MX2012008828A - Aparato, sistemas y metodos de detección óptica compensada. - Google Patents

Abstract

En algunas modalidades, pueden operar aparatos y sistemas, así como métodos, para recibir radiación en un detector activo de un par de detectores de radiación para proporcionar una primera señal proporcional a una intensidad de la radiación, para recibir nada de la radiación en un detector ciego del par de detectores de radiación para proporcionar una segunda señal proporcional a la recepción de ninguna radiación, y para combinar la primera señal y la segunda señal para proporcionar una señal de salida que representa la diferencia entre la primera señal y la segunda señal. El par de detectores de radiación puede comprender detectores de termopila. La combinación se puede dar mediante amplificación diferencial. Se divulgan aparatos, sistemas y métodos adicionales.

Description

APARATO, SISTEMAS Y MÉTODOS DE DETECCIÓN ÓPTICA COMPENSADA ANTECEDENTES La captura de muestras de fluido del fondo del pozo sucede frecuentemente durante la exploración de la formación del Cableado y Perfilado Durante la Perforación/Medición Durante la Perforación (LWD/MWD) . Estas muestras se pueden usar para determinar la calidad y propiedades del fluido de formación. Durante la perforación, el filtrado de fluido invade la formación y contamina el fluido cerca de la perforación del pozo. Para reducir el nivel de contaminación (ej., en dónde permanece el nivel de contaminación de fluido a o por debajo del 5%) durante la adquisición de muestras, una longitud considerable de tiempo se puede gastar al bombear la formación. Por lo tanto, los operadores de campo están interesados en conocer cuándo se ha reducido la contaminación a un nivel aceptable, por lo que se pueden tomar muestras representativas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra dos ejemplos del diseño físico de un detector dual de acuerdo con varias modalidades de la invención.

La Figura 2 es una tabla que lista especificaciones técnicas para una modalidad del detector dual de la Figura 1, de acuerdo con varias modalidades de la invención.

La Figura 3 es un diagrama esquemático de un circuito que se puede usar con el detector dual de la Figura 1, de acuerdo con varias modalidades de la invención .

La Figura 4 es un diagrama de bloque de un aparato de detección óptica de acuerdo con varias modalidades de la invención.

Las Figuras 5 y 6 ilustran modalidades del sistema de la invención.

La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra diversos métodos de acuerdo con varias modalidades de la invención .

La Figura 8 es un diagrama de bloque de un articulo de acuerdo con varias modalidades de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Una técnica que se puede usar para determinar las propiedades del fluido de muestra es la de evaluar las propiedades ópticas de una muestra. Las propiedades ópticas de una muestra de fluido pueden ser, en cambio, usadas para determinar el nivel de contaminación, el tipo de fluido, la composición del fluido, y las propiedades de presión, volumen y temperatura (PVT) . En algunas modalidades, la técnica involucra dirigir radiación visible, casi infrarroja (IR) y medio-IR a través de una muestra de fluido para que las propiedades de la radiación, después de pasar a través del fluido, se puedan medir.

La Figura 1 ilustra dos ejemplos del diseño físico para un detector dual (100,130), de acuerdo con varias modalidades de la invención. En muchas modalidades, el rango de longitudes de onda a ser detectado es de alrededor de 300 nm a alrededor de 5000 nm. En varias modalidades, un único esquema de detección (ej . , usando un sólo detector dual (100, 130)), puede detectar todo el rango de longitudes de onda durante todo el rango de temperaturas del fondo del pozo esperadas (ej., 0°C a 200°C) . Por ejemplo, se pueden montar dos detectores (110) (ej., detectores de termopila) se pueden ensamblar en un sustrato (114) y usarse con un amplificador diferencial (ver. Figura 3) como un preamplificador para compensar dinámicamente las variaciones de la temperatura ambiente.

La Figura 2 es una tabla (200) que enlista las especificaciones técnicas para una modalidad del detector dual de la Figura 1, de acuerdo con varias modalidades de la invención. Las tecnologías de detector óptico que son utilizables en el entorno de la perforación de pozo para varias modalidades del detector dual, incluyen fotodetectores de silicio, detectores de InGaAs, detectores de termopila, y detectores piroeléctricos, entre otros. Las especificaciones en la tabla (200) aplican a un detector dual de termopila base silicio ST120 de Dexter Research Center, Inc. (de Dexter, Michigan, E.U.A.). Cuando son activados por la luz, estos detectores producen señales de voltaje o corriente eléctrica, dependiendo del tipo de detector usado. Las señales del detector pueden ser procesadas por un circuito de pre-amplificador antes de su presentación en un sistema de adquisición de datos.

El amplio rango de temperaturas para las operaciones de perforación de pozo tiene algunos retos. En muchos casos, se puede usar una configuración de detector dual para cumplir con estos retos. Por supuesto, otros detectores de energía óptica que responden durante un rango de alrededor de 300 nm a alrededor de 5000 nm, tales como detectores cuánticos (ej., foto-diodo), también se pueden usar. Los detectores de termopila tienen un ancho de banda alto (rango amplio) , pero algunas veces son abrumados por el ruido en la banda.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 1 y 2, se puede ver que algunas modalidades del detector dual (100, 130) hacen uso de dos detectores (110) sustancialmente idénticos, tales como los detectores de termopila, en cercana proximidad, tales como estando fijados al mismo sustrato u otra superficie de soporte.

En la mayoría de las modalidades, uno de los detectores es un "detector ciego".» Por ejemplo, en la Figura 1, el detector B puede comprender un detector ciego. En el caso del detector dual (100), el detector B es cegado al detener la dirección de cualquiera de la radiación incidente hacia el mismo. Esto es, mientras el detector A está posicionado para recibir radiación incidente (ej., después de pasar a través de una muestra de fluido) como un detector activo, no se permite que el detector B reciba la misma radiación. Esto se puede lograr al exponer el detector A, por ejemplo, mientras que el detector B está permanentemente cubierto, o al menos obturado, durante el tiempo en el que el detector A está expuesto a la radiación. Otra modalidad puede usar una fibra óptica para dirigir la radiación al detector A, pero no al detector B.

