vertical con. respecto a la superficie 13 de la porción base 12. La superficie 21 y la herramienta de sondeo 30 montadas en ella son enseguida giradas por el elemento de posicionamiento 56, de modo que la superficie 21 y la herramienta de sondeo 30 generalmente son horizontales o a ras con respecto a la superficie 13 de la porción base 12. La herramienta de sondeo 30 puede ser iniciada usando el proceso de inicialización descrito en la presente mientras se está en la posición horizontal. La herramienta de sondeo 30 enseguida puede ser rotada de vuelta a la posición vertical mediante el elemento de posicionamiento de herramienta 56 y enseguida desconectada o desmontada del aparato 10 en el cual puede ser soportada la herramienta de sondeo 30 mediante una linea de alambre 58 por ejemplo y bajada al pozo de perforación.
En otras modalidades, la herramienta de sondeo 30 no es girada ' a la horizontal, pero es girada a algún otro ángulo con respecto al aparato 10 (por ejemplo, 15°, 30°, 45°, 60°, etc.). Además, la herramienta de sondeo 30 puede no ser girada a una posición vertical completa, sino a algún otro ángulo con respecto al aparato 10. En otras modalidades, el aparato 10 no incluye un elemento de posicionamiento 56. En esas modalidades, la herramienta de sondeo 30 puede ser montada generalmente en la orientación (por ejemplo, vertical con respecto a la superficie 13 del aparato 10) en la cual el aparato 10 será utilizado en el pozo de perforación. Además, el elemento de posicionamiento 56 puede ser colocado o montado en forma diferente en el aparato 10. Por ejemplo, el motor directo 60 y el eje correspondiente 66 se muestran colocados de forma general en la porción medica de recorte 23 en la figura 6D. Como tal, cuando la herramienta de sondeo 30 se coloca en la posición vertical, la mitad de la herramienta de sondeo 30 se coloca sustancialmente encima de la porción base 12 y la otra mitad de la herramienta de sondeo 30 se coloca encima de la porción base 12. En otras modalidades, el motor directo correspondiente 60 de eje 66 puede ser colocado en forma diferente, tal como generalmente en un extremo de la porción de recorte 23. En esos casos, el elemento de posicionamiento 56 puede girar la herramienta de sondeo 30 generalmente desde una posición horizontal a una posición vertical en la cual una herramienta de sondeo 30 o una porción sustancial de ella es girada bajo la porción base 12. En esos casos, el elemento de posicionamiento puede girar la herramienta de sondeo 30 generalmente desde una posición horizontal a una posición vertical en la cual una herramienta de sondeo 30 o una porción sustancial de la misma es girada encima de la porción base 12.
Es deseable mover (por ejemplo, girar) la herramienta a una velocidad relativamente baja (por ejemplo, dentro de los limites de velocidad de los giroscopios en la herramienta de sondeo 30) . Ciertas modalidades por ventaja evitan el giro de la herramienta de sondeo 30 a altas velocidades de giro gue son indeseables que exceden las velocidades máximas que pueden ser medidas por uno o más sensores de rotación (por ejemplo,, giroscopios) de la herramienta de sondeo 30. Bajo esas condiciones deseables, los datos de orientación (por ejemplo, datos de referencia direccionales ) almacenados en la herramienta de sondeo 30 pueden perderse y subsecuentemente el procesamiento de la orientación (por ejemplo, posición y/o acimut) estará en error. Al mover en forma controlable la herramienta de sondeo 30 (por ejemplo, usando el motor directo 60 alrededor del eje 66) , el elemento de posicionamiento de herramienta 56 puede, en ciertas modalidades, evitar la saturación de los sensores de la herramienta de sondeo 30 y asi permitir que la herramienta de sondeo 30 continúe en mantener el rastreo de su rotación mientras se mueve.
En un ejemplo de uso en escenario, el aparato 10 puede ser la ubicación en una posición en la cual el sistema de referencia direccional 16 es operacional y la dirección de referencia 18 puede determinarse usando el sistema de referencia direccional 16 (por ejemplo, un receptor de señal GPS) . El aparato 10 enseguida puede moverse físicamente al cabezote de pozo del pozo de perforación (por ejemplo, usando el al menos un miembro acoplado en forma movible a una porción del aparato 10) con la orientación o referencia direccional que es mantenida, monitoreada, o detectada mediante el sistema de navegación inercial 42 (por ejemplo, una unidad AHRS) mientras el aparato 10 se mueve. En ciertas modalidades, este movimiento ocurre sobre un periodo de tiempo relativamente corto (por ejemplo, en el orden de varios minutos) . Una vez posicionado en el cabezote de pozo, la herramienta de sondeo 30 puede colocarse en una posición diseñada (por ejemplo, a la segunda porción de montaje 20) y sujetada al aparato 10. Los datos de orientación (por ejemplo, posición, acimut, y/o datos de dirección) pueden enseguida ser translimitados desde el sistema de navegación inercial 42 (por ejemplo, un AHRS) a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 para inicializar la herramienta de sondeo 30. Por ejemplo, los datos de orientación pueden ser transmitidos a un sistema inercial dentro de la herramienta de sondeo 30 vía el sistema de cómputo 52, o alternativamente, directamente a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30. En ciertas modalidades, la herramienta de sondeo 30 se monta al aparato 10 mientras el aparato 10 se mueve desde la primera posición a la segunda posición .
La figura 7 ilustra esquemáticamente una modalidad en la cual el sistema de referencia direccional 16 se monta directamente en la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. El sistema de referencia direccional 16 comprende al menos un receptor de señal de un sistema de posicionamiento global (GPS) que puede incluir una primera antena 22 y una segunda antena 24 separa y que define una linea 26 desde la primera antena 22 a la segunda antena 24. En ciertas modalidades, la herramienta de sondeo 30 comprende un procesador 54 configurado para recibir señales desde la primera .y segunda antenas 22, 24 y para determinar una orientación de la linea 26 con respecto a la dirección de referencia en respuesta a las señales. Debido a que el procesador 54 de la herramienta de sondeo 30 puede ser usada en lugar de un procesador dedicado del sistema de referencia direccional 16, los costos del hardware pueden por consiguiente reducirse. Además, debido a que el sistema de referencia direccional 16 puede ser montado directamente en la herramienta de sondeo 30, puede existir menos imprecisión de calibración debido a las posibles desalineaciones en la orientación del sistema de referencia direccional 16 con respecto a la herramienta de sondeo 30. En otras modalidades, el sistema de referencia direccional 16 comprende un procesador que se usa para determinar la orientación y un procesador de la herramienta de sondeo 30 no se usa. Por ejemplo, el procesador 53 puede ser configurado para determinar una orientación (por ejemplo, posición y/o acimut) del sistema de referencia direcciona con respecto a la dirección de referencia.
En donde el sistema de referencia direccional 16 (por ejemplo, un receptor de señal GPS comprende las dos o más antenas 22, 24) se monta en o dentro de la herramienta de sondeo 30 por si misma, como se ilustra en la figura 7, la herramienta de sondeo 30 por si misma puede montarse relativamente en forma rígida en la plataforma de perforación (por ejemplo, en una orientación horizontal u otra no vertical) para efectuar el proceso de inicialización (por ejemplo, posición inicial y determinación de dirección) . Por ejemplo, determinación de orientación (por ejemplo, posición) puede usarse usando mediciones de la diferencia de fase en las señales portadores de satélite (por ejemplo, entre las antenas 22, 24). Esa determinación puede estar hecha mediante el cálculo del procesador 54 dentro de la herramienta de sondeo 30, por ejemplo. Esta información puede ser usada nuevamente para definir la posición inicial de la herramienta de sondeo 30 antes de acoplar o inicializar un modo de sondeo continuo. Los datos de posición (por ejemplo, datos derivados de los datos de GPS desde el sistema de referencia direccional 16) pueden formar las condiciones iniciales para el proceso de integración de medición de giroscopio, que permite el rastreo de la posición de la herramienta de sondeo 30 después de la inieializacion.
En ciertas modalidades, el aparato 10 además comprende al menos uno de al menos un sistema de referencia direccional 16 y el al menos un sistema de navegación inercial 42. En ciertas modalidades en las que el aparato comprende el al menos un sistema de referencia direccional 16, el aparato 10 además comprende una porción de montaje (por ejemplo, una o más porciones de la porción base 12, la primera porción de montaje 14, la segunda porción de montaje, la tercera porción de montaje 44, y la cuarta porción de montaje 53) mecánicamente acoplada a el al menos un sistema de referencia direccional 16 y configurado para ser mecánicamente acoplado a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 mientras la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 está fuera de un pozo de perforación de modo que la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 tiene una orientación predeterminada con respecto a el al menos un sistema de referencia direccional 16 mientras la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 está afuera de pozo de perforación. La porción de montaje además puede ser configurada para ser mecánicamente desacoplada de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 mientras la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 está dentro del pozo de perforación. El aparato 10 además comprende una estructura de soporte configurada para permitir que el aparato se mueva a lo largo de una superficie por debajo del aparato mientras la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 es transportada fuera .del pozo de perforación. Por ejemplo, en ciertas modalidades, la estructura de soporte puede comprender uno o más de la porción base, el al menos un miembro acoplado en forma movible a una porción del aparato 10, el al menos un nivelador 48, o porciones de ellos, como se describe en la presente.
Las modalidades descritas en la presente además pueden usarse para proporcionar una referencia de posición de periodo relativamente largo en la plataforma de perforación. Como se discutió, después de la inicialización de la herramienta de sondeo 30 de acuerdo con las modalidades descritas en la presente, la herramienta de sondeo 30 puede ser utilizada en el pozo de perforación y usada para efectuar un sondeo (por ejemplo, un modo de sondeo continuo) . En ciertos casos, la herramienta de sondeo 30 puede haber inicializado en forma precisa de acuerdo a las modalidades descritas en la presente antes de la utilización, pero los errores de calibración pueden acumularse durante la operación, asi provocando "variación". Esos errores de variación pueden ser aceptables bajo ciertas circunstancias (por ejemplo, en donde la variación es menor que aproximadamente 10%). Sin embargo, los errores de calibración relativamente grandes pueden ser problemáticos y puede ser deseable medir esos errores. En ciertas modalidades, después del retiro de la herramienta de sondeo 30 del pozo de perforación, la orientación de la herramienta de sondeo 30 (por ejemplo, posición) determinada por la herramienta de sondeo 30 puede compararse a una orientación de referencia (por ejemplo, posición) determinada por el aparato 10 puede proporcionar una verificación post-sondeo en la calibración o cantidad de variación de la herramienta de sondeo 30. Por ejemplo, la herramienta de sondeo 30 puede ser montada al aparato 10 después de su retiro del pozo de perforación y las lecturas de la orientación (por ejemplo, posición) de la herramienta de sondeo 30 de la herramienta de sondeo 30 puede compararse a las lecturas de la orientación (por ejemplo, posición) desde el sistema de referencia direccional 16. En ciertas modalidades, las lecturas de orientación desde la herramienta de sondeo 30 pueden ser comparadas con las lecturas desde la orientación del sistema de navegación inercial 42, o desde un dispositivo integrad tal como el GPS/AHRS 43 de la figura 5. Las diferencias en orientación determinadas a partir de esa comparación pueden corresponder a errores de calibración o "variación". Este proceso general puede ser descrito como una verificación de control de calidad (QC) en la ^salud' de la herramienta de sondeo 30, por ejemplo.
La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 del proceso de inicialización 100 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. Mientras el diagrama de flujo 100 se describe en la presente con referencia al aparato 10 esquemáticamente ilustrado por las figuras 2-6, otro aparato descrito en la presente también puede ser usado (por ejemplo, el aparato 400 d la figura 11) . En el bloque operaciones 102, la herramienta de sondeo 30 puede suspenderse encima de la porción base del aparato 10, tal como por una linea de alambre, por ejemplo. El aparato 10 enseguida puede ser nivelado en el bloque operacional 104 al ajusfar uno o más del al menos un nivelador 48 (por ejemplo, un soporte ajustable) , por ejemplo.
