MX2014004127A - Herramientas laterolog de multiples arreglos y metodos con electrodos divididos de monitoreo. - Google Patents

Abstract

Los sistemas y métodos de herramienta Laterolog de múltiples arreglos adquieren un conjunto de mediciones de arreglo suficientes para proporcionar mediciones de herramienta Laterolog de diferentes tamaños de arreglo. Tales sistemas y métodos ofrecen múltiples profundidades de investigación mientras ofrecen mayor estabilidad de medición en entornos en el interior del pozo que tienen altos contrastes de resistividad. En al menos algunas modalidades del sistema, un cuerpo de herramienta de línea de alambre o de LWD tiene un electrodo central posicionado entre múltiples pares de electrodos de guarda y un par de electrodos de retorno. Al menos algunos de los electrodos de guarda están posicionados entre electrodos de componentes de electrodos divididos de monitoreo que habilitan medición más precisa del potencial del electrodo de guarda. La electrónica de la herramienta proporciona una corriente desde el electrodo central al par de electrodos de retorno y corrientes desde cada par de electrodos de guarda al par de electrodos de retorno. Cada una de las corrientes puede ser distinguible por frecuencia o distinguible por algunos otros medios.

Description

HERRAMIENTAS LATEROLOG DE MÚLTIPLES ARREGLOS Y MÉTODOS CON ELECTRODOS DIVIDIDOS DE MONITOREO CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere al campo de sondeos en pozos, y más particularmente, a herramientas de registro de resistividad lateral (Laterolog) de múltiples arreglos y métodos con electrodos divididos de monitoreo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Modernos operadores de campo de petróleo demandan acceso a una gran cantidad de información referente a los parámetros y condiciones encontrados en el interior del pozo. Dicha información típicamente incluye características de las formaciones de tierra atravesada por el pozo y datos relacionados con el tamaño y configuración del mismo pozo. La recopilación de información relacionada con las condiciones en el interior del pozo, que comúnmente se denomina como "registro", se puede llevar a cabo por medio de varios métodos incluyendo registro de línea de alambre y registro durante la perforación (LWD, Logging hile Drilling) .

En el registro de línea de alambre, se basa una sonda al interior del pozo después de que parte o todo el pozo ha sido perforado. La sonda se cuelga en el extremo de una larga línea de alambre que proporciona soporte mecánico a la sonda y también proporciona una conexión eléctrica entre la sonda y el equipo eléctrico ubicado en la superficie del pozo. De acuerdo con las técnicas de registro existentes, diferentes parámetros de las formaciones de tierra se miden y correlacionan con la posición de la sonda en el pozo conforme la sonda se jala hacia el exterior del pozo.

En L D, el ensamble de perforación incluye instrumentos de detección que miden diferentes parámetros conforme la formación está siendo penetrada, habilitando de esta manera las mediciones de la formación mientras es menos afectada por la invasión de fluido. Mientras las mediciones de LWD son deseables, las operaciones de perforación crean un entorno que es generalmente hostil para la instrumentación electrónica, telemetría, y operaciones de sensor.

Entre las herramientas de línea de alambre y LWD disponibles esta una variedad de herramientas de registro de resistividad incluyendo, en particular, herramientas de arreglo de registro de resistividad lateral "array Laterolog" . Tales herramientas típicamente incluyen un electrodo central alrededor de un cuerpo de herramienta, con electrodos de guarda espaciados simétricamente por encima y por debajo del electrodo central. La herramienta conduce corrientes auxiliares entre los electrodos de guarda y el electrodo central para "enfocar" la corriente desde el electrodo central, esto es, para reducir la dispersión de la corriente desde el electrodo central hasta después de que la corriente ha penetrado cierta distancia en la formación. Hablando en general, se puede lograr una mayor profundidad de investigación utilizando electrodos de guarda más ampliamente espaciados, pero la resolución vertical de las mediciones puede sufrir. En consecuencia, las herramientas existentes emplean múltiples conjuntos de electrodos de guarda en espaciamiento diferentes desde el electrodo central para habilitar múltiples profundidades de investigación sin sacrificar indebidamente la resolución vertical. Han sido creadas herramientas de Laterolog con uno, dos, tres, y cuatro conjuntos de electrodos de guarda. Aunque las mediciones de las herramientas más simples son conceptualmente subconjuntos de las mediciones proporcionadas por las herramientas más complejas, en la práctica, la presencia de electrodos de guarda extra afecta las mediciones de las herramientas complejas, haciendo de esta manera difícil comparar las mediciones de diferentes herramientas.