En el caso del detector dual (130), la radiación incidente se bloquea del detector B. Si el detector B siempre está cubierto por una cubierta (140), entonces el detector B comprende un detector permanentemente ciego (110). Esto se puede lograr colocando una cubierta (140) sobre el detector B que comprende cualquier case de contenedor hermético de radiación que siempre evita que la radiación aplicada al detector A alcance el detector B. Sin embargo, si la cubierta (140) comprende un obturador, para que el detector B pueda ser selectivamente expuesto a la radiación incidente, entonces el detector B comprende un detector periódicamente ciego. Una cubierta (140) que comprende un obturador puede también aplicarse a un detector de cubierta A (no mostrado) , para que el detector A también comprenda un detector periódicamente ciego.

De esta manera, los detectores A y B pueden comprender simultáneamente detectores periódicamente ciegos, para que cada uno se pueda comparar con el otro. Por lo tanto, el detector B se puede usar en comparación con el detector A, al cegar el detector A como el detector periódicamente ciego, mientras que el detector B es ubicado para recibir radiación. Alternativamente, el detector A se puede usar en comparación con el detector B, al cegar el detector B como el detector periódicamente ciego, mientras que el detector A es ubicado para recibir radiación. Por lo tanto, se pueden usar obturadores individuales para exponer los detectores A o B a la radiación incidente, de modo alternante. La fuente de radiación también puede ser auto-obturada .

En cualquier caso, los dos detectores (110) que forman un par de detector-dual pueden conectarse a un preamplificador (ej., en la forma de un amplificador diferencial/de instrumentación) de forma tal que sus señales de salida se usen para cancelarse entre si. Cuando esto sucede, la salida del amplificador (ej., preamplificador) será sustancialmente cero cuando la radiación incidente sea bloqueada del detector no ciego (ej . , usando un dispositivo obturador) .

Cuando es tiempo de medir la radiación que pasa a través de una muestra, el detector dual (100) se puede operar abriendo un obturador sobre el detector A durante un periodo de tiempo suficiente para que la señal de salida del detector A alcance un estado sustancialmente estático, que es usualmente alrededor de 2 a 10 veces el tiempo de respuesta del detector, o en el orden de alrededor de 1-500 mseg, dependiendo del detector usado. La diferencia entre el valor de la señal inicial (antes de abrir el obturador) y el valor de la señal final tomada del amplificador, se puede usar para representar la medición de potencia óptica. Esencialmente, el amplificador se usa para sustraer la radiación de respaldo de un cuerpo negro de la ·· radiación incidente cuando uno de los detectores (110) (ej . , detector B) está ciego, mientras que el otro (ej., detector A), es expuesto a la radiación.

La Figura 3 es un diagrama esquemático de un circuito (300) que se puede usar con el detector dual de la Figura 1, de acuerdo con varias modalidades de la invención. Aquí, el detector A es expuesto, mientas que el detector B está ciego. Por ejemplo, si se usa el detector ST120 como un detector dual en algunas modalidades, el detector B del par de detectores se puede mantener en la oscuridad al cerrar su ventana con una cubierta metálica. Cuando no hay luz, ambos detectores (110) tienen la misma salida y la señal de salida resultante del amplificador diferencial (TP8) es cero.

Si los detectores (110) están próximos entre si, o montados en la misma superficie de soporte, tal como el mismo sustrato, esto puede resultar en que los detectores (110) se desempeñen como un par sustancialmente adaptado a la temperatura. Una mala coincidencia en las características de salida aparece en la salida como una señal de voltaje de compensación (TP8) . Sin embargo, este voltaje de compensación típicamente es mucho menor que el de una sola salida del detector con variaciones debido a cambios en la temperatura ambiente.

Cuando el detector expuesto (ej . , detector A) es irradiado, producirá una señal TP1 que es amplificada por el amplificador de diferencial U2-A. Debido a que la señal de salida resultante (TP8) es en su mayoría carente de compensación basada en la temperatura (ej., cuando el detector B de sensor de referencia y el detector A de sensor activo se someten a sustancialmente las mismas variaciones en temperatura - especialmente cuando están fijados al mismo sustrato), es posible usar ganancias mucho más grandes en el circuito del amplificador (300) . Esto es, un incremento de apenas 20 a 50 veces en la ganancia global del amplificador se puede usar cuando se usa una combinación de detector dual que usa una referencia ciega sustancialmente adaptada al detector activo con respecto a la temperatura ambiente. Esta ganancia relativamente alta permite la detección de la radiación incidente con mayor exactitud y resolución, especialmente alrededor de 2500 nm. Por lo tanto, la ganancia del circuito (300) se puede variar dinámicamente sin los efectos que de otra manera evitarían los grandes cambios debido a la mala coincidencia de la temperatura. Por ejemplo, en la Figura 3, la resistencia (Rl) puede cambiarse para incrementar o reducir la ganancia de la señal de diferencia de la combinación de amplificadores (U1A y U1B) . Esto se puede implementar un control automático de ganancia (AGC por sus siglas en inglés), siendo la resistencia (Rl) una resistencia variable en algunas modalidades.

El rendimiento puede mejorarse algunas veces usando detectores ciegos alternantes. En este caso, ambos detectores (110) tienen obturadores o algún otro elemento que alternativamente dirige la radiación uno (ej., detector A) y después al otro (ej . , detector B) . Mientras que uno de los detectores está activo, y se abre para recibir la radiación, el otro está ciego a la radiación (ej . , periódicamente ciego). En algunas modalidades, la radiación es obturada en la fuente, para ser dirigida a un detector, y después al otro. Un espejo giratorio u otro dispositivo óptico bi-direccional se puede usar para dirigir la radiación. Esta modalidad puede operar para doblar la proporción efectiva de señal a radio (SNR por sus siglas en inglés) en el escenario operacional no alternante, debido a que se obtiene dos veces la señal (diferencialmente) , con el mismo ruido. Por ejemplo, si +1V se proporciona por un detector (cuando es irradiado) , y -IV se proporciona por otro detector (cuando es irradiado) - la combinación diferencial arroja +2V de amplitud de señal de salida (TP8), con el mismo ruido que estaría presente si sólo se usara un detector como un sensor activo.