Un bloque operacional 106, el sistema de referencia direccional 16 (por ejemplo, receptor GPS, GPS/AHRS integrado) y/o sistema de navegación inercial 42 puede ser iniciado y puede generar una o más señales indicadores de la orientación (por ejemplo, la posición, acimut, y/o dirección) del aparato 10. En el bloque operacional 108, el aparato 10 puede moverse al cabezote de pozo del pozo de perforación. Este movimiento del aparato 10 puede ser realizado en situaciones en donde el aparato 10 ha sido colocado inicialmente lejos del pozo de perforación, a fin de evitar la interferencia desde una torre de perforación, por ejemplo. La herramienta de sondeo 30 puede ser bajada y unida al aparato ' 10 (por ejemplo, sujetada a la segunda porción de montaje 20) en el bloque operacional 110. La herramienta de sondeo 30 puede ser girada a la horizontal (por ejemplo, con respecto a la porción base 12 del aparato 10) en el bloque operacional 112 y la energía puede ser suministrada a la herramienta de sondeo 30 en un bloque operación 114.
En el bloque operacional 116, los datos de orientación (por ejemplo, posición, acimut, y/o dirección) desde el sistema de referencia direccional 16, sistema de navegación inercial 42, o ambos, pueden ser transferidos a la herramienta de sondeo 30. En algunas modalidades, un proceso de emparejamiento de velocidad angular (por ejemplo, usando un filtro de emparejamiento de velocidad angular) como se describe a continuación, es usado. La herramienta puede ser conmutada a modo de sondeo continuo en el bloque operacional 118, y movido (por ejemplo, girado usando el elemento de posicionamiento de herramienta 56) a la vertical (por ejemplo, con respecto al aparato 10) a una velocidad controlada en el bloque operacional 120. La herramienta de sondeo 30 puede ser desacoplada del aparato 10 mientras aún se soporta (por ejemplo, mediante una linea de alambre) en el bloque operacional 122 y se eleva encima del aparato 10 en el bloque operacional 124. La herramienta de sondeo 30 puede ser bajada a la parte superior del pozo de perforación en el bloque operacional 126 y el sondeo continuo puede ser permitido en el bloque operacional 128.
La figura 9 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método 200 de iniciar una herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. En el bloque operacional 202, el método 200 incluye colocar una herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 a una orientación predeterminada en relación a un sistema de referencia direccional 16. Por ejemplo, la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 puede colocarse sustancialmente paralela al sistema de referencia direccional 16 en ciertas modalidades. A la vez, se describe el método 200 en la presente con referencia al aparato 10 descrito con respecto a las figuras 2-7, otros aparatos descritos en la presente pueden ser usados (por ejemplo, el aparato 400' de la figura 11) .
En el bloque operacional 204, el método 200 de ciertas modalidades además comprende generar una primera señal indicadora de una . orientación del sistema de referencia direccional 16 con respecto a una dirección de referencia 18. Por ejemplo, la primera señal puede ser generada por el sistema de referencia direccional 16, y la dirección de referencia puede ser norte. El método 200 además comprende determinar una orientación inicial de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 con respecto a la dirección de referencia 18 en respuesta a la primera señal en el bloque operacional 206. Por ejemplo, un sistema de cómputo 52 del aparato 10 puede recibir la primera señal desde el sistema de referencia direccional 16 y determinar la orientación del sistema de referencia direccional 16 con respecto a la dirección de referencia 18 en respuesta a la primera señal. En ciertas modalidades, debido a que la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 se coloca en una orientación predeterminada (por ejemplo, paralela) en relación al sistema de referencia direccional 16, el sistema de cómputo 52 también puede determinar la orientación inicial de la herramienta de sondeo 30 con respecto a la dirección de referencia 18.
En el bloque operacional 208, el método 200 además comprende mover la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 desde una primera posición a una segunda posición ' después de determina la orientación inicial de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30. Por ejemplo, la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 puede ser sustancialmente horizontal a la Tierra cuando está en la primera posición y la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 además puede ser sustancialmente vertical con respecto a la Tierra cuando está en la segunda posición. El elemento de posicionamiento de herramienta 56, (por ejemplo, un sistema motorizado) puede usarse para mover en forma controlable la herramienta de sondeo desde la primera posición a la segunda posición, como se describe en la presente .
En algunas modalidades, el método 200 además puede comprender mover la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 desde una primera ubicación 32 a una segunda ubicación 34 (figura 3) después de generar la primera señal. La primera ubicación 32 puede estar más lejos del pozo de perforación que la segunda ubicación 34. Como se describe en la presente, el sistema de referencia direccional 16 puede ser capaz de determinar en forma precisa la orientación del sistema de referencia direccional 16 con respecto a la dirección de referencia 18 en la primera ubicación 32. Por ejemplo, el sistema de referencia direccional 16 puede comprender un receptor de señal de un sistema de navegación satelital que se puede comunicar con los satélites del sistema de navegación satelital libre de protección u otra inferencia desde la torre de perforación 31 en la primera ubicación 32, pero no la segunda ubicación 34. La herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 puede tener una primera orientación con respecto a la dirección de referencia 18 cuando en la primera ubicación 32 y una segunda orientación con respecto a la dirección de referencia 18 cuando está en la segunda ubicación 34. Por ejemplo, la orientación del aparato 10, y por ello del sistema de referencia direccional 16 y la herramienta de sondeo 30 acoplada al aparato 10, puede cambiar en ángulo con respecto a la dirección de referencia 18· mientras el aparato 10 se mueve desde la primera ubicación 32 a la segunda ubicación 34.
El método 200 además puede comprender generar una segunda señal indicador de un cambio en orientación entre la primera orientación y la segunda orientación. Por ejemplo, el sistema de cómputo 52 puede recibir la segunda señal desde el sistema de navegación inercial 42. En ciertas modalidades, la determinación de la orientación inicial en el bloque operacional 206 comprende determinar la orientación inicial de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 con respecto a la dirección de referencia 18 en respuesta a la primera señal y en respuesta a la segunda señal. Por ejemplo, el sistema de cómputo 52 puede determinar la primera orientación del sistema de referencia direccional 16 y por ello la herramienta de sondeo 30 en la primera ubicación en respuesta a la primera señal. El sistema de cómputo 52 enseguida puede determinar el cambio en orientación de la herramienta de sondeo entre la primera orientación y la segunda orientación en respuesta a la segunda señal. El sistema de computo 52 además puede procesar la primera y segunda señales (por ejemplo, agregar el cambio en orientación a la orientación inicial) para determinar la orientación inicial de la herramienta de sondeo 30 en la segunda ubicación.
C . Ejemplo de cálculo de posición en la herramienta de sondeo
En ciertas circunstancias, los datos de orientación inicial (por ejemplo, datos de posición de referencia determinados de acuerdo con las modalidades descritas en la presente) forman las condiciones iniciales para el proceso de integración de medición de giroscopio que pueden mantener el rastreo de la posición de la herramienta de sondeo 30 mientras se mantiene un modo de operación de sondeo continuo. Durante los periodos continuos de operación (por ejemplo, durante el modo de sondeo continuo) , la herramienta de sondeo 30 puede mantener el rastreo de posición (orientación de la herramienta, inclinación y acimut) usando las salidas integradas de los giroscopios. El rastreo de la posición puede involucrar resolver las siguientes ecuaciones a fin de proporcionar estimados de ángulos de la orientación de la herramienta (a), inclinación (I) y acimut (A) :
a = a0 + ádt ; (Ec.2)
y4 = 4j+J dí, (Ec 4)
en donde oto, lo y son los valores iniciales de la orientación de la herramienta, inclinación y acimut, y a, I, y A son las velocidades estimadas de los cambios de a, I, y A que pueden expresarse como una función de las mediciones de giroscopio (Gx, Gy y Gz denotado) de la siguiente forma:
^ O.? cosA
á = G, +\Gr sin or+ G„ cos tr icot/
" sin/ ; (Ec. 5) ? = -Gllcosa+Gys a+ lH sin^í y (Ec 6)
en donde O? y O? representa los componentes horizontal y vertical de la velocidad de la Tierra. El valor inicial del ángulo acimut puede derivarse directamente del proceso de estimación de posición GPS. Un valor inicial de la inclinación también se puede derivar usando las mediciones GPS, o usando la herramienta de sondeo 30 de mediciones de acelerómetro (Ax, Ay, y Az) y la siguiente ecuación:
El valor inicial de la inclinación también puede determinarse usando una combinación de tanto estimados del satélite como del acelerómetro. El ángulo de orientación de herramienta se inicializa usando mediciones de acelerómetro de la siguiente forma:
a0 = aretan!
D. Método de ejemplo alternativo de la posición de cómputo
De acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente, el uso de cosenos de dirección permite a la orientación de la herramienta ser rastreada generalmente en cualquier posición, tal como cuando la herramienta está en o cerca de la vertical mientras ocurre durante la recolección de la herramienta y el descenso inicial en el pozo de perforación. Esto permite que los métodos que mantienen el rastreo del ángulo de orientación de la herramienta y acimut discutidos en la sección previa, que puede ser relativamente imprecisa, ser evitada. El uso de la representación de posición de cuaternio puede proporcionar una alternativa en esta situación.
La posición de una estructura de alineación (por ejemplo, el sistema de referencia direccional 16) en el aparato 10, tal como una plataforma (P) del aparato 10 con respecto al marco de referencia geográfica local ( R ) (por ejemplo, la dirección de referencia 18), que puede ser determinada a partir de las mediciones de GPS, puede expresarse en el término de la matriz de coseno director Cp . El marco de referencia R generalmente puede estar definido por las direcciones de norte verdadero y la vertical local. En ciertas otras configuraciones, otros marcos de referencia fijados con la Tierra pueden ser usadas. La plataforma (P) puede comprender o forma parte de la porción base 12, por ejemplo. Dado el conocimiento de la herramienta de sondeo ( T) 30 con respecto a la estructura de alineación (por ejemplo, el sistema de referencia direccional 16) , que también puede expresarse como una matriz de coseno director Cp. la posición de la herramienta de sondeo 30 con respecto al marco de referencia geográfica (R) es dada por el producto de estas matrices, de la siguiente forma:
Después de alternar a modo de sondeo continuo, herramienta de sondeo 30 puede mantener el rastreo de posición de la herramienta mientras recorre el pozo perforación al resolver la ecuación siguiente. Expresar C y el valor inicial derivado de las mediciones GPS como C0,
C = Ca +jádt, (Ec.10)
en donde
C=c[fi>x] (Ec. 1 t)
(Ec. 12)
La información de posición expresada en el término de
orientación de la herramienta, inclinación y acimut pueden calcularse, a partir de los elementos de la matriz de coseno
director:
Cu cn cn
c =
¿32 e33
que también puede expresarse como función de. estos
ángulos de la siguiente forma:
eosA eos / sina + sinA cosa eosA eos /eos a -sinA sina eos sin/
C - sina eos /sin -eosA eos sin .4 eos eos a + eos sin a sin .4 sin/
-sin /sin a -sin/cosa eos/ (Ec. 13)
En ciertas modalidades, la orientación de la
herramienta, ángulos de inclinación y acimut pueden extraerse
usando las siguientes ecuaciones:
I = arctaii (Ec. 15)
'33
A = aictaii '23 (Ec. 16)
'13
Por ejemplo, usando la ecuación anterior para la inclinación para la situación en donde la inclinación se aproxima 90°, C33 se aproxima a cero e I puede indeterminarse . En este caso, la inclinación puede expresarse de la siguiente forma :
I = arceos [c33 ] . (Ec. 17)
Para la situación en donde I pasa a través de cero, las ecuaciones en a y A generalmente se indeterminan debido a que tanto en numerado como el denominador se aproximan a cero sustancialmente en forma simultánea. Bajo esas condiciones, las soluciones alternativas para oc y A se pueden usar con base en otros elementos de la matriz de coseno director. Por ejemplo, a y A pueden determinarse de la siguiente forma:
cn +c22 = sm(ar +^) (cos7 + l) ; (Ec. 18) c21 - cn = cos(or+ A) · (eos I + 1) , (Ec. 19) y la siguiente expresión para la suma de acimut y orientación de la herramienta pueden escribirse:
a + A = arctan C\ 1 + C22 (Ec. 20)
'21
orientación · de la herramienta de giroscopio que actualmente es calculado mientras la herramienta está en o cerca de la vertical .