En consecuencia, Halliburton ha divulgado ciertos sistemas y métodos de herramienta Laterolog de múltiples arreglos en las solicitudes de patente PCT/US2011/058867 y PCT/US2010/056645, las cuales son base de la presente solicitud. Los sistemas y métodos de herramienta Laterolog de múltiples arreglos adquieren un conjunto de mediciones de arreglo suficientes para proporcionar mediciones de herramienta Laterolog de diferentes tamaños de arreglo. Tales sistemas y métodos ofrecen múltiples profundidades de investigación mientras ofrecen mayor estabilidad de medición en entornos en el interior del pozo que tengan altos contrastes de resistividad. En al menos algunas modalidades del sistema, un cuerpo de herramienta de linea de alambre o de L D tiene un electrodo central posicionado entre múltiples pares de electrodos de guarda y un par de electrodos de retorno. La electrónica de la herramienta proporciona una corriente desde el electrodo central al par de electrodos de retorno y corrientes desde cada par de electrodos de guarda al par de electrodos de retorno. Cada una de las corrientes puede ser distinguible por frecuencia o distinguible por algunos otros medios. Este acomodo de corrientes . proporciona un conjunto completo de mediciones que habilita a una herramienta para que emule simultáneamente todo un rango de herramientas Laterolog.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Las diferentes modalidades que se divulgan son mejor entendidas cuando la siguiente descripción detallada se considera en conjunción con los dibujos de acompañamiento, en los cuales: La Figura 1 muestra un entorno ilustrativo para registro durante la perforación (LWD) .

La Figura 2 muestra un entorno ilustrativo para registro de linea de alambre.

La Figura 3 muestra un entorno ilustrativo para registro transportado por tubería.

La Figura 4 es un diagrama de bloques de una herramienta Laterolog ilustrativa de múltiples arreglos.

Las Figuras 5A-5C muestran modalidades ilustrativas de herramienta Laterolog de múltiples arreglos.

La Figura 6 ilustra un patrón de flujo de corriente para una herramienta Laterolog con seis conjuntos de electrodos de guarda .

Las Figuras 7A-7F ilustran los patrones de flujo de corriente que se pueden derivar de las mediciones del patrón de flujo de corriente de la Figura 6.

Las Figuras 8A-8C ilustran la derivación de los patrones de flujo de las Figuras 7A-7C.

La Figura 9 es un diagrama de flujo de un método de registro Laterolog de múltiples arreglos.

Mientras la invención es susceptible de diferentes modificaciones y formas alternativas, las modalidades específicas se muestran a manera de ejemplo en los dibujos y serán descritas en este documento a detalle. Se debe entender, sin embargo, que no se pretende que los dibujos y descripción detallada limiten la divulgación, más al contrario, la invención es para cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Ahora se han descubierto mejoras a los sistemas y métodos de herramienta Laterolog de múltiples arreglos divulgados anteriormente y se muestran para mejorar el desempeño de la herramienta. Cuando las herramientas se proporcionan con electrodos divididos de monitoreo, se hace posible obtener niveles aumentados de señal significativamente y desempeño mejorado de la herramienta incluso cuando el diseño mejorado de la herramienta habilita la adquisición de significativamente menos señales de medición. En al menos algunas modalidades del sistema, un cuerpo de herramienta de línea de alambre o L D tiene un electrodo central posicionado entre múltiples pares de electrodos de guarda y un par de electrodos de retorno. Al menos algunos de los electrodos de guarda están unidos por electrodos divididos de monitoreo que tienen dos electrodos de componente acoplados eléctricamente.

La electrónica de la herramienta proporciona una corriente desde el electrodo central hasta el par de electrodos de retorno y corrientes desde cada par de electrodos de guarda al par de electrodos de retorno. La electrónica además opera para adquirir mediciones de voltaje utilizando cada uno de los electrodos divididos de monitoreo.