La Figura 4 es un diagrama de bloque de un aparato de detección óptica (400) de acuerdo con varias modalidades de la invención. En algunas modalidades, el aparato (400) forma parte de un sistema completo de espectroscopia .

La fuente (420) de radiación puede comprender una fuente relativamente de banda ancha, tal como una que irradia en un rango de alrededor de .3 um a alrededor de 6 um. La fuente (420) puede ser una sola fuente, o comprender múltiples fuentes, quizás irradiar en bandas de diferente longitud de onda. Por ejemplo, la fuente (420) puede comprender un filamento de tungsteno.

Un colimador (424) se puede usar junto con la fuente (420) para dirigir la via de radiación principal (422) a lo largo de la via principal hasta que llegue al detector activo del detector-amplificador (432). El colimador (424) puede incluir una variedad de ópticas en algunas modalidades, incluyendo reflectores parabólicos, lentes, espejos, etc. El colimador (424) se puede usar en cualquier lugar a lo largo de la via principal para mejorar la eficiencia de transmisión.

La radiación de la fuente (420) puede ser dirigida también a lo largo de la via de referencia como radiación de referencia (426), al detector activo contenido en el detector-amplificador (432) . En algunas modalidades, la radiación de referencia (426) puede proporcionar una comparación útil con la señal obtenida a través de la via de radiación principal (422) .

En algunas modalidades, el aparato (400) comprende una celda de flujo (428). En muchos casos, el fluido de muestra de alta presión, alta temperatura, fluye a través de la celda (428) . La radiación de la fuente (420) pasa a través de una ventana principal ópticamente transparente en la celda (428), a pesar del fluido, y después fuera de una ventana secundaria. El fluido interactúa con la radiación, imprimiendo sus propiedades sensibles a la radiación en los componentes espectrales de la via de radiación principal (422).

Se puede usar zafiro u otros materiales adecuados en las ventanas de la celda (428) para permitir que la radiación de banda ancha pase a través de la muestra de fluido. Dicho material generalmente es lo suficientemente fuerte para soportar la alta presión (ej., hasta 30 KPsi) y la alta temperatura (ej., hasta 260°C) . El espacio entre las ventanas primaria y secundaria se puede establecer en algún punto a un rango de distancias, tal como entre alrededor de 0.5 mm y alrededor de 3 mm. El espacio puede ser un espacio variable.

Un distribuidor espectral (430) puede disponerse para interceptar la via de radiación principal (422) . El distribuidor puede operar para separar la radiación en bandas de longitud de onda para determinar el contenido espectral de longitud de onda del fluido que está siendo medido. El mecanismo de distribución puede comprender una configuración de filtro, un prisma, una llanta de color o una rejilla óptica. Una rueda giratoria trituradora/de filtro se puede usar para modular la radiación, mientras que se proporciona la radiación que es periódicamente separada en bandas de longitud de onda.

El detector-amplificador (432) puede ser similar a o idéntico a los detectores duales (100,130). El amplificador-detector (432) también puede comprender una serie de detectores (ej., Dexter Research Center, Inc., detector de termopila base de película fina de 10 canales) , con detectores ciegos en los extremos de la serie, o al centro, o ambos, o usando sensores activos y ciegos alternantes a lo largo de la longitud de la serie. El detector-amplificador (432) puede comprender circuitos de amplificador similares a o idénticos al circuito (300) de la Figura 3, tal vez configurados para responder a la radiación a lo largo de un rango de longitudes de onda, tal como desde alrededor de .3 um a alrededor de 6 um. El detector-amplificador (432) puede comprender uno o más tipos de detectores, incluyendo detectores térmicos (ej., piroeléctricos, de termopila, etc.), y fotodetectores (fotoacústicos, diodo de silicio, PbSe, InGaAs, P T, etc.).

La señal de salida del detector-amplificador (432) (ej . , similar a o idéntico a la señal de salida (TP8) de la Figura 3) puede ser condicionada, medida y digitalizada por la adquisición y electrónicos de procesamiento (434) . Las versiones digitalizadas de la señal de salida del detector-amplificador (432) pueden después ser procesadas en datos que describen las propiedades del fluido (ej., contaminación, tipo de fluido, proporción gas-aceite (GOR por sus siglas en inglés) , composición, etc.) asociadas con el fluido mostrado en la celda (428). Estos datos se pueden almacenar en los electrónicos (434) del fondo del pozo, o transmitirse a la superficie mediante telemetría inalámbrica o MWD/LWD.

Previamente, un detector de termopila no era considerado como un detector viable para aplicaciones del fondo del pozo debido al voltaje de compensación excesivo, en ganancias más altas, que algunas veces actuó para enmascarar completamente la señal de radiación recibida. Algunas de las modalidades aquí descritas permiten el uso de una ganancia que es 25 (o más) veces mayor a lo que es práctico para una configuración de un solo sensor (ej., no el detector dual divulgado, sensor de referencia ciego) . El resultado es la capacidad para acomodar un rango dinámico amplio en la intensidad de radiación recibida, tal vez sobre un amplio rango de longitudes de onda de radiación sin el uso de tipos de detectores separados. Esto es, la · recepción de radiación en un rango de alrededor de 300 nm a alrededor de 5000 nm se puede lograr usando el esquema de detector dual aquí descrito. Por lo tanto, se pueden lograr muchas modalidades.

Por ejemplo, haciendo referencia a las Figuras 1- 4, se puede notar que un aparato (400) puede comprender al menos un par de detectores de radiación configurados como un detector activo y un detector permanentemente ciego, o como un conjunto de detectores periódicamente ciegos que alternan entre la operación activa y ciega. El aparato (400) puede comprender, además, al menos un amplificador para recibir un par de señales del par de detectores, y para transformar el par de señales en una señal de salida que representa la diferencia entre una señal proporcional a la radiación recibida por uno ciego del par de detectores y una señal proporcional a la radiación recibida por uno activo del par de detectores. Como se hizo notar previamente, el amplificador puede comprender un amplificador diferencial, y el par de detectores de radiación pueden comprender detectores de termopila, entre otros .