Las soluciones separadas para y A puede no obtener cuando 1 = 0 debido a que ambos generalmente se vuelven medidas del ángulo alrededor de los ejes paralelos (alrededor de la vertical) , es decir un grado de libertad rotacional se pierde. Cualquiera de a o A puede seleccionarse arbitrariamente para satisfacer alguna otra condición mientras el ángulo no especificado es elegido para satisfacer la ecuación anterior. Para evitar 'saltos' en los valores de a o A entre los cálculos sucesivos cuando I está en la región de cero, una aproximación seria para 'congelar' un ángulo, como su valor actual y para calcular A conforme a la ecuación anterior. En la siguiente iteración, A seria congelada y determinada. El proceso de actualizar a o A sola en iteraciones sucesivas generalmente podría continuar hasta que I no esté cercana a 0.
E . Ejemplo de filtro de empare amiento de posición para la transferencia de los datos de orientación (por ejemplo, datos de referencia de posición y dirección) para la herramienta de sondeo
En ciertas modalidades, los datos orientación (por ejemplo, posición) extraídos a partir de las técnicas de navegación satelital (por ejemplo, usando el sistema de referencia direccional 16) pueden ser combinadas con datos de sistema inercial (por ejemplo, desde el sistema de navegación inercial 42). Por ejemplo, un proceso de filtración de mínimos cuadrados o Kalman puede usarse para determinar un estimado relativamente preciso (por ejemplo, un mejor estimado) de orientación de herramienta de sondeo 30 (por ejemplo, posición) antes de acoplar/inicializar el modo de sondeo continuo. Los datos pueden determinarse mientras quela herramienta de sondeo 30 que está en la superficie-incluye:
(1) estimados basados en satélite's de acimut e inclinación (por ejemplo, el uso del sistema de referencia direccional 16) ;
(2) estimados de inclinación y ángulo de alta orientación de la herramienta de la herramienta de sondeo 30 que usa acelerómetros de la herramienta de sondeo 30;
(3) estimados de acimut, inclinación y ángulo de orientación de la herramienta de la herramienta de sondeo 30 que usa giroscopios sensores de la herramienta de sondeo 30;
Un ejemplo de proceso de filtración es provisto en la presente. Las modalidades descritas en la presente incluyen una formulación de filtro Kalman que puede usarse para inicializar el proceso de sondeo continuo mientras que la herramienta de sondeo 30 está en la superficie. En ciertas modalidades, puede asumirse que la herramienta de sondeo 30 proporciona la medida de aceleración a lo largo, y velocidad de giro alrededor, de los tres ejes principales de la herramienta, x, y y z denotado. Mientras los estimados continuos de la herramienta de sondeo 30 pueden derivarse de las mediciones de giroscopio mediante un proceso de integración, además se puede asumir que las mediciones de acelerómetro pueden proporcionar un estimado separado e independiente de orientación de herramienta de sondeo con respecto a la vertical local. Además, un proceso de determinación de posición satelital (por ejemplo, usando el sistema de referencia direccional 16) proporciona estimados de herramienta de sondeo 30 de acimut durante este periodo. El giroscopio, acelerómetro y GPS con base en los estimados de posición pueden combinarse usando un filtro Kalman como se describe a continuación. Además de proporcionar estimados iniciales de orientación de herramienta (por ejemplo, posición) , el proceso de filtración también pude usarse para formar estimados de cualquier tendencia . residual de giroscopio y desequilibrio de masa.
Ecuaciones del sistema
Durante los periodos en donde la herramienta de sondeo 30 está en modo continuo, la herramienta mantiene el rastreo de la posición (por ejemplo, orientación de la herramienta, inclinación y acimut) usando las salidas integradas de los giroscopios. Esto puede lograrse al resolver las siguientes ecuaciones para proporcionar estimados de una orientación de la herramienta (OÍ), ángulos de inclinación (I) y acimut (A) en forma directa. Por ejemplo, estos valores pueden expresarse de la siguiente forma:
a = a0+ ádt; (ec.21)
A = AQ+ Adt, (ec.23)
en donde a?, 10 y A0 son los valores iniciales de la orientación de la herramienta, inclinación y acimut (por ejemplo, valores aproximados derivados con base un procedimiento de girocompás relativamente grueso disponible a alta altitud, o en presencia de movimiento rotacional de plataforma) , y
\ O„ cos^4
a - Gs + GX sin a + Gv eos kot I ; (ec 24)
s * 1 sin/
/ =— GL GOS<x+Gv shiex+Qu skiA
x y ;y (ec.25)
\Gr sincr + G, cosa)
= -— :— - + Qwcos^cot/-n
sm/ , (ec.26)
en donde Gx, Gy y Gz son mediciones de velocidad angular alrededor de los ejes x, y y z de la herramienta de sondeo.
Sistema de ecuaciones de error
El sistema de ecuaciones de error puede expresarse de la siguiente forma:
? - ( x coser - Gy sin a)cot /¦ Aa
A = (Gx sina + G cosor)-Á£3f + O? cos^á-?^?
(ec.28)
— eos · AGr + sinar · AG¾
ÍGT eos a - G, sin )
AA= -— * - Aa
sin/
ÍG, sin + G„ eos arjeot / O„ eos A
+ ^ 2 }- AI '— AI; (ec.29)
sin/ sin /
„ sinar cosa
-O„ smAcotl-AA AGX AG
sin/ sin/
expresarse en la forma de matriz siguiente:
x=F-x+G w. (ec. 30) en donde X= [ACC AI ?? AGX AGY AG (ec. 31)
y representa los estados de error del sistema, w es un vector de 3 elementos que representa el ruido de medición del giroscopio, G es la matriz de ruedo del sistema y la matriz de error F puede ser dada por:
Ecuaciones de medición del filtro
Los tres acelerómetros en el sistema de sondeo (por ejemplo, la herramienta de sondo 30) puede proporcionar una medición independiente de la orientación de la herramienta y de los ángulos de inclinación, como se muestra por las siguientes ecuaciones:
S = arctan (ec. 33)
y puede asumirse para el propósito de este ejemplo de formulación de filtro que un estimado de la herramienta de sondeo 30 acimut (A) es provista mediante el proceso de determinación de posición satelital (por ejemplo, usando el sistema de referencia direccxonal 16) .
Las diferencias entre los dos estimados de la orientación de la herramienta, inclinación y acimut pueden formar las entradas con diferencia de medición (z) para un filtro Kaliman, de la siguiente forma:
Las diferencias de medición (z) también pueden expresarse en términos de los estados de error (x) de la siguiente forma:
2 =H x+I v (ec. 36)
0 0 0 0
en donde H- 1 0 0 0 (ec. 37)
0 1 0 0
V puede ser' un vector de 3 elementos que representa la medición del acelerometro y el ruido de la medición acimut GPS, e I es una matriz medición de ruido.
Ecuaciones del filtro Kalman
Sistema discreto y ecuaciones de medición
Mientras que el sistema puede ser descrito en forma matemática en la forma de ecuación diferencia continúa dada anteriormente, las mediciones en la práctica son provistas en los intervalos discretos de tiempo. Para lidiar con esto, y proporcionar un algoritmo de filtración computacionalmente eficiente, las ecuaciones continuas pueden expresarse en la forma de ecuaciones de diferencia de la siguiente forma:
¾=®r¾+At-w.; {ec 38) endonde f* = k« "'J (ec.39)
con mediciones expresadas como:
y en donde
xk = estado de error en el tiempo tk,
wk = ruido di sistema en el tiempo t ,
F?£ = matriz de transición de estado desde el tiempo tk al tiempo tk+i,
Aic = matriz de sistema de ruido en el tiempo tk,
Zk+i = medición de diferencia en el tiempo tk+i,
Vk+i = medición del ruido en el momento tk+i, y
Hk+i = medición de matriz calculada en el tiempo t +i.
El ruido puede ser media de cero, pero ahora discreto, y puede caracterizarse por las matrices de covarianza Qk y Rk respectivamente .
Paso de predicción
Un estimado relativamente precisos (por ejemplo, un mejor estimado) del estado de error en el tiempo tk se denota abajo por xk/k. Debido a que el ruido del sistema wk de ciertas modalidades tiene media de cero, la mejor predicción del estimado en el tiempo tk+i puede expresarse como:
mientras que el valor esperado de la covarianza en el tiempo tk+i predicha en el tiempo tk, puede ser dada por:
PMlk =F* ·Pklk · F V. (ec42)
Actualización de medición
La llegada de un nuevo grupo de mediciones zk+1 en el tiempo tjc+i puede usarse para actualiza la predicción a fin de generar un estimado relativamente preciso (por ejemplo, un mejor estimado) del estado en este tiempo. Por ejemplo, un estimado relativamente preciso (por ejemplo, mejor) del estado en el tiempo tk+i puede ser expresado como:
¾+i t i— xk+uk Kki Hk+iFk+uk ¾+iL (ec.43) y su covarianza mediante:
^߀· ^
en donde la matriz de ganancia de Kalman puede ser dada por :
Corrección de estado
Después de cada actualización de medición, los estados pueden ser corregidos usando los estimados actuales (por ejemplo, mejores estimados) de los errores. En esta situación, los errores de estado predichos se vuelven cero: xk+m= . (ec.46)
F. Inicialización de la herramienta de sondeo en una superficie de movimiento
En ciertas circunstancias, el aparato 10 puede ser colocado en una superficie en movimiento. Por ejemplo, el aparato 10 puede estar en una plataforma o plataforma de perforación costa afuera. El modo de sondeo continuo generalmente operará adecuadamente en la Tierra bajo esas condiciones, siempre que algunos medios de inicialización del proceso de integración involucrado, diferente al girocompás, puedan ser establecidos. Por ejemplo, dados algunos medios independientes para mantener el rastreo de la posición sustancialmente instantánea de una plataforma en movimiento, y la transferencia dinámica de esa. información a la herramienta de sondeo para inicializar el proceso de sondeo continúo, existe el potencial para remover las incertidumbres de sondeo asociadas con el movimiento de la plataforma. Por ello, puede ser benéfico mantener una orientación dinámica (por ejemplo, posición por referencia) en la superficie de movimiento (por ejemplo, una plataforma) que puede ser inicializada en un momento particular. Por ejemplo, la orientación (por ejemplo, posición o acimut de referencia) de la herramienta de sondeo 30 con respecto a la dirección de referencia 18 puede determinarse y/o transferirse a la herramienta de sondeo 30 generalmente en forma inmediata después de que la herramienta es colocada en modo de sondeo continuo (por ejemplo, a la inserción de la herramienta de sondeo 30 en el pozo de perforación) de acuerdo con ciertas modalidades. En ciertas modalidades, el sistema de referencia direccional 16 y/o el sistema de navegación inercial 42 puede usarse para efectuar la determinación, transferencia de la información en relación a la orientación a la herramienta de sondeo 30, o ambos, como se describe en la presente (por ejemplo, con respecto a la figura 6) .
En algunas otras modalidades, el movimiento de la plataforma o plataforma de perforación puede ser ventajosamente usado para inicializar la herramienta de sondeo 30. Por ejemplo, un procedimiento de emparéj amiento de medición de la velocidad angular puede usarse para determinar la orientación relativa (por ejemplo, posición y/o acimut) entre dos grupos ortogonales de ejes de la estructura de plataforma (por ejemplo, entre un grupo de ejes definido por el sistema de navegación inercial 42 y un grupo de ejes definido por la herramienta de sondeo 30) . Ese procedimiento puede contar para diferencias relativas entre la orientación de la herramienta de sondeo 30 y el aparato 10. En general, como se describe en la presente, la inicialización de la herramienta de sondeo 30 usando el aparato 10 puede lograrse en forma precisa en donde la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 se monta en alguna orientación predeterminada con respecto al aparato 10 o componentes del mismo (por ejemplo, el sistema de referencia direccional 16) . Por ello, la precisión de la determinación de la orientación de la herramienta de sondeo 30 puede ser mejorada cuando la alineación de la herramienta de sondeo 30 (por ejemplo, posición) con respecto al aparato 10 es relativamente precisa y/o exacta. Usando el proceso de emparejamiento de velocidad angular descrito en la presente, las desalineaciones residuales entre la herramienta de sondeo 30 y el aparato 10 pueden determinarse de modo que la precisión de alineación de montaje actual de la herramienta de sondeo · 30 en el aparato 10 se vuelva menos critica.