Cada una de las corrientes puede ser distinguible por frecuencia o distinguible por algunos otros medios. Este acomodo de corrientes proporciona un conjunto completo de mediciones que habilita que una herramienta emule simultáneamente un rango completo de herramientas Laterolog. Los números contemplados de pares de electrodos de guarda oscilan desde tres a cinco, aunque desde luego se pueden emplear más si el espacio lo permite.

Los sistemas y métodos que se divulgan se entienden mejor en el contexto de los entornos más grandes en los cuales operan. Los entornos adecuados se ilustran en las Figuras 1-3.

La Figura 1 muestra un entorno de registro durante la perforación (L D) ilustrativo. Una plataforma de perforación 2 está equipada con una torre de perforación 4 que soporta una grúa 6 para subir y bajar una cadena de perforación 8. La grúa 6 suspende un motor en el tope 10 adecuado para girar la cadena de perforación 8 y bajar la cadena de perforación a través de la boca de pozo 12. Una broca de perforación 14 está conectada al extremo inferior de la cadena de perforación 8. Conforme la broca 14 gira, ésta crea un pozo 16 que pasa a través de diferentes formaciones 18. Una bomba 20 circula fluido de perforación a través de un tubo de suministro 22 al motor en el tope 10, hacia abajo al interior de la cadena de perforación 8, a través de orificios en la broca de perforación 14, de vuelta a la superficie a través del anillo alrededor de la cadena de perforación 8, y al interior de una fosa de retención 24. El fluido de perforación transporta sedimentos desde el pozo al interior de la fosa 24 y ayuda a mantener la integridad del pozo 16. Se pueden utilizar diferentes materiales para el fluido de perforación, incluyendo lodo conductivo basado en agua salada.

Un conjunto de herramientas de LWD 26 está integrado en el ensamble en el fondo del pozo cerca de la broca 14. Conforme la broca se extiende el pozo a través de las formaciones, la herramienta de registro 26 recopila mediciones relacionadas con diferentes propiedades de la formación asi como la orientación de la herramienta y otras condiciones diferentes de perforación. Las herramientas de LWD 26 pueden tomar la forma de un collar de perforación, esto es, un tubular de pared gruesa que proporciona peso y rigidez para ayudar en el proceso de perforación. (Para la presente discusión, se espera que el conjunto de herramientas de registro incluya una herramienta de resistividad aterolog de múltiples arreglos para medir la resistividad de la formación) . Se puede incluir un sub de telemetría 28 para transferir imágenes y datos de medición a un receptor de superficie 30 y para recibir comandos desde la superficie. En algunas modalidades, el sub de telemetría 28 no se comunica con la superficie, pero en cambio almacena datos de registro para su recuperación posterior en la superficie cuando se recupera el ensamble de registro.

En diferentes ocasiones durante el proceso de perforación, la cadena de perforación 8 se puede remover del pozo como se muestra en la Figura 2. Una vez que la cadena de perforación ha sido removida, las operaciones de registro se pueden conducir utilizando una sonda de registro de línea de alambre 34, esto es, una sonda suspendida por un cable 42 que tiene conductores para transportar energía a la sonda y telemetría desde la sonda a la superficie. Una sonda de registro de línea de alambre 34 puede tener^ Almohadillas y/o resortes de centralización para mantener la herramienta cerca del eje del pozo conforme la herramienta se jala al exterior del pozo. La sonda de registro 34 puede incluir una variedad de sensores incluyendo una herramienta Laterolog de múltiples arreglos para medir la resistividad de la formación. Una instalación de registro 44 recopila las mediciones de la sonda de registro 34, e incluye un sistema de computadora 45 para procesar y almacenar las mediciones reunidas por los sensores.

Una técnica de registro alternativa es el registro transportado por tubería. La Figura 3 muestra un sistema de registro de tubería flexible en el cual la tubería flexible 54 se jala de un carrete 52 mediante un inyector de tubería 56 y se inyecta en un pozo a través de un obturador 58 y un preventor de estallido 60 dentro del pozo 62. En el pozo, un sub de supervisión 64 y una o más herramientas de registro 65 están acopladas en la tubería flexible 54 y configuradas para comunicarse con un sistema de computadora de superficie 66 a través de conductos de información u otros canales de telemetría. Se puede proporcionar una interfaz en el exterior del pozo 67 para intercambiar comunicaciones con el sub de supervisión y recibir datos que serán transportados al sistema de computadora de superficie 66.