En algunas modalidades, el par de detectores de radiación se fija a una sola superficie de soporte, tal como un sustrato. En algunas modalidades, el aparato (400) comprende una serie de detectores (incluyendo el par original de detectores de radiación) , en donde al menos un detector adicional en la serie comprende un detector periódicamente ciego o un detector permanentemente ciego. De esta manera, una serie de detectores pueden tener múltiples detectores ciegos que se pueden usar para compensar los detectores de miembros activos seleccionados de la serie.

En algunas modalidades, el aparato (400) puede comprender una fuente de la radiación a ser recibida por el activo del par de detectores. El aparato también puede comprender una celda de flujo para recibir una muestra de fluido y para permitir el paso de la radiación recibida por el activo del par de detectores a través de la muestra de fluido .

Las Figuras 5-6 ilustran modalidades del sistema de la invención. Por ejemplo, la Figura 5 ilustra una modalidad de un sistema de equipo de perforación (564) de la invención, y la Figura 6 ilustra una modalidad de un sistema de cable de perforación (464) de la invención. Por lo tanto, los sistemas (464, 564) pueden comprender porciones de una herramienta de fondo del pozo, entendida como el cuerpo de una herramienta (470) (ej . , como parte de una operación de perfilaje de cable de perforación) , o como una herramienta MWD o L D (524) como parte de una operación de perforación de fondo de pozo.

El aparato (400), que puede comprender uno o más de los componentes previamente descritos, se puede ubicar en el fondo del pozo. El aparato (400), incluyendo cualquiera de los sub-componentes previamente descritos, puede estar, por lo tanto, al menos parcialmente alojado por una herramienta de fondo de pozo, tal vez tomando la forma de una herramienta MWD/LWD (524) o un cuerpo de herramienta (470) .

En algunas modalidades, algunas porciones del aparato (400) incluyendo los electrónicos de adquisición y procesamiento (434), se pueden ubicar en la superficie. Otras porciones del aparato pueden estar al menos parcialmente alojadas en la herramienta del fondo del pozo. Se puede usar telemetría para comunicarse entre las porciones ubicadas en el fondo del pozo, y las porciones ubicadas en la superficie.

Los electrónicos de procesamiento y adquisición (434) pueden comprender un procesador de señal. El procesador de señal se puede usar para recibir y digitalizar la señal de salida (ej., provista por el circuito (300) en la Figura 3) para proporcionar una señal de salida digitalizada .

Los electrónicos de adquisición y procesamiento (432) pueden comprender un transmisor de telemetría para comunicar valores asociados con la señal de salida del circuito (300) a una instalación de perfilaje de superficie, tal vez uno que incluya un procesador de señal. Por lo tanto, la instalación de perfilaje de superficie y los electrónicos de adquisición y procesamiento se pueden usar para dividir el trabajo usado en el procesamiento de la señal de salida del circuito (300) . La instalación de la superficie puede comprender una pantalla (ver el elemento (396) de las Figuras 5, 6) para desplegar valores asociados con la señal de salida, tal como un versión digitalizada de la señal de salida del circuito (300) . Por lo tanto, se pueden comprender muchas modalidades.

La perforación de pozos petroleros y de gas se lleva a cabo comúnmente usando una cadena de tuberías de perforación conectadas entre sí para formar una cadena de perforación que es bajada mediante una mesa giratoria (410) hacia una perforación de pozo o un barreno de perforación (412) . Haciendo referencia ahora a la Figura 5, se puede ver cómo un sistema (564) puede formar una porción de un equipo de perforación (502) ubicado en la superficie (504) de un pozo (506) . El equipo de perforación (502) puede proporcionar soporte para una cadena de perforación (508). La cadena de perforación (508) puede operar para penetrar una mesa giratoria (410) para perforar un barreno de perforación (412) a través de formaciones de la subsuperficie (414). La cadena de perforación (508) puede incluir un Kelly (516), tubería de perforación (518) y montaje de orificio de fondo (520) , tal vez localizado en la porción inferior de la tubería de perforación (518). En algunas modalidades, el aparato (300) se puede llevar a cabo como parte de la cadena de perforación (508) o la herramienta (524) .

El montaje del orificio del fondo (520) puede incluir collares de taladro (522), una herramienta (524), y una broca de taladro (526). La broca de taladro (526) puede operar para crear un barreno de perforación (412) al penetrar la superficie (504) y las formaciones de la subsuperficie (414). La herramienta (524) puede comprender cualquiera de un número de diferentes tipos de herramientas de fondo del pozo, incluyendo herramientas MWD (medición durante la perforación), herramientas LWD y otras.

Durante las operaciones de perforación, la cadena de perforación (508) (que tal vez incluya el Kelly (516) , la tubería de perforación (518) y el montaje del orificio del fondo (520)), se puede girar por la mesa giratoria (410). Además de, o alternativamente, el montaje del orificio del fondo (520) también puede ser girado por un motor (ej., un motor de lodo) que está ubicado en el fondo del pozo. Los collares del taladro (522) se pueden usar para añadir peso a la broca del taladro (526) . Los collares del taladro (522) también pueden operar para endurecer el montaje del orificio del fondo (520), permitiendo que- el montaje del orificio del fondo (520) transfiera el peso añadido a la broca del taladro (526), y en cambio, ayude a que la broca (526) penetre la superficie (504) y las formaciones de subsuperficie (414). _ Durante las operaciones de perforación, una bomba de lodo (532) puede bombear el fluido de perforación (algunas veces conocido por los expertos en la materia como "lodo de perforación") de un tanque de lodo (534) a través de una manguera (536) hacia la tubería de perforación (518) y hacia abajo a la broca del taladro (526) . El fluido de perforación puede fluir hacia afuera de la broca del taladro (526) y regresar a la superficie (504) a través de un área anular (540) entre la tubería de perforación (518) y los lados del barreno de perforación (412). El fluido de perforación puede después regresar al tanque de lodo (534), en donde dicho fluido es filtrado. En algunas modalidades, el fluido de perforación se puede usar para enfriar la broca del taladro (526), así como para proporcionar lubricación para la broca del taladro (526) durante las operaciones de perforación. Adicionalmente, el fluido de perforación se puede usar para remover los cortes de la formación de la subsuperficie (414) creados al operar la broca del taladro (526) .