Ejemplos del procedimiento de emparejamiento de velocidad angular generalmente similares, usados para producir la alineación de precisión en posición y en los sistemas correspondientes para la alienación de un sistema de armas en una embarcación marítima se describen en la patente de E.U.A. No. 3,803,387 con el título "Sistema de Detección de Errores de Alineación" que se incorpora a la presente en su totalidad como referencia. Al comparar los grupos de mediciones de velocidades angulares (por ejemplo, desde el sistema de navegación inercial 42 y la herramienta de sondeo 30) , es posible deducir la orientación relativa de los dos grupos de ejes (por ejemplo, del aparato 10 y la herramienta de sondeo 30) . La orientación del aparato 10 (que puede ser referida como el marco de referencia de la plataforma) puede definirse mediante la orientación del sistema de navegación inercial 42, un dispositivo integrado 43 (por ejemplo, una unidad GPS/AHRS integrada) , o el sistema de referencia direccional 16.
En una plataforma o plataforma de perforación costa afuera, por ejemplo, el movimiento oscilante de la plataforma generalmente es suficiente para proporcionar suficiente movimiento angular a fin de permitir la determinación de la posición. El conocimiento exacto de la orientación de referencia del sistema de navegación inercial 42 con respecto al marco de referencia geográfico (por ejemplo, la dirección de referencia 18), combinado con el conocimiento de la orientación relativa (por ejemplo, . posición y/o acimut) entre la herramienta de sondeo 30 y el sistema de navegación inercial 42 de acuerdo con un procedimiento de emparejamiento de velocidad angular, puede permitir la determinación precisa de la orientación (por ejemplo, posición y/o acimut) de la herramienta de sondeo 30 con respecto al marco de referencia geográfico (por ejemplo, la dirección de referencia 18) . Ventajosamente, el uso del procedimiento de emparejamiento de velocidad angular, la orientación inicial de la herramienta de sondeo 30 puede ser obtenida en forma exacta en situaciones en donde la herramienta 30 está desalineada físicamente con respecto al sistema de referencia de plataforma (por ejemplo, debido a un error del operador en el montaje de la herramienta, desalineación debido a la imprecisión en la manufactura/ensamble de la plataforma, etc.). En ciertas modalidades, el sistema de referencia direccional 16, o una unidad integrada comprenden un sistema de referencia direccional 16 y un sistema de navegación inercial 42 (por ejemplo, unidad GPS/INS 43), se usa en lugar de o además del sistema de navegación inercial 42 en el procedimiento de emparejamiento de velocidad angular.
La figura 10 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método 300 para la inicialización de una herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 que usa un procedimiento de emparejamiento de velocidad angular. Mientras que el método 300 se describe en la presente como referencia al aparato 10 descrito con respecto a las figuras 2-8, otros aparatos descritos en la presente también pueden ser usados (por ejemplo, el aparato 400 de la figura' 10). En el bloque operacional 302, el método 300 comprende la recepción de una primera señal indicador de una orientación de un sistema de referencia direccional 16 con respecto a una dirección de referencia 18. Por ejemplo, la orientación del sistema de referencia direccional 16 puede ser calculado mediante un procesador del sistema de referencia direccional 16 en respuesta a las señales recibidas por la primera antena 22 y la segunda antena 24 como se describe en la antena. La primera señal puede ser generada por el sistema de referencia direccional 16 y transmitida para el procesamiento (por ejemplo, a los sistemas de cómputo 52 o directamente a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30) . En ciertas modalidades, el método 300 además comprende colocar la herramienta para pozo de perforación 30 de modo que la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 tenga una orientación predeterminada con respecto al sistema de referencia direccional 16. Por ejemplo, la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 puede ser colocada sustancialmente paralela con el sistema de referencia direccional 16 >en el aparato 10 (por ejemplo, usando un elemento de posicionamiento de herramienta como se describe en la presente) .
El método 300 además comprende recibir una segunda señal indicador de la velocidad de movimiento angular del sistema de referencia direccional 16 en el bloque operacional 304.
Por ejemplo, en ciertas modalidades, uno o más sensores (por ejemplo, uno o más giroscopios) del sistema de navegación inercial 42 miden la velocidad ' de movimiento angular del sistema de navegación inercial 42. y generar la segunda señal indicador del mismo. El sistema de navegación inercial 42 enseguida pueden transmitir la segunda señal para el procesamiento (por ejemplo, al sistema de computo 52 o directamente a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30) . En ciertas otras modalidades, la velocidad de movimiento angular se mide directamente mediante el sistema de referencia direccional 16. En una modalidad, el aparato 10 comprende un sistema integrado, tal como la unidad GPS/AHRS integrada 43. En esa modalidad, debido a que el sistema de referencia direccional 16 está integrado con el sistema de navegación inercia! 42, la unidad GPS/AHRS 43 genera la segunda señal.
En el bloque operacional 306, el método 300 comprende recibir una tercera señal indicador de la velocidad de movimiento angular de una herramienta de sondeo para pozo de perforación 30. Por ejemplo, uno o más sensores de la herramienta de sondeo 30 (por ejemplo, uno o más giroscopios) puede medir la velocidad del . movimiento angular de la herramienta de sondeo 30 y generar la tercera señal. La tercera señal enseguida puede ser transmitida para el procesamiento (por ejemplo, al sistema de cómputo 52 o directamente a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30) .
El método 300 además puede comprender terminar una orientación relativa del sistema de referencia direccional 16 y la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 en respuesta a la segunda señal y a la tercera señal en el bloque operacional 308. Por ejemplo, la orientación relativa puede determinarse usando un procedimiento de emparejamiento de velocidad angular descrito en la presente. En el bloque operacional 310, el método 300 de ciertas modalidades comprende determinar una orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30 con respecto a la dirección de referencia 18 en respuesta a la primera señal y la orientación relativa. Dada la orientación del sistema de referencia direccional 16 con respecto a la dirección de referencia 18, como se indica por la primera señal, y dada la orientación relativa de la herramienta de sondeo 30 al sistema de referencia direccional 16, como se indica por el procedimiento de emparejamiento de velocidad angular, tal como una determinación se puede hacer.
En ciertas modalidades, la segunda señal puede ser indicador de la velocidad de movimiento angular del sistema de navegación inercial 42, o de generalmente el aparato completo 10 o componentes del mismo (por ejemplo, la porción base 12), en lugar de, o además del sistema de referencia direccional 16. Por ejemplo, en una modalidad,' la segunda señal se genera mediante el sistema de navegación inercial 42 y es directamente indicadora de la orientación del sistema de navegación inercial 42 con respecto a la dirección de referencia 18. Por ejemplo, el sistema de navegación inercial
42 puede ser orientado en sustancialmente la misma dirección en el aparato 10 con respecto a la herramienta de sondeo 30 mientras el sistema de navegación direccional 16 es orientado con respecto a la herramienta de sondeo 30 y por ello al menos indirectamente indicador de la orientación del sistema de referencia direccional 16 con respecto a la dirección de referencia 18.
G. Ejemplo de filtro de emparejamiento de velocidad angular para la transferencia de datos de orientación (por ejemplo, datos de referencia de posición y dirección) a la herramienta de sondeo en una plataforma en movimiento
Como se describe, en algunas modalidades, el aparato 10 incluye una unidad integrada, tal como un sistema de referencia GPS/AHRS 43 que generalmente incluye la funcionalidad de ambos de un sistema de referencia direccional 16 y un sistema de navegación inercial 42. En un aparato en movimiento 10 (por ejemplo, una plataforma o tablero en movimiento) , la diferencia de acimut entre la herramienta de sondeo 30, el sistema de referencia GPS/AHRS
43 y la herramienta de sondeo 30 puede determinarse al comparar las mediciones de velocidad angular provistas por los dos sistemas, siempre que la plataforma de perforación muestra algún movimiento oscilante. Por ejemplo, las mediciones pueden ser procesadas usando un filtro de Kalman con base en un modelo de erro de un sistema inercial en la •herramienta de sondeo 30. Una forma de la ecuación de medición es expresada a continuación. En ciertas otras modalidades, como se describe en la presente, el sistema de referencia direccional separado 16 y el sistema de navegación inercial 42 son usados. Esas modalidades también son compatibles con el ejemplo descrito en la presente. Por ejemplo, en una modalidad, el sistema de referencia direccional 16 y el sistema de navegación inercial 42 comprende unidades separadas pero están sustancialmente alineadas con respecto una de otra en el aparato 10.
Lasa mediciones de la velocidad de giro provistas por el sistema de referencia GPS-/AHRS y el sistema de herramienta de sondeo 30 puede asumirse que será generado en marcos coordenados locales denotados como a y b, respectivamente. En ciertas modalidades, las velocidades sensadas por una triada de giroscopios fijos montados en cada ubicación con sus ejes sensibles alineados con estos marcos de referencia pueden expresarse como ooa y cob. Las mediciones provistas por los giroscopios en los sistemas de referencia y alineación son resueltos en un marco de referencia común, el marco a por ejemplo, antes de realizar la comparación.
Por ello, las mediciones de referencia pueden expresarse como :
? = ?a , (ec. 47) asumiendo que los errores en las mediciones son insignificantes. Los estimados de estas mediciones generadas por el sistema de herramienta de sondeo 30 son denotadas por la notación ? .
z = C 6. (ec. 48)
Las salidas de giroscopio (^*) pueden ser escritas como la suma de la verdadera velocidad (cob) y el error en la medición (5cob) mientras la matriz con dirección coseno estimada puede ser expresada como el producto de una matriz de error sistemático asimétrica, [?-f?] , y la verdadera matriz C de la siguiente forma:
2 = [/ - (z>x]c£ [fi>* + d?" ] . (ec. 49)
Expandiendo el lado a mano derecha de esta ecuación e ignorando los términos de producto de error resulta en:
? = C ú>b - f x C°ú b + C ócúb . (ec. 50)
Las diferencias de medición pueden ser escritas de la siguiente forma:
& = z - z
r ,.1 * (ec. 51 )
= -) :baa>b x <p-Cl5cob
Las diferencias de medición (5zk) en el tiempo t¾ puede expresarse en término de los estados de error (5xk) de la siguiente forma:
&k =Hkátk+vkl (ec.52) en donde ¾ es la matriz de medición de filtro de Kalman que se puede expresar de la siguiente forma:
en donde ??, ?? y ?? son los componentes del vector
Cifi* C, C,s ... etc. son los elementos de la matriz de coseno director C y Vk es ei vector de medición de ruido. Esto representa el ruido en las mediciones y el modelo de no emparejamiento introducido mediante cualquier flexión de la estructura de plataforma que puede representarse.
Un filtro de Kalman puede ser construido usando la ecuación de medición y un sistema de ecuación de la forma descrita anteriormente en relación al . filtro de emparejamiento de posición. El filtro estima la orientación relativa de la referencia de plataforma (por ejemplo, el sistema de referencia GPS/AHRS 43) y la herramienta de sondeo 30.
H. Modalidades alternativas
La figura 11 ilustra esquemáticamente un ejemplo de aparato 400 para mover una herramienta de sondeo para pozo de perforación. El aparato 400 de la figura 11 está configurado para transportar la herramienta de sondeo 30 a lo largo de una superficie por debajo del aparato 400. En ciertas modalidades, el aparato 400 está configurado para ser mecánicamente acoplado a por lo menos un sistema de referencia direccional 416 (por ejemplo, en el aparato 400 por si mismo o en una plataforma configurada para ser acoplada en forma removible al aparato 400) . De esta forma, ciertas modalidades · ventajosamente desacoplan la funcionalidad de transporte desde la funcionalidad de orientación-determinación .