El sistema de computadora de superficie 66 está configurado para comunicarse con el sub de supervisión 64 para establecer parámetros de registro y recopilar información de registro de una o más herramientas de registro 65 tal como una herramienta Laterolog de múltiples arreglos.

El sistema de computadora de superficie 66 está configurado por medio de software (que se muestra en la Figura 3 en la forma de medio de almacenamiento removible 72) para monitorear y controlar los instrumentos dentro del pozo 64, 65. El sistema 66 incluye un dispositivo de pantalla 68 y un dispositivo de entrada de usuario 70 para habilitar que un operador humano interactúe con el software de control del sistema 72.

En cada uno de los entornos de registro anteriores, los ensambles de herramienta de registro pueden incluir un paquete de sensor de navegación que tiene sensores direccionales para determinar el ángulo de inclinación, el ángulo horizontal, y el ángulo rotacional (alias "ángulo de la cara de la herramienta") del ensamble en el fondo del pozo (BHA, Bottomhole Assembly) . Como se define comúnmente en la materia, el ángulo de inclinación es la desviación de verticalmente hacia abajo, el ángulo horizontal es el ángulo en un plano horizontal a partir del Norte real, y el ángulo de la cara de la herramienta es el ángulo de orientación (rotacional alrededor del eje de la herramienta) desde el lado alto del pozo. De acuerdo con las técnicas conocidas, las mediciones direccionales se pueden hacer como sigue: un acelerómetro de tres ejes mide el vector del campo gravitacional de la tierra con relación al eje de la herramienta y un punto en la circunferencia de la herramienta llamado la "linea de trazado de la cara de la herramienta". (La linea de trazado de la cara de la herramienta está típicamente dibujada en la superficie de la herramienta como una linea paralela al eje de la herramienta) . A partir de esta medición, se pueden determinar la inclinación y el ángulo de la cara de la herramienta del BHA. Adicionalmente, un magnetómetro de tres ejes mide el vector del campo magnético de la tierra en una manera similar. A partir de los datos combinados del magnetómetro y el acelerómetro, se puede determinar el ángulo horizontal del BHA.

Una discusión de la electrónica de la herramienta Laterolog de múltiples arreglos con electrodos divididos de monitoreo se hace antes con el fin de describir la construcción física de la herramienta mejorada. La Figura 4 muestra un diagrama de bloques funcionales de la electrónica de la herramienta. El módulo de control 410 gobierna la operación de la herramienta de acuerdo con software y/o firmware 412 almacenado en memoria interna. El módulo de control 410 se acopla al módulo de telemetría 420 para recibir comandos y para proporcionar datos de medición. El módulo de control 410 además se conecta al convertidor digital-a-análogo 430 para manejar . los electrodos de corriente 432, y se conecta al convertidor análogo-a-digital 440 para hacer mediciones de voltaje a través de los electrodos de monitoreo 442. El módulo de control 410 puede ser, por ejemplo, un procesador de propósito general, un procesador de señal digital, un antenaje de puerta programable, o un circuito integrado de aplicación especifica. El módulo de telemetría 420 recibe y almacena datos de medición en una memoria no volátil 422, y además opera como una interfaz de comunicaciones entre el módulo de control 410 y el mecanismo de comunicaciones de telemetría.

La Figura 4 muestra 2N+1 electrodos de corriente (electrodos A0, Ai, A2, ... AN, ??', ?2' , ... AN' ) siendo conducidos en forma de pares (los electrodos de corriente Ai y Ai' están eléctricamente conectados, los electrodos de corriente A2 y A2' están eléctricamente conectados, y así sucesivamente, incluyendo los electrodos AN y AN' ) por medio del convertidor digital-a-análogo 430. En algunas modalidades de herramienta alternativas, los electrodos de guarda pueden ser manejados cada uno de manera independiente, aunque esto requeriría que el convertidor A/D soporte casi el doble del número de señales de salida.

De manera similar, los electrodos de monitoreo 442 se muestran como conectados eléctricamente en