La Figura 6 muestra un pozo durante las operaciones de perfila e del cable de perforación. Una plataforma de perforación (486) está equipada con un castillete de perforación (480) que soporta un montacargas (490) . Aquí se asume que la cadena de perforación ha sido temporalmente removida del barreno de perforación (412) para permitir que un cuerpo de herramienta de perfilaje de cable o de perforación (470), tal como una sonda que lleva una herramienta sónica (200), sea bajado mediante un cable de perforación o un cable de perfilaje (474) hacia el barreno de perforación (412). Típicamente, el cuerpo de la herramienta (470) es bajado al fondo de la región de interés y subsecuentemente jalado hacia arriba a una velocidad sustancialmente constante.

Durante su viaje hacia arriba, un aparato (400) incluido en el cuerpo de la herramienta (470) se puede usar para llevar a cabo mediciones en el barreno de perforación (412) mientras van pasando. Los datos de medición se pueden comunicar a una instalación de perfilaje de superficie (392) para su almacenamiento, procesamiento y análisis. La instalación de perfilaje (392) se puede proporcionar con equipo electrónico para varios tipos de procesamiento de señal, lo que puede ser implementado por cualquiera o más de los componentes del aparato (400) reclamados como un aparato o un sistema en las reivindicaciones siguientes, y/o mostrados en las Figuras 1-4. Los datos del registro son similares a los que se pueden reunir y analizar durante las operaciones de perforación (ej . , durante las operaciones de perfilaje durante la perforación (LWD por sus siglas en inglés) ) .

Los detectores duales (100, 130) ; los detectores (110); el sustrato (114); la cubierta/obturador (140); el circuito (300); la instalación de perfilaje (392); la pantalla (396); el aparato (400); la mesa giratoria (410); los barrenos de perforación (412); la formación (414); la fuente (420); el colimador (424); la celda (428); el distribuidor espectral (430) ; el detector-amplificador (432); los electrónicos de procesamiento (434); los sistemas (464, 564); el cuerpo de la herramienta (470); la plataforma de perforación (486); el castillete de perforación (480); el montacargas (490); el cable de perfilaje (474); el equipo de perforación (502); el pozo (506); la cadena de perforación (508); el Kelly (516); la tubería de perforación (518); el montaje del fondo del pozo (520); los collares del taladro (522); la herramienta del fondo del pozo (524); la broca del taladro (526); la bomba de lodo (532); el tanque de lodo (534); y la manguera (536) , pueden todos caracterizarse en este documento como "módulos". Dichos módulos pueden incluir circuitos de hardware, y/o un procesador y/o circuitos de memoria, módulos y objetos de programas de software, y/o firmware, y sus · combinaciones, según lo desee el arquitecto del circuito (300), aparatos (400) y sistemas (464, 564), y como sea apropiado para implementaciones particulares de varias modalidades. Por ejemplo, en algunas modalidades, dichos módulos se pueden incluir en un paquete de simulación de aparato y/u operación del sistema, tal como un paquete de software simulación de señal eléctrica, un paquete de simulación de uso y distribución de corriente, un paquete de simulación de disipación de corriente/calor, y/o una combinación de software y hardware usado para simular la operación de varias modalidades potenciales.

También debe entenderse que los aparatos y sistemas de varias modalidades, se pueden usar en aplicaciones diferentes a las operaciones de perforación, y por lo tanto, varias modalidades no deben ser tan limitadas. Las ilustraciones de los aparatos (400) y sistemas (464, 564) pretenden proporcionar un entendimiento general de la estructura de varias modalidades, y no pretenden servir como una descripción completa de todos los elementos y características de los aparatos y sistemas que pueden hacer uso de las estructuras aquí descritas.

Las aplicaciones que pueden incorporar los aparatos y sistemas novedosos de varias modalidades, incluyen una variedad de sistemas electrónicos, tales como televisiones, teléfonos celulares, computadoras personales, estaciones de · trabajo, radios, reproductores de video, vehículos, y tecnología de ubicación (ej . , tecnología de ubicación GPS (Sistema de Posicionamiento Global) ) , procesamiento de señal para herramientas geotérmicas, y sistemas de telemetría de sensor inteligente, entre otros. Algunas modalidades incluyen un número de métodos.

La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra diversos métodos de acuerdo con varias modalidades de la invención. Por ejemplo, un método implementado por procesador (711) para ejecutar uno o más procesadores que desempeñan métodos para compensar los pares de detectores usando combinaciones de detectores activos y ciegos, puede empezar en el bloque (721) al recibir radiación incidente en un detector activo de un par de detectores de radiación para proporcionar una primera señal proporcional a una intensidad de la radiación.

La recepción de la radiación incidente en el detector activo, como parte de la actividad en el bloque (721), puede comprender la recepción de la radiación en el detector activo que comprende uno de los detectores alternativamente obturados, periódicamente ciegos. La recepción de la radiación incidente en el detector activo también puede comprender la recepción de la radiación en el detector activo después de que la radiación ha pasado a través de una celda de flujo. Además, o alternativamente, la recepción de la radiación incidente en un detector activo puede comprender la recepción de la radiación en el detector activo, después de que la radiación ha pasado a través de un distribuidor espectral.

El método (711) puede continuar hasta el bloque (725) para incluir la recepción de sustancialmente ninguna de la radiación incidente en un detector ciego del par de detectores de radiación para proporcionar una segunda señal proporcional a la recepción de sustancialmente ninguna radiación incidente. La actividad en el bloque (725), para incluir la recepción de sustancialmente ninguna radiación incidente en el detector ciego, puede comprender, además, la recepción de sustancialmente ninguna de la radiación incidente en el detector ciego que comprende uno de un detector permanentemente ciego, o un detector obturado, periódicamente ciego.