El aparato 400 de ciertas modalidades comprende al menos un soporte 402 y una porción base 403 mecánicamente acoplada a por lo menos un soporte 402. El aparato 400 además puede comprender una porción de recepción de herramienta 404 mecánicamente acoplada a la porción base 403 y configurada para recibir una herramienta de sondeo para pozo de perforación 406. El aparato 400 también puede comprender al menos un miembro acoplado en forma movible a una porción del aparato 400 y configurado para permitir que el aparato se mueva a lo largo de una superficie debajo del aparato 400. El aparato 400 además puede comprender un elemento de posicionamiento de herramienta 408 configurado para mover en forma controlable la herramienta de sondeo para pozo de perforación 406 entre una primera posición en relación al aparato y una segunda posición en relación al aparato 400.
Como se muestra en la figura 11, la porción base 403 puede comprender una estructura de plataforma generalmente rectangular sustancialmente rígida que incluye una superficie generalmente plana 405. En otras modalidades, la porción base 12 puede tener una forma diferente (por ejemplo, circular, ovular, trapezoidal, etc.) puede ser de algún modo flexible y/o puede incluir una o más superficie inclinadas, superficies en declive, porciones escalonadas, etc. La porción base 403 puede ser similar a la porción base 12 del aparato 10 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 2 y la figura 4) por ejemplo.
El al menos un soporte 402 puede comprender uno o más postes. El aparato 400 de la figura 11 comprende tres soportes 402. En otras modalidades, pueden existir más o menos soportes 402 y/o los soportes 402 pueden conformarse en forma diferente (por ejemplo, como postes rectangulares, bloques, salientes hemisféricas, etc.). En diversas modalidades, el al menos u*n soporte puede ser similar a el al menos un nivelador 48 del aparato 10 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 4).
La porción de recepción de herramienta 404 de ciertas modalidades comprende un área de la porción base 403 en la cual la herramienta de sondeo para pozo de perforación 406 es montada. En diversas modalidades, la herramienta de sondeo 406 puede ser asegurada en forma liberable a la porción de recepción de herramienta 404. En ciertas modalidades, la porción de recepción de herramienta 403 es similar a la segunda ' porción de montaje 20 del aparato 10 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 2) .
La superficie debajo del aparato 400 puede ser la superficie de la Tierra, una superficie de plataforma, etc. En ciertas modalidades, el al menos un miembro comprende una rueda, pisada, esquí, u otro mecanismo configurado para permitir el movimiento del aparato 400 a lo largo de la superficie. En algunas modalidades, por ejemplo, el al menos un miembro del aparato 400 es similar a el al menos un miembro del aparato 10 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 4).
El elemento de posicionamiento de herramienta 408 puede configurarse para mover en forma controlable la herramienta de sondeo para pozo de perforación 406 entre una primera posición en relación al aparto 400 y una segunda posición en relación al aparato 400. En ciertas modalidades, la primera posición es horizontal con respecto a la porción base 403 y la segunda posición es vertical con respecto a la porción base 403. El elemento de posicionamiento de herramienta 408 puede ser similar al elemento de posicionamiento de herramienta 56 del aparato 10 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a las figuras 6A-6C) en ciertas modalidades .
El aparato 400 además puede comprender una porción de montaje 414 mecánicamente acoplada a la porción base 403 y configurada para recibir al menos un sistema de referencia direccional 416. El al menos un sistema de referencia direccional 416 puede ser configurado para proporcionar datos (por ejemplo, posición o acimut) indicadora de una orientación de al menos un sistema de referencia direccional 416 con respecto a una dirección de referencia. En ciertas modalidades, la porción de montaje 414 es similar a la primera porción de montaje 14 del aparato 10 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 2) .
El sistema de referencia direccional 416 puede ser similar al sistema de referencia direccional 16 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 2). Por ejemplo, el al menos un sistema de referencia direccional 416 comprende al menos un receptor de señal de un sistema de posicionamiento global (GPS) . Por ejemplo el sistema de referencia direccional 16 puede comprender una primera antena 418 y una segunda antena 420 separada de la primera antena y que define una linea 422 desde la primera antena 418 a la segunda antena 420. En ciertas modalidades, el al menos un receptor de señal además comprende un procesador (no mostrado) configurado para recibir señales desde la primera y segunda antenas 418, 420 y determina una orientación de la linea 422 (por ejemplo, posición o acimut) con respecto a la dirección de referencia 424.
En ciertas modalidades, la porción de recepción de herramienta408 está configurada para recibir la herramienta de sondeo para pozo de perforación 406 de modo que la herramienta de sondeo para pozo de perforación tiene una orientación predeterminada con respecto al por lo menos un sistema de referencia direccional 416. Esta configuración general puede ser similar a la descrita anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 2) para el aparato 10, la herramienta de sondeo para pozo de perforación 30, y el sistema de referencia direccional 16, por ejemplo. Además, la herramienta de sondeo 406 de ciertas modalidades puede ser similar a la herramienta de sondeo 30 descrita anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 2) .
El aparato 400 de ciertas modalidades además puede incluir uno o más componentes descritos en la presente, tal como un sistema de navegación inercial y/o sistema de cómputo similar al sistema de navegación inercial 42 y al sistema de cómputo 52 del aparato 10 descrito anteriormente (por ejemplo, con respecto a la figura 4) .
I . Fuente de referencia remota
Ciertas modalidades descritas anteriormente incluyen métodos y aparatos para inicializar un sistema de sondeo par apozo de perforación usando un sistema de referencia direccional extérno tal como un sistema de navegación satelital .(GSP/GLONASS) . Uno de los métodos descritos generalmente involucra montar tanto el sistema de referencia satelital (por ejemplo, que comprende 2 o más antenas, receptores y procesadores) y la herramienta de sondeo en una plataforma estable en una orientación conocida con respecto a otra y datos de posición de transferencia desde el sistema de referencia a la herramienta. Después, la herramienta es alternada a un modo de sondeo continuo que permite que su orientación sea rastrada durante la recolección de la herramienta y el posicionamiento en la entrada al pozo de perforación, y a lo largo del subsecuente sondeo del pozo de perforación.
En ciertos casos, la emisión de las antenas GPS puede ocurrir (por ejemplo, mediante la torre de perforación u otros objetos) . Por ello, puede ser ventajoso montar el GPS bastante lejos de la torre de perforación y tener un número suficiente de satélites a la vista. Sin embargo, también puede ser deseable montar la herramienta de sondeo en la proximidad cercana al cabezote de pozo/buje de punta Kelly (por ejemplo, cerca de la entrada al pozo de perforación) a fin de evitar tener que transportar la herramienta a esta ubicación después de la inicialización. Los errores de sondeo pueden propagarse a lo largo del periodo de la manipulación de la superficie de herramienta - por ello a menudo es deseable mantener esto a una duración mínima. Además, existe una posibilidad de exceder el intervalo dinámico de los sensores en la herramienta, por ejemplo de saturación de los giroscopios al exceder la máxima velocidad de entrada aceptable. Si esto ocurre, la referencia de posición almacenada en la herramienta en la inicialización será perdida y el procedimiento de alineación de la herramienta para la referencia GPS no requerirá ser repetida. Por ello, puede haber tensión entre estos dos objetivos de diseño, realizando la inicialización usando las mediciones GPS en la plataforma y posicionamiento cercano al cabezota de pozo/buje de punta Kelly para minimizar el requisito de manipulación de superficie .
Para direccionar los objetivos de diseño descritos anteriormente, ciertos métodos descritos en la presente involucran el montaje del equipo GPS y la herramienta de sondeo remota de uno a otro durante el proceso de inicialización. Por ejemplo, el equipo GPS puede ser montado bastante lejos de la torre de perforación (por ejemplo, con el objeto de maximizar el número de satélites a la vista) y la herramienta puede ser ubicada cercana a la entrada del pozo (por ejemplo, con el objeto de minimizar o de lo contrario reducir el movimiento de la herramienta previa en el pozo y/o el tiempo tomado en cualquier transferencia física de la herramienta entre dos ubicaciones) . En ciertas modalidades, la orientación inicial en cualquier transferencia física de la herramienta entre dos ubicaciones) . En ciertas modalidades, la orientación inicial de la herramienta de sondeo para · pozo de perforación se determina con respecto a un marco de referencia elegido (por ejemplo, el marco geográfico vertical local expresad como un ángulo acimut, una inclinación, y una orientación de lado alto de la herramienta de sondeo para pozo de perforación) . En ciertas modalidades descritas en la presente, el sistema de referencia direccional y la herramienta de sondeo para pozo de perforación que no están mecánicamente acopladas entre si y están montadas en las respectivas superficies que no están mecánicamente acopladas una a la otra.
La figura 12 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método 500 para determinar una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación en una primera posición con respecto a una dirección de referencia de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. En un bloque operacional 510, el método 500 comprende recibir información (por ejemplo, al menos una primera señal) indicadora de una orientación de un sistema de referencia direccional con respecto a la dirección de referencia. El sistema de referencia direccional se coloca en una segunda posición separada de la primera posición.
En un bloque operacional 512, el método 500 además comprende recibir información (por ejemplo, al menos una segunda señal) indicadora de una orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional. En un bloque operacional 514, el método 500 además comprende determinar la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición en respuesta a por lo menos parte de la información recibida (por ejemplo, la' al menos una primera señal y la al menos una segunda señal) .
En ciertas modalidades, la al menos una primera señal y la al menos una segunda señal son recibidas mediante un sistema de cómputo que comprende uno o más procesadores de cómputo (por ejemplo, uno o más microprocesadores de computador) . Por ejemplo, los uno o más procesadores de computadora puede comprender uno o más procesadores de la herramienta de sondeo para pozo de perforación, el sistema de referencia direccional, o uno o más procesadores que son dedicados para determinar la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación. La información adicional , tal como valores de parámetros (por ejemplo, la distancia entre dos puntos de referencia en la herramienta de sondeo para pozo de perforación, distancia entre dos puntos de referencia en el sistema de referencia direccional, distancia entre la herramienta de sondeo para pozo de perforación y el sistema de referencia direccional, y componentes horizontal y vertical de estas distancias) que son directa o indirectamente representativas de una o más dimensiones o relaciones geométricas de o entre la herramienta de sondeo para pozo de perforación y el sistema de referencia direccional (por ejemplo, ángulo entre los puntos de referencia de enlace y ejes de herramienta y direcciones de referencia GPS) también se pueden usar para determinar la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación, y esos valores de parámetros son recibidos por los uno o más procesadores que son usados para calcular la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación. En ciertas modalidades, los uno o más procesadores ' de computadora comprenden una o más entradas para- recibir datos (por ejemplo, información o una o más señales) indicadoras de (por ejemplo, usarse para el cálculo) la orientación del sistema de referencia direccional con respecto a la dirección de referencia e indicadora de la orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional .
En ciertas modalidades, el sistema de computadora demás comprende un subsistema de memoria adaptado para almacenar información (por ejemplo, una o más señales o valores de parámetros) que serán usados en la determinación de la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación. El sistema de computadora puede comprender hardware, software, o una combinación de ambos hardware y software. En ciertas modalidades, el sistema de computadora comprende una computadora personal estándar. En ciertas modalidades, el sistema de computadora. En ciertas modalidades, el sistema de computadora comprende interfaces adecuadas (por ejemplo, módems) para recibir y transmitir señales según se requiera. El sistema de computadora puede comprender componentes de comunicación estándar (por ejemplo, teclado, ratón, conmutadores de alternación) para recibir entradas de usuario, y puede comprender componentes de comunicación estándar (por ejemplo, pantalla de visualización de imágenes, medidores alfanuméricos , impresoras) para mostrar y/o registrar parámetros de operación, coordenadas de orientación y/o ubicación, y otra información usada en la determinación de la orientación o generada como resultado de la determinación de la orientación. En ciertas modalidades, el sistema de computadora está configurado para leer un medio legible por computadora (por ejemplo, memora de sólo memoria, memoria dinámica de acceso aleatorio, memoria flash, unidad de disco duro, disco compacto, disco de video digital) que tiene instrucciones almacenadas en el mismo que provocan que el sistema de computadora realice un método para determinar una orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación de acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente. En ciertas modalidades, al menos una señal de la al menos una primera señal y la- al menos una segunda señal se recibe desde la entrada de usuario, memoria de computadora, o sensores u otros componentes del sistema configurado para proporcionar señales que tienen la información deseada.
También se describen en la presente técnicas para transferir la referencia de posición definida por el GPS a una ubicación físicamente removida de él (por ejemplo, la ubicación de la herramienta) . En ciertas modalidades, la herramienta de sondeo para pozo de perforación está en una primera posición separada a una primera distancia desde la entrada del pozo de perforación (por ejemplo, separada a una distancia desde el cabezote de pozo/buje de punta Kelly) y el sistema de referencia direccional está en una segunda posición separada a una segunda distancia desde la entrada de pozo de perforación (por ejemplo, espacios a una segunda distancia desde el cabezote de pozo/buje de punta Kelly) , con la segunda distancia que es mayor que la primera distancia. En ciertas modalidades, la primera distancia tiene un primer componente horizontal que es menor de 3.048 m (10 pies), o la segunda distancia tiene un segundo componente horizontal que es mayor que el primer componente horizontal por al menos aproximadamente 9.144 metros (30 pies), o ambos. En ciertas modalidades, la primera distancia' tiene un primer componente vertical que es menor que aproximadamente 6.096 m (20 pies) .
En algunos casos, la distancia de separación horizontal entre la primera posición y la segunda posición podría ser tanto como 15.24 m (50 pies), y las dos posiciones podrían estar en diferentes niveles en la plataforma (también más de 15.24 m) . En otras configuraciones, las distancias de separación horizontal y vertical pueden variar. Por ejemplo, en varias configuraciones, las distancias de separación horizontal y/o vertical pueden estar en el intervalo desde 3.048 m a 304.8 m (10 a 1000 pies), puede ser al menos 3.048, 4.572, 6.096, 7.62, 9.144, 10.668, 12.192, 13.716, 15.24, 16.764, 18.288, 19.812, 21.336, 22.86, 24.384, 25.908, 27.432, 28.956, 30.48, 304.8 metros (10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70. 75, 80, 85, 90, 95, 100, 1000 pies) o puede ser un valor mayor que 304.8 metros. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el equipo GPS (u otro sistema de referencia direccional) y la herramienta de sondeo se separan por una distancia más allá de una distancia para la cual es físicamente fácil o directa para tener el equipo GPS y la herramienta de sondeo mecánicamente conectada una a la otra. Además, en algunos casos, la herramienta de sondeo y el equipo GPS son montados durante el proceso de inicialización de modo que no están mecánicamente acoplados uno a otro, son montados en las respectivas superficies que no están mecánicamente acopladas una a otra, o ambas.
En ciertas modalidades, la información (por ejemplo, la al menos una primera señal) indicadora de una orientación del sistema de referencia direccional con respecto a la dirección de referencia es generada o provista por el mismo sistema de referencia direccional. Por ejemplo, el sistema de referencia direccional puede generar una o más señales con base en la orientación del sistema de referencia direccional, y puede ingresar las una o más señales a los "uno o más procesadores de computadora .
Además, un número de métodos descritos en la presente generan la información (por ejemplo, la al menos una segunda señal) indicadora de la orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional, por ejemplo, usando cualquiera de (i) observación láser/óptica entre el equipo de referencia GPS y la herramienta o (ii) la aplicación de un sistema de referencia de posición inercial. En ambos casos, la herramienta de sondeo puede ser montada en forma vertical, horizontal, o en cualquier lugar en medio durante el proceso de inicialización de posición. Siempre que la herramienta pueda ser físicamente ubicada cerca de la entrada al pozo en este tiempo, cualquier necesidad de mover la herramienta sobre una distancia significativa siguiendo la inicialización de posición GPS es evitada o reducida y el tiempo para los errores de posición para propagar antes el inicio de un sondeo de pozo de perforación por consiguiente se reduce. Si la herramienta puede ser mantenida cercana a la vertical durante este proceso, la necesidad de girar la herramienta antes de la inserción en el pozo también se evita o reduce. Por ello, al sujetar la herramienta de sondeo vertical a la entrada de pozo de perforación (por ejemplo, el cabezote de pozo/buje de punta Kelly) en todo el proceso de inicialización, los errores de posición que crezcan y contribuyan al error de posición total en el inicio de un sondeo pueden ser mantenidos a un mínimo o de lo contrario son significativamente reducidos. En la presente se describen técnicas que se refieren a estos asuntos.
Es deseable determinar en forma exacta, la posición completa de la herramienta de sondeo, por ejemplo, el acimut, inclinación y orientado de lado alto con respecto al marco de referencia elegido (el marco geográfico vertical local por ejemplo) . Por ello es deseable que la referencia de posición sea capaz de definir por completo la posición de la herramienta para propósitos de inicialización, particularmente para la operación en una plataforma costa afuera en movimiento. Se nota que mientras la inclinación y los ángulos de lado alto pueden determinarse en forma muy precisa en una plataforma estacionaria usando las mediciones provistas por los acelerómetros instalados en la herramienta, esta aproximación es menos confiable costa afuera, y puede no producir resultados exactos.
Sin embargo, para los propósitos de ilustrar y proporcionar una visualización clara (página plana) de. las técnicas descritas a continuación, se dan ilustraciones de plano único, y se enfoca atención sobre la determinación de la orientación de la herramienta con respecto al norte verdadero que se usa como el ángulo acimut de herramienta. En el caso de que la herramienta sea montada en, o cerca de, la vertical local, es deseable determinar la dirección de un eje lateral de la herramienta (normalmente el eje y) con respecto al norte. La dirección de la proyección de este eje lateral en el plano horizontal, con respecto al norte, comúnmente se refiere al ángulo orientación de la herramienta giroscópica.
Se recalca que algunos o todos los métodos descritos en la presente pueden adaptarse y usarse para definir completamente la posición de la herramienta de sondeo, y hecha para trabajar en forma irrespectivo la orientación de la herramienta de sondeo. En esos casos, la geometría del sistema será más compleja y las mediciones adicionales pueden tomarse y usarse para extraer los datos completos de la posición .
I . Procedimientos de observación óptica
En ciertas modalidades, uno o más procedimientos de observación óptica se usan para generar información (por ejemplo, la al menos una segunda señal) indicadora de la orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530 con respecto al sistema de referencia direccional 540. La figura 13 ilustra un ejemplo de herramienta de sondeo para pozo de perforación/configuración del sistema de referencia direccional y proceso de inicializacion correspondiente que puede implementarse cuando la herramienta de sondeo 530 es horizontal. Un teodolito o dispositivo de medición (no mostrado) montado en la plataforma que contiene las antenas satelitales proporciona las mediciones de la línea de visión para dos puntos marcados en una separación conocida a lo largo del revestimiento de la herramienta. Junto con las mediciones de los intervalos para cada uno de estos puntos, es posible definir por completo el triángulo formado por la ubicación del teodolito y dos puntos conocidos en el forro de la herramienta 530. Dada la información, la dirección en la cual la herramienta está apuntado con respecto al norte (la herramienta acimut) puede ser calculada usando las relaciones geométricas mostradas en la figura 13. Por ejemplo, el acimut de referencia (AR) puede determinarse usando el sistema de referencia direccional 540 (por ejemplo, sistema de referencia satelital), y ángulos ?? y T2 y las distancias Ri y R2 pueden ser medidos. Los ángulos a y ß puede ser calculados, que son funciones de las distancias medidas Ri y R2 y la diferencia ?T entre los ángulos ?? y T2. El acimut total enseguida puede ser calculado usando AT = AR - ?? - a + 180 o ?t = AR - ?2 + ß .
La precisión del proceso descrito puede ser limitada por la capacidad de situar los puntos adecuados en el forro de herramienta de sondeo, pero puede mejorarse al tomar múltiples mediciones en separaciones conocidas a lo largo del forro. Mediante este método algo de redundancia se introduce en los datos de medición, y las mediciones enseguida pueden ser procesadas usando un ajuste de mínimos cuadrados.
Mientras que el procedimiento y cálculo descrito en la figura 13 es válido para la situación en donde la herramienta es horizontal, el método puede extenderse a casos en los cuales la herramienta se monta en cualquier orientación con respecto al marco de referencia. En esos casos, tanto la configuración geométrica como los cálculos usados para determinar la orientación de la herramienta se vuelven más complejos, pero están dentro de la capacidad de los expertos en el arte usando la descripción de la presente.
Si la herramienta fuera montada verticalmente, un proceso similar puede ser implementado. Por ejemplo, la orientación de un espejo 532 unido a la herramienta 530 alineado en forma perpendicular a un eje conocido (por ejemplo, el eje y como se describe en la figura 14) puede ser determinado. El ángulo medido con respecto a una dirección de referencia y el ángulo de la dirección de referencia con respecto al norte puede enseguida sumarse para determinar el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica. De acuerdo con esta aproximación, es deseable alinear y posicionar en forma precisa el espejo 532 con respecto a los ejes de la herramienta de sondeo 530. Un método para lograr esta alineación se describe a continuación.
La herramienta 530 puede ser montada horizontalmente en un canal con forma de v o montajes de bloque 550 y una barra plana 552 puede ser colocada encima de la herramienta 530 como se muestra en la figura 15. La barra 552 además puede ser nivelada en forma precisa usando un sensor de nivel 554 unido a la barra 552. Un láser 556 puede ser colocado en la barra 552 con su haz apuntando perpendicular a él, por ejemplo, alineado verticalmente . Usando las mediciones del acelerómetro x e y, el ángulo de lado alto de la herramienta se puede determinar, cual corresponde al ángulo entre el eje y de la herramienta 530 y la dirección del haz láser. Por ejemplo, el ángulo de lado alto de la herramienta OÍ puede ser expresado usando la medición de acelerómetro x (Ax) y la medición de acelerómetro (Ay) como a = tan"1 (Ax/Ay) . Si la herramienta 530 es subsecuentemente elevada a la vertical y la dirección el haz láser con respecto al norte verdadero puede establecerse, el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica puede determinarse al simplemente sumarizar el ángulo de lado alto, medido cuando la herramienta 530 era horizontal, y el ángulo de haz. Por ello, en ciertas modalidades, el ángulo de lado alto de la herramienta se determina mientras la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530 está sustancialmente horizontal (por ejemplo, alineado con la horizontal local usando el sensor de nivel) , y la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530 enseguida se mueve para que este sustancialmente vertical, y la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530 en la primera posición se determina al calcular el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica (por ejemplo, usando mediciones del acelerómetro desde la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530) al menos en parte con base en el ángulo de lado alto determinado de la herramienta.
Un resultado similar puede lograrse al reemplazar el láser 556 con un espejo anexado a la barra 552 descrito anteriormente. Un método para determinar el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica se describe a continuación con respecto a las figuras 16-18.
De acuerdo con ese método, las antenas de satélite 542 del sistema de referencia direccional 540 se montan en una plataforma como se describió previamente. También montado en esta plataforma puede estar una fuente de láser 544 acoplado con una visión óptica y un espejo 546 que puede ser tanto girado como movido a lo largo del eje de la plataforma como se describe en la figura 16. Un mecanismo de tornillo de motor directo puede ser usado para lograr el movimiento lineal del espejo 546 a lo largo del eje de referencia 548, y además un motor puede ser incorporado para girar la herramienta 530 al ángulo deseado. El haz láser puede ser direccionado o transmitido a lo largo de una primera linea
1
que se extiende entre el sistema de referencia direccional 540 y el centro de la superficie de reflexión del espejo 532 unido a la herramienta de sondeo 530, o en una superficie plana maquinada en el forro de la herramienta 530. El espejo 532 o superficie plana en el forro de la herramienta 530 está a una orientación predeterminada con respecto a la herramienta 530, y refleja la luz incidente. En ciertas modalidades,. la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530 en la primera posición se monta sustancialmente en forma vertical con respecto a la entrada del pozo de perforación. En ciertas modalidades, el espejo 532 se mueve para cambiar la dirección de la luz que es reflejada por el espejo 532, y debido a que el espejo 532 se acopla mecánicamente a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530, el espejo 532 y la herramienta 530 mantienen su relación una con otra mientras se mueve.