El método (711) puede continuar hasta el bloque (729) compensando otros detectores, además del detector activo de un solo par de detector dual. Por lo tanto, en la actividad en el bloque (729) puede comprender la compensación de una "serie de detectores, incluyendo el par de detectores de radiación, al adquirir una señal proporcionad por al menos un detector adicional en la serie que opera como un detector ciego. La actividad en el bloque (729) puede también comprender la compensación de una serie de detectores que usan múltiples detectores ciegos, incluyendo el detector ciego. Otras maneras de compensar los detectores en una serie de detectores, para incluir el promedio de las salidas de múltiples pares de detectores duales, también están contempladas.

El método (711) puede continuar hasta el bloque (733) al combinar la primera señal y la segunda señal para proporcionar una señal de salida que represente la diferencia entre la primera señal y la segunda señal. Esta única salida comprende una señal de salida compensada para la temperatura cuando el detector activo y el detector ciego en el par comparten cambios de temperatura ambiente (ej . , están fijados en cercana proximidad, tal como estando separados entre si por menos de alrededor de una a cinco veces la dimensión más larga de uno de los detectores en la misma superficie de soporte, incluyendo un sustrato) .

El método (711) puede continuar hasta el bloque (737) para comprender el ajuste automático de la ganancia de un amplificador eléctricamente conectado al detector activo y al detector ciego para proporcionar una proporción deseada de señal a ruido de la señal de salida. En algunas modalidades, el método (711) puede continuar hasta el bloque (741) para incluir la digitalización de la señal de salida para proporcionar una señal de salida digitalizada .

En algunas modalidades, el método (711) puede incluir la comparación de señales entre los detectores en el bloque (743) , tal como cuando los detectores son operados como un par alternativamente activo-ciego (ej., el detector A está activo cuando el detector B es obturado, y el detector B está activo cuando el detector A es obturado) . Por lo tanto, la actividad en el bloque (743) puede comprender la obturación alternativa del par de detectores; y la comparación de la señal de salida cuando el primero del par de detectores de radiación es obturado, con la señal de salida cuando un segundo del par de detectores de radiación es obturado.

Si se están usando los detectores para analizar muestras de fluido, entonces el método (711) puede continuar hasta el bloque (745) para determinar si se van a tomar más muestras. Si es el caso, entonces el método (711) puede regresar al bloque (721) . De otra manera, el método (711) puede continuar hasta el bloque (749) almacenando la señal de salida digitalizada y/o transmitiendo la señal de salid digitalizada a una instalación de perfilaje de superficie .

Deberá notarse que los métodos aquí descritos no tienen que ser ejecutados en el orden descrito, o en ningún orden en particular. Más aún, varias actividades descritas con respecto a los métodos aquí identificados, se pueden ejecutar a manera iterativa, serial o paralela. Algunas actividades se pueden añadir, y algunas de las actividades incluidas se pueden dejar fuera. La información, incluyendo parámetros, comandos, operandos y otros datos, se puede enviar y recibir en la forma de una o más ondas transportadoras .

La Figura 8 es un diagrama de bloque de un articulo (800) de fabricación, incluyendo una máquina especifica (802), de acuerdo con varias modalidades de la invención. A la lectura y comprensión del contenido de esta divulgación, una persona con conocimientos ordinarios en la materia entenderá la manera en la que un programa de software se puede lanzar desde un medio legible por computadora en un sistema basado en computadora para ejecutar las funciones definidas en el programa de software .

Una persona con conocimientos ordinarios en la materia entenderá los varios lenguajes de programación que se pueden usar para crear uno o más programas de software diseñados para implementar y llevar a cabo los métodos aquí divulgados. Los programas se pueden estructurar en un formato orientado al objeto usando un lenguaje orientado al objeto tal como Java o C++. Alternativamente, los programas se pueden estructurar en un formato orientado al procedimiento usando un lenguaje de procedimiento, tal como montaje o C. Los componentes de software se pueden comunicar usando cualquiera de un número de mecanismos bien conocidos para los de conocimientos ordinarios en la materia, tal como interfaces de programa de aplicación o técnicas de comunicación intraprocesales, incluyendo llamadas de procedimiento remoto. Las enseñanzas de varias modalidades no están limitadas a ningún lenguaje o entorno de programación en particular. Por lo tanto, se pueden comprender otras modalidades.

Por ejemplo, un articulo (800) de fabricación, tal como una computadora, un sistema de memoria, un disco magnético u óptico, algún otro dispositivo de almacenamiento, y/o cualquier tipo de dispositivo o sistema electrónico, puede incluir uno o más procesadores (804) conectados a un medio legible por máquina (808) tal como una memoria (ej . , medio de almacenamiento removible, asi como cualquier memoria que incluya un conductor eléctrico, óptico o electromagnético que comprenda un medio tangible) que tenga instrucciones (812) almacenadas en el mismo (ej . , instrucciones de programa de cómputo) las cuales, al ser ejecutadas por el uno o más procesadores (804) resultan en que la máquina (802) lleve a cabo cualquiera de las acciones descritas con respecto a los métodos anteriores.

La máquina (802) puede tomar la forma de un sistema de cómputo especifico que tiene un procesador (804) conectado a un número de componentes directamente, y/o usando una barra colectora (816) . Por lo tanto, la máquina (802) puede ser similar a o idéntica a la estación de trabajo (392) mostrada en las Figura 5 y 6, o los electrónicos de adquisición y procesamiento (434) en el aparato (400) de la Figura 4.

Volviendo ahora a la Figura 8, puede verse que os componentes de la máquina (802) pueden incluir la memoria principal (820), memoria estática o no volátil (824), y almacenamiento en masa (806). Otros componentes conectados al procesador (804) pueden incluir un dispositivo de entrada (832), tal como un teclado, o un dispositivo de control de cursor (836), tal como un ratón. Un dispositivo de salida (828), tal como una pantalla de video, puede estar ubicado aparte de la máquina (802) (como se muestra) o como una parte integral de la máquina (802).