La luz reflejada por el espejo 532 se transmite a lo largo de una segunda linea que se extiende entre el espejo 532 y un espejo movible 546 en la plataforma de referencia. El espejo movible 546 se coloca para cruzar el haz reflejado desde el espejo montado a herramienta 532 y subsecuentemente girar con el objeto de reflejar o dirigir el haz de vuelta a lo largo del eje 548 de la plataforma de referencia. El operador o cualquier entidad hace los ajustes lineales y angulares necesarios a este espejo 546 para asegurar que el haz de retorno desde el espejo montado a herramienta 532 se direccione a un punto objetivo a lo largo de la fuente de luz. En ciertas modalidades, la luz reflejada por el espejo 546 se propaga a lo largo de una tercera línea que se extiende entre el espejo 546 y una porción del sistema de referencia direccional (por ejemplo, la fuente de luz 544), de modo que la primera línea, la segunda línea, y la tercera línea forman un triángulo.
El triángulo resultante (ABC denotado) formado por la trayectoria de luz (A a C hacia B a A) se muestra en la figura 17A. La geometría de este triángulo puede ser completamente definida, usando los ángulos medidos que se muestran en la figura 17A. El punto 0 denota el eje central de la herramienta de sondeo 530, y los ejes laterales de la herramienta Ox y Oy- también se muestran en las figuras 17A. Otros ángulos medidos son el ángulo de haz T con respecto a la referencia acimut, ángulo de espejo pm con respecto a la referencia acimut, y el eje y a. de la herramienta con respecto al eje de espejo de herramienta (correspondiente al ángulo de lado alto medido) . Dado el conocimiento de la dirección AB del eje de referencia acimut con respecto al norte (definido por el sistema satelital y correspondiente al ángulo de referencia acimut ?0) , los ángulos internos del triángulo ABC y la orientación del eje de herramienta Oy con respecto al eje del espejo 532 unido a la herramienta 530, la orientación del eje de herramienta Oy con respecto al norte
(el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica) puede ser determinado.
Un ejemplo de secuencia de los cálculos usados para establecer este ángulo, usando los ángulos mostrados en la figura 17B, ahora se describe. La dirección de referencia acimut ?0 se define mediante el sistema de referencia direccional 540, es la dirección de la linea B con respecto al norte. La dirección de la . linea BC con respecto al norte, definida por la referencia acimut ?0 y ángulo de espejo pm es dada por ?? = ?0 + 2 pm. La dirección de la linea CO con respecto al norte, definida por ?? y el ángulo medido T, es dada por ?2 = ?? + 180 - pm + ?/2 = ?0 + 180 + pm + T/2. La dirección del eje de herramienta (Oy) con respecto al norte
(ángulo de orientación de la herramienta giroscópica) , definido por ?2 y medido en el ángulo de lado alto medido , es dado por ?3 = ?2 + OÍ - 360 = ?0 + pm + ?/2 + - 180.
Las mediciones geométricas adicionales pueden ser provistas para asistir al proceso definido en la figura 17B.
Por ejemplo, la distancia entre la fuente de láser y el espejo movible (AB) puede ser medida y usada en el proceso computacional para determinar la orientación de la herramienta (mostrado en la figura 17A) . La disponibilidad de los datos de medición adicional tal como este puede ser usado para aventajar la verificación de la precisión del proceso computacional y proporciona control de calidad, a través del proceso de ajuste de mínimos cuadrados por ejemplo.
En modalidades alternativas y como se ilustra en la figura 18, el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica y/u otros parámetros puede determinarse usando un espejo 532 unido a la herramienta 530 (por ejemplo, en el punto de lado alto), y un cabezote de auto-colimación 549 unido al sistema de referencia direccional 540 (por ejemplo, una unidad GPS o elemento fijo) . El cabezote de auto-colimación 549 y el espejo 532 pueden ser alineados vía una observación visual, o un haz de luz, por ejemplo. En esa configuración, puede ser deseable que el espejo 532 sea fijado en el plano "orientado de la herramienta giroscópica", pero es capaz de ser inclinado en el plano de inclinación para permitir que cualquier diferencia en la altura sea alojada. Durante el proceso de auto-colimación, un haz de luz puede ser enviado a través del cabezote 549 y la reflexión puede ser detectada de vuelta a la pieza de ojo. En otras modalidades, la alineación puede determinarse al detectar que la imagen del extremo del cabezote de auto-colimación 549 este en la reflexión de espejo (por ejemplo, cuando se asegura a través de la pieza de ojo) , indicando que el espejo 532 y el cabezote 549 se formen en fila o sustancialmente se forman en fila entre si.
Una esquema alternativo adicional para establecer el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica instantánea de una herramienta de sondeo en una plataforma en movimiento se describe a continuación. El siguiente método depende del sondeo exacto de las orientaciones de dos ubicaciones de montaje en la plataforma, una para las antenas de referencia satelital y una para la herramienta de sondeo, cada una con respecto a un marco de referencia definido de plataforma. Dado que la herramienta de sondeo está sujetada en la ubicación de referencia definida, y que su orientación en relación al sistema de referencia satelital es conocido para un nivel aceptable de precisión, la referencia satelital puede ser transferida a la herramienta de sondeo y el proceso de sondeo inicializado . En la siguiente descripción, se asume completamente que la estructura de plataforma es sustancialmente rígida y que las orientaciones relativas de las ubicaciones de montaje por ello están sustancialmente sin cambio .
Las transformaciones entre los diversos marcos coordenados son denotados por las matrices de coseno director, viz.
CaR = transformación de coordenadas desde la referencia geográfica local (G) , definida por las direcciones del norte verdadero, este y la vertical local, y el marco de referencia satelital (R) - establecido, usando el sistema satelital.
CR
p = transformación de coordenadas desde la referencia de plataforma (P) y el marco de referencia satelital (R) -determinado, usando procedimientos de sondeo, estándares, de tierra
CpT = transformación de coordenadas desde la referencia de plataforma (P) y el marco de herramienta de sondeo (T) -determinado en parte, usando procedimientos de sondeo de tierra (orientación de los ejes de herramienta x e y) . La orientación de la herramienta sobre su eje longitudinal (z) es más difícil de controlar, particularmente si la plataforma de petróleo en la cual el proceso de inicialización se está efectuando se está moviendo. Para superar este respecto, se puede usar el siguiente método.
El lado lato de la herramienta 530 puede establecerse a un grado relativamente alto de precisión usando las mediciones de acelerómetro de herramienta siempre que la herramienta 530 sea sustancialmente estacionaria. Por ello, un ejemplo de método incluye determinar el lado alto de la herramienta en la tierra (como parte del proceso de calibración de la herramienta) y finado (por ejemplo, sujetando) un forro 560 al revestimiento de herramienta con referencia a las estructuras, por ejemplo, salientes claramente definidas 562, en una posición conocida con respecto a los ejes x e y del ensamble de instrumento dentro de la herramienta - como se ilustra esquemáticamente en la figura 19. El ensamble de forro 560 enseguida permanece unido a la herramienta 530 mientras se envía a la plataforma costa afuera. El ensamble 570 en el cual la herramienta de sondeo 530 será montada (por ejemplo, sujetada) en la plataforma puede diseñarse a fin de permitir que las salientes de herramienta 562 calcen en un mecanismo correspondiente en la plataforma para asegurar la herramienta 530 en una orientación predeterminada alrededor de su eje z, como se ilustra en la figura 20. Por ello, en ciertas modalidades, la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530 se monta en una orientación predeterminada con respecto al sistema de referencia direccional 540 usando estructuras de calzado correspondientes fijadas a un montaje que está ubicado en la primera posición.
Otros métodos para lograr el mismo o similar resultado involucran la unión sustancialmente rígida de una pieza cruzada a un extremo de la herramienta de sondeo, en la cual se puede maquinar una ranura de chaveta; ya sea una saliente o una indentación en el cruce, por ejemplo.
La posición de la herramienta de sondeo con respecto al marco geográfico ( ccr ) enseguida puede ser calculado usando la siguiente ecuación de matriz:
cT— R
LG ~~ LG LG¿??G?
en donde CR es igual a la transpuesta de la matriz C Un objetivo de este esquema particular es inicializar la herramienta de sondeo 530 mientras se coloca encima del pozo en la torre de perforación, aunque el método generalmente es aplicable para cualquier orientación de la herramienta; vertical a horizontal en la plataforma. La herramienta 530 puede estar completamente hecha antes de inicio del proceso de inicialización, listo para introducirse en el pozo de perforación, y sujetado en posición en sus dos extremos (por ejemplo, en los extremos de la sección de herramienta que contiene el ensamble de instrumento) . Las técnicas de sondeo de tierra pueden ser usadas para establecer la posición de los soportes de extremo, asi definiendo la orientación de la herramienta alrededor de sus ejes laterales (x e y) con respecto al grupo de ejes de referencia de plataforma. El ensamble de forro 500 unido al revestimiento de la herramienta previa para enviar costa afuera y el ensamble de sujeción 570 en la plataforma puede usarse para definir la orientación de la herramienta alrededor del eje z.
La figura 21 muestra ejemplos de ubicaciones del sistema de referencia direccional 540 y la herramienta de sondeo 530 en la cual se efectúa el proceso de inicialización . La herramienta de sondeo 530 puede ser mantenida mediante el soporte de inicialización de herramienta 580 (incluyendo ensamble de sujeción 570) de la torre de perforación 590 y separada del sistema de referencia dirección 540.
2. Méto'dos que involucran el uso de un sistema de referencia inercial, adicional
Ciertos métodos alternativos para inicializar una herramienta de sondeo de giroscopio 530· se describen a continuación. De acuerdo con algunas modalidades, estos métodos alternativos no dependen y/o pueden no involucrar mediciones ópticas y láseres. Como se describe más completamente a continuación, los valores recibidos desde un sistema de referencia inercial pueden usarse para determinar la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530 en la primera posición.
La figura 22 muestra una plataforma de referencia que contiene el sistema de referencia direccional 540 (por ejemplo, sistema GPS) que comprende antenas satelitales 542 (dos o más) y una herramienta de sondeo 530 ubicada en una ubicación remota desde el sistema de referencia direccional 540. El método mostrado en la presente involucra la aplicación de una unidad de sistema de referencia de posición y dirección inercial (AHRS) 600 para almacenar la referencia de acimut instalada, usando el sistema de referencia direccional 540. Este resultado puede lograrse al montar inicialmente la unidad AHRS 600 en la plataforma de referencia del sistema de referencia direccional 540. Habiendo transferido la referencia satelital a la unidad AHRS 600, se puede separar desde la plataforma y moverse físicamente o transportarse a la entrada al pozo en donde se puede fijar (por ejemplo, sujetar) a una plataforma en la cual la herramienta 530 también esta fija. Asumiendo que la unidad AHRS 600 y la herramienta 530 son alineadas en forma precisa una relación a otra, o su orientación relativa es conocida por precisión suficiente, el acimut definido por la unidad AHRS 600 puede transferirse a la herramienta de sondeo 530.
Por ejemplo, la referencia acimut (AR) puede determinarse usando el sistema de referencia direccional 540 y puede transferirse a la unidad AHRS 600. Mientras la unidad AHRS 600 es transportada a la entrada del pozo de perforación, la unidad AHRS 600 mantiene la referencia de posición, por completo. La unidad AHRS 600 enseguida puede unirse a los bloques de montaje a los cuales también se une la herramienta de sondeo 530, y la referencia de posición desde la unidad AHRS 600 enseguida puede ser transferida a- la herramienta de sondeo 530. La herramienta de sondeo 530 enseguida puede ser alternada a modo de sondeo continuo y girado a la vertical encima de la entrada de pozo de perforación. Por ello, en ciertas modalidades, antes se determina la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530, el sistema de referencia inercial (por ejemplo, unidad AHRS 600) se mueve desde una primera posición de montaje en la cual se monta el sistema de referencia inercial en una orientación predeterminada con respecto al sistema de referencia direccional 540 a una segunda posición de montaje en la cual se monta el sistema de referencia inercial en una orientación predeterminada con respecto a la herramienta de sondeo para pozo de perforación 530.