Un dispositivo de interfaz de red (840) para conectar el procesador (804) y otros componentes a una red (844) también se puede conectar a la barra colectora (816). Las instrucciones (812) se pueden recibir o transmitir a través de la red (844) mediante el dispositivo de interfaz de red (840) usando cualquiera de un número de protocolos de transferencia bien conocidos (ej., Protocolo de Transferencia de Hipertexto) . Cualquiera de estos" elementos conectados a la barra colectora (816) pueden estar ausentes, presentes solos, o presentes en números plurales, dependiendo de la modalidad específica a ser llevada a cabo .

El procesador (804), las memorias (820, 824) y el dispositivo de almacenamiento (806) pueden incluir cada uno instrucciones (812) que, al ser ejecutadas, hacen que la máquina (802) lleve a cabo cualquiera o más de los métodos aquí descritos. En algunas modalidades, la máquina (802) opera como un dispositivo independiente o puede conectarse (ej . , en red) a otras máquinas. En un entorno de red, la máquina (802) puede operar en la capacidad de un servidor o una máquina de cliente en el entorno de red servidor-cliente, o como una máquina de pares en un entorno de red de par-a-par (o distribuido) .

La máquina (802) puede comprender una computadora personal (PC), una estación de trabajo, una PC tableta, un decodificador (STB) , una PDA, un teléfono celular, una aplicación de red, un enrutador de red, conmutador o puente, servidor, cliente, o cualquier máquina especifica capaz de ejecutar un conjunto de instrucciones (secuencial o diferente) que dirige acciones a ser tomadas por dicha máquina para implementar los métodos y funciones aquí descritos. Además, mientras que sólo se ilustra una sola máquina (802) , el término "máquina" también deberá considerarse como que incluye cualquier recolección de máquinas que individual o conjuntamente ejecutan un conjunto (o múltiples conjuntos) de instrucciones para desempeñar cualquiera o más de las metodologías aquí comentadas .

Mientras que el medio legible por máquina (808) se muestra como un sólo medio, el término "medio legible por máquina" deberá considerarse como que incluye un sólo medio o múltiples medios (ej . , una base de datos centralizada o distribuida, y/o cachés y servidores asociados, y o una variedad de medios de almacenamiento, tal como los registros del procesador (804), memorias (820, 824) y el dispositivo de almacenamiento (806) que almacena el uno o más conjuntos de instrucciones (812). El término "medio legible por computadora" también deberá considerarse como que incluye cualquier medio capaz de almacenar, codificar o llevar a cabo un conjunto de instrucciones para su ejecución por la máquina y que hacen que la máquina (802) lleve a cabo cualquiera o más de las metodologías de la presente invención, o que sea capaz de almacenar, codificar o transportar estructuras de datos usados por o asociados con dicho conjunto de instrucciones. Los términos "medio legible por máquina" o "medio legible por computadora" deben ser tomados de conformidad para incluir medios tangibles, tales como memorias de estado sólido y medios ópticos y magnéticos.

Varias modalidades se pueden implementar como una aplicación independiente (ej . , sin ninguna capacidad de red) , una aplicación de cliente-servidor o una aplicación par-a-par (o distribuida) . Las modalidades también pueden, por ejemplo, ser desplegadas por un Software-como-Servicio (SaaS por sus siglas en inglés), un Proveedor de Servicios de Aplicación (ASP por sus siglas en inglés), o proveedores de servicios de cómputo, además de venderse o licenciarse mediante los canales tradicionales.

Con el uso de los aparatos, sistemas y métodos divulgados, aquellos en la industria de recuperación de petróleo y otras industrias, ahora pueden ser capaces de evaluar más exactamente la composición de las muestras de fluido mientras que acomodan un rango dinámico en intensidad de señal. Además, un sólo esquema de detección puede ser usado en algunas modalidades, en donde un par de detector opera sobre un amplio rango de longitudes de onda (ej . , alrededor de 300 nm a alrededor de 5000 nm) . Puede resultar un incremento en eficiencia operacional y satisfacción del cliente.

Los dibujos que se acompañan y que forman parte de este documento, muestran a manera de ilustración, y no de limitación, modalidades especificas en la que se puede practicar la materia de referencia. Las modalidades ilustradas se describen a suficiente detalle para permitir que los expertos en la materia practiquen las enseñanzas aqui divulgadas. Otras modalidades se pueden usar y derivar de las mismas, de forma tal que se pueden hacer sustituciones y cambios estructurales y lógicos sin apartarse del alcance de esta divulgación. La descripción detallada, por lo tanto, no debe considerarse en un sentido limitante, y el alcance de varias modalidades se define únicamente por las reivindicaciones que se anexan, junto con todo el rango de equivalentes a las que tienen derecho dichas reivindicaciones.

Dichas modalidades de la materia de referencia inventiva, pueden ser referidas aquí, individual o colectivamente, por el término "invención" meramente para conveniencia y sin pretender limitar voluntariamente el alcance de esta solicitud a cualquier única invención o concepto inventivo si se divulgan, de hecho, más de uno. Por lo tanto, aunque se han ilustrado y descrito aquí modalidades especificas, deberá apreciarse que cualquier configuración calculada para lograr el mismo fin, se puede sustituir por las modalidades especificas mostradas. Esta divulgación pretende amparar cualquiera y todas las adaptaciones o variaciones de varias modalidades. Combinaciones de las modalidades anteriores, y otras modalidades no descritas específicamente, serán aparentes para los expertos en la materia a la revisión de la descripción anterior.

El Resumen de la Divulgación se proporciona para el cumplimiento de 37 D.F.R. §1.72 (b), que requiere de un resumen que permita que el lector determine rápidamente la naturaleza de la divulgación técnica. Se presenta con el entendimiento de que no será usada para interpretar o limitar el alcance o significado de las reivindicaciones.

Además, en la Descripción Detallada que antecede, se puede ver que varias características están agrupadas juntas en una sola modalidad para fines de racionalización de la divulgación. Este método de divulgación no deberá interpretarse como que refleja una intención de que las modalidades reclamadas requieren más características que las que se citan expresamente en cada reivindicación. En su lugar, como lo reflejan las siguientes reivindicaciones, la materia inventiva de referencia yace en menos que todas las características de una sola modalidad divulgada. Por lo tanto, las siguientes reivindicaciones se incorporan en la Descripción Detallada y las figuras, cada reivindicación independiente como una modalidad separada.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato que comprende: al menos un par de detectores de radiación configurados como un detector activo y un detector permanentemente ciego, o como un conjunto de detectores periódicamente ciegos que alternan entre la operación activa y ciega; y al menos un amplificador para recibir un par de señales del par de detectores, y para transformar el par de señales en una señal de salida que representa la diferencia entre una señal proporcional a la radiación recibida por uno ciego del par de detectores y una señal proporcional a la radiación recibida por uno activo del par de detectores.

2. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el par de detectores de radiación está fijados a la misma superficie de soporte.

3. El aparato de la reivindicación 1, comprendiendo, además: una serie de detectores, incluyendo el al menos un par de detectores de radiación, en donde al menos un detector adicional en la serie comprende un detector periódicamente ciego o un detector permanentemente ciego.

4. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el al menos un amplificador comprende un amplificador diferencial, y en donde el par de detectores de radiación comprende detectores de termopila.

5. Un sistema, que comprende: una herramienta de fondo de pozo; al menos un par de detectores de radiación configurados como un detector activo y un detector permanentemente ciego, o como un conjunto de detectores periódicamente ciegos que alternan entre la operación activa y ciega; y al menos un amplificador para recibir un par de señales del par de detectores, y para transformar el par de señales en una señal de salida que representa la diferencia entre una señal proporcional a la radiación recibida por uno ciego del par de detectores y una señal proporcional a la radiación recibida por uno activo del par de detectores, el al menos un par de detectores de radiación y el al menos un amplificador al menos parcialmente alojados en la herramienta del fondo de pozo.

6. El sistema de la reivindicación 5, caracterizado porque la herramienta del fondo del pozo comprende uno de una herramienta de cable de linea o una herramienta de medición durante la perforación.

7. El sistema de la reivindicación 5, comprendiendo, además: un transmisor de telemetría para comunicar valores asociados con la señal de salida a una instalación de perfilaje de superficie.

8. El sistema de la reivindicación 5, comprendiendo, además: un procesador de señal para recibir y digitalizar la señal de salida como una señal de salida digitalizada .

9. El sistema de la reivindicación 5, comprendiendo, además: una fuente de radiación a ser recibida por el par activo del par de detectores; y una celda de flujo para recibir una muestra de fluido y para permitir el paso de la radiación recibida por el activo del par de detectores a través de la muestra de fluido .

10. Un método implementado por procesador para ejecutar en uno o más procesadores que desempeñan el método, comprendiendo: la recepción de una radiación incidente en un detector activo de un par de detectores de radiación para proporcionar una primera señal proporcional a una intensidad de la radiación incidente; la recepción de sustancialmente nada de la radiación incidente en un detector ciego del par de detectores de radiación para proporcionar una segunda señal proporcional a la recepción de sustancialmente ninguna radiación incidente; y combinar la primer señal y la segunda señal para proporcionar una señal de salida que represente la diferencia entre la primera señal y la segunda señal.

11. El método de la reivindicación 10, caracterizado porque la recepción de la radiación incidente en el detector activo comprende: la recepción de la radiación incidente en el detector activo que comprende un detector alternantemente obturado, periódicamente ciego, de uno de los detectores.

12. El método de la reivindicación 10, caracterizado porque la recepción de la radiación incidente en el detector activo comprende: la recepción de la radiación incidente en el detector activo después de que la radiación incidente ha pasado a través de una celda de flujo.

13. El método de la reivindicación 10, caracterizado porque la recepción de la radiación incidente en el detector activo comprende: la recepción de la radiación incidente en el detector activo después de que la radiación incidente ha pasado a través de un distribuidor espectral.

14. El método de la reivindicación 10, caracterizado porque la recepción de la radiación incidente en el detector activo comprende: la recepción de sustancialmente nada de la radiación incidente en el detector ciego que comprende uno de un detector permanentemente ciego, o un detector obturado, periódicamente ciego.

15. El método de la reivindicación 10, comprendiendo, además: el ajuste automático de una ganancia de un amplificador eléctricamente conectado con el detector activo y el detector ciego para proporcionar una proporción deseada de señal a ruido de la señal de salida.

16. El método de la reivindicación 10, comprendiendo, además: digitalizar la señal de salida para proporcionar una señal de salid digitalizada; y al menos uno de almacenar la señal de salida digitalizada o transmitir la señal de salida digitalizada a una instalación de perfilaje de superficie.

17. El método de la reivindicación 10, comprendiendo, además: compensar una serie de detectores, incluyendo el par de detectores de radiación, al adquirir una señal proporcionada por al menos un detector adicional en la serie que opera como un detector ciego.

18. Un articulo que incluye un medio legible por computadora que tiene instrucciones almacenadas en el mismo, caracterizado porque las instrucciones, al ser ejecutadas, resultan en una máquina que lleva a cabo: la recepción de una radiación incidente en un detector activo de un par de detectores de radiación de termopila para proporcionar una primera señal proporcional a una intensidad de la radiación incidente; la recepción de sustancialmente nada de la radiación incidente en un detector ciego del par de detectores de radiación de termopila para proporcionar una segunda señal proporcional a la recepción de sustancialmente nada de radiación incidente; y combinar, usando amplificación diferencial, la primera señal y la segunda señal para proporcionar una señal de salida que represente la diferencia entre la primera señal y la segunda señal.

19. El articulo de la reivindicación 18, caracterizado porque las instrucciones, al ser ejecutadas, resultan en que la máquina lleva a cabo: la compensación de una serie de detectores usando múltiples detectores ciegos, incluyendo el detector ciego.

20. El articulo de la reivindicación 18, caracterizado porque las instrucciones, al ser ejecutadas, resultan en que la máquina lleva a cabo: obturar alternadamente el par de detectores de radiación de termopila; y comparar la señal de salida cuando el primero del par de detectores de radiación de termopila es obturado con la señal de salida cuando un segundo del par de detectores de radiación de termopila es obturado.