La precisión del método involucra la transferencia física de la unidad AHRS 600 para la ubicación de herramienta puede depender en algún grado de la precisión con la cual la unidad AHRS 600 puede ser alineada mecánicamente en sus respectivas ubicaciones de montaje; primeramente a la estructura de antenas satelitales del sistema de referencia direccional 540 y subsecuentemente a la herramienta de sondeo 530. Esta alineación puede ser de mayor reto con la vertical de la herramienta, debido a que la longitud de la linea base que controla la precisión de esta alineación únicamente puede ser de unos cuantos centímetros (el diámetro de la herramienta) en comparación a los metros (longitud de la herramienta) en el caso en donde la herramienta 530 es horizontal. Sin embargo, el método descrito antes de la instalación de una ranura de chaveta durante el ensamble de herramienta a fin de definir la orientación de la herramienta cuando se fija o sujeta en su lugar en la plataforma se puede usar (referencia a las figuras 19 y 20).
En ciertos casos, una ventaja significativa de este método, en comparación con los métodos de observación ópticos descritos anteriormente, es una dependencia reducida del grado de rigidez de la estructura de plataforma. Por ejemplo, la configuración de montaje sobre las distancias relativamente cortas entre la unidad AHRS 600 y la estructura de antenas satelitales del sistema de referencia direccional 540, y entre la unidad AHRS 600 y la herramienta 530, son relevantes a ese método.
Una opción adicional, que de acuerdo con ciertas modalidades no involucra el transporte fisico de la unidad AHRS 600 entre el sitio de referencia del sistema de referencia direccional 540 y la ubicación de la herramienta 530, se muestra en la figura 23. En este caso, las mediciones de velocidad angular generadas por la unidad AHRS 600 y los giroscopios en la herramienta de sondeo 530 se comparan y usan para determinar la orientación relativa de la herramienta 530 y la unidad AHRS 600 en un proceso referido como emparejamiento de medición inercial. El tiempo tomado para realizar esta operación, y la precisión en la cual se puede completar, puede ser una función del movimiento de la plataforma o plataforma de perforación en la cual el sistema está ubicado. El conocimiento dado de la orientación de referencia (generado, usando el sistema satelital) en la cual la unidad AHRS 600 está físicamente alineada y la orientación relativa a la herramienta 530, como se describió anteriormente, la orientación de la herramienta 530 con respecto al norte verdadero puede ser calculada. Esta información enseguida se usa para inicializar la herramienta de sondeo 530 antes de interconectar el modo de sondeo continuo.
Por ejemplo, el azimut de referencia (AR) puede determinarse usando el sistema de referencia direccional 540 y puede ser transferido a la unidad AHRS 600. Una comparación de la velocidad angular medida por la unidad AHRS 600 y medida por la herramienta de sondeo 530 puede ser realizada mediante el procesador 610, lo cual pueden determinar enseguida la posición relativa (??) entre la unidad AHRS 600 y la herramienta 530. La herramienta acimut enseguida puede ser expresada como AT = AR - ??. La herramienta 530 enseguida puede ser conmutada a modo de sondeo continuo y girada a la vertical encima del pozo de perforación.
Ambos métodos que involucran el uso de la unidad AHRS 600 pueden ser implementados con la herramienta de sondeo 530 ya sea vertical u horizontal, o en cualquier lugar intermedio .
En una configuración alternativa, cuando la herramienta 530 es vertical o sustancialmente vertical, una rueca grande (que gira verticalmente) es puesta en un sistema gimbal pesado en gravedad completa. El sistema gimbal puede tener una ventana en . la parte superior de la caja para ver el ángulo de orientación de la herramienta giroscópica, por ejemplo. Un ejemplo de uso de esa configuración es unir el sistema de referencia direccional 540 (por ejemplo, unidad GPS o elemento fijo) y puesto en rotación en la posición de referencia y enseguida separado y se mueve al piso de plataforma en donde se junta a la herramienta 530 (por ejemplo, a una palca de referencia de herramienta) . Enseguida la herramienta 530 puede ser girada en el plano de orientación de herramienta giroscópica hasta que la unidad AHRS 600 está de vuelta a su posición de referencia, y la inicialización de herramienta de sondeo puede realizarse.
Aunque ciertas modalidades y ejemplos descritos se discutieron anteriormente, se entiende que la materia-objeto inventiva se extiende más allá de las ' modalidades específicamente descritas a otras modalidades alternativas y/o usa la invención y modificaciones obvias y equivalentes del mismo. Se pretende que el alcance de las invenciones descritas en la presente debe no limitarse por las modalidades particulares descritas. Por ello, por ejemplo, en cualquier método o proceso descrito en la presente, los actos u operaciones que preparan el método/proceso pueden ser realizados en cualquier secuencia adecuada y no son necesariamente limitados a ninguna secuencia descrita en particular. Diversos aspectos y ventajas de las modalidades han sido descritos cuando es apropiado. Será entendido que no necesariamente todos esos aspectos o ventajas pueden lograrse de acuerdo con ninguna modalidad en particular. Por ello, por ejemplo, se debe reconocer que las diversas modalidades pueden ser efectuadas en una manera que logre u optimice una ventaja o grupo de ventajas como se enseña en la presente sin necesariamente lograr otros aspectos o desventajas como puede ser enseñado o sugerido en la presente.
Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a cabo la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (26)
1. Un método para determinar una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación en una primera posición con respecto a una dirección de referencia, el método caracterizado porque comprende: recibir al menos una primera señal indicadora de una orientación de un sistema de referencia direccional con respecto a la dirección de referencia, el sistema de referencia direccional colocado en una segunda posición separada de la primera; recibir al menos una segunda señal indicadora de una orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional; y determinar la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición en respuesta a al menos en parte a la al menos una primera señal y a la al menos una segunda señal.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera posición se separa una primera distancia desde una entrada para pozo de perforación, y la segunda posición está separa una segunda distancia desde la entrada de pozo de perforación.
3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque un primer componente horizontal de la primera distancia es menor que aproximadamente 3.048 m (10 pies) .
4. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque un segundo componente horizontal de la segunda distancia es mayor que un primer componente horizontal de la primera distancia por al menos aproximadamente 9.144 m (30 pies)..
5. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque un primer componente vertical de la primera distancia es menor que aproximadamente 6.096 m (20 pies) .
6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque determinar la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición comprende: usar uno o más procesadores de computadora para recibir la al menos una primera señal y la al menos una segunda señal; y usar los uno o más procesadores de computadora para calcular la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición.
7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque además comprende usar uno o más procedimientos de observación óptica para generar información de la al menos una. segunda señal indicadora de la orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional.
8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque los uno o más procedimientos de observación óptica comprenden: transmitir luz a lo largo de la primera linea que se extiende entre el sistema de referencia direccional y una primera superficie de reflexión montada en una orientación predeterminada con respecto a la herramienta de sondeo para pozo de perforación; y reflejar la luz transmitida a lo largo de la primera linea mediante la primera superficie de reflexión.
9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición está montado sustancialmente en forma vertical con respecto a la entrada del pozo de perforación.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque además comprende mover la primera superficie de reflexión para cambiar la dirección de la luz reflejada por la primera superficie de reflexión, en donde la primera superficie de reflexión y la herramienta de sondeo para pozo de perforación están mecánicamente acopladas entre sí y mantienen su relación entre sí mientras se mueven.
11. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los uno o más procedimiento de observación óptica además comprenden: transmitir la luz reflejada por la primera superficie de reflexión a lo largo de una segunda línea que se extiende entre la primera superficie de reflexión y una segunda superficie de reflexión; y usar la segunda superficie de reflexión a fin de reflejar la luz transmitida a lo largo de la segunda línea.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la luz reflejada por la segunda superficie de reflexión se propaga a lo largo de una tercera línea que se extiende entre la segunda superficie de reflexión y el sistema de referencia direccional, y en donde la primera línea, la segunda línea, y la tercera línea forman un -triángulo.
13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende montar la herramienta de sondeo para pozo de perforación en una orientación predeterminada con respecto al sistema de referencia direccional mediante dispositivos de calce de acoplamiento fijos a la herramienta de sondeo para pozo de perforación con las estructuras de calce correspondientes fijas a un montaje que está ubicado en la primera posición.
14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: determinar el ángulo de lado alto de herramienta mientras la herramienta de sondeo para pozo de perforación está sustancialmente horizontal; mover la herramienta de sondeo para pozo de perforación para ¦ que sea sustancialmente vertical, en donde la determinación de la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición comprende calcular un ángulo de orientación de. herramienta giroscópica al menos en parte con base en el ángulo de lado alto de la herramienta determinada.
15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el ángulo de lado alto de la herramienta se determina usando mediciones del acelerómetro desde la herramienta de sondeo para pozo de perforación.
16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el ángulo de lado alto de la herramienta se determina mientras la herramienta de sondeo para pozo de perforación es montada en un canal con forma de v que ha sido alineado con la horizontal local usando un sensor de nivel.
17. El método de conformidad con al reivindicación 1, caracterizado porque además comprende usar los valores recibidos desde un sistema de referencia inercial para determinar la orientación de la herramienta de- sondeo para pozo de perforación en la primera posición.
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque, antes que se realice la determinación de la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición, el sistema de referencia inercial se mueve desde una primera posición de montaje en la cual el sistema de referencia inercial es montado en una orientación predeterminada con respecto al sistema de referencia direccional a una segunda posición en la cual se monta el sistema de referencia inercial en una orientación predeterminada con respecto a la herramienta de sondeo para pozo de perforación.
19. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la determinación de la orientación de la herramienta de sondeo para pozo de perforación en la primera posición además comprende comparar mediciones de velocidad angular mediante la herramienta de sondeo para pozo de perforación y el sistema de referencia inercial.
20. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el sistema de referencia inercial comprende un sistema de referencia de posición y dirección (AHRS) .
21. Un sistema para determinar una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación, el sistema caracterizado porque comprende: uno o más procesadores de computadora; una o más entradas configuradas para recibir datos indicadores de una orientación de un sistema de referencia direccional con respecto a una dirección de referencia y datos indicadores de una orientación relativa de la herramienta de sondeo para pozo de perforación con respecto al sistema de referencia direccional, en donde el sistema de referencia direccional está colocada en una primera posición relativa a la entrada de pozo de perforación y una herramienta de sondeo para pozo de perforación está montada en una segunda posición relativa a la entrada de pozo de perforación separada de la primera posición ; y un módulo de inicialización para pozo de perforación que se ejecuta en los uno o más procesadores de computadora y configurado, en respuesta a al menos en parte a los datos recibidos, calcular una orientación de la herramienta de sondeo .
22. Un sistema para usar en la determinación de una orientación de una herramienta de sondeo para pozo de perforación, el sistema caracterizado porque comprende: al menos un sistema de referencia direccional configurado para proporcionar datos indicadores de una orientación del al menos un sistema de referencia direccional con respecto a una dirección de referencia; y un componente óptico montado en una orientación predeterminada con respecto al sistema de referencia direccional y configurado para transmitir luz a lo largo de una linea que se extiende entre el sistema de referencia direccional y una primera superficie de reflexión montada en una orientación predeterminada con respecto a la herramienta de sondeo para pozo de perforación.
23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque además comprende una segunda superficie de reflexión colocada de modo que la luz reflejada por la primera superficie de reflexión se propaga a lo largo de una segunda linea que se extiende entre la herramienta de sondeo para pozo de perforación y la segunda superficie de reflexión y está reflejada por la segunda superficie de reflexión.
24. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la luz reflejada por la segunda superficie de reflexión se extiende a lo largo de una tercera linea entre la segunda superficie de reflexión y el sistema de referencia direccional, en donde la primera linea, la segunda linea, y la tercera linea forman un triángulo.
25. El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque además comprende un actuador configurado para mover la segunda superficie de reflexión a lo largo de la tercera linea.
26. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque comprende además un auto-colimador.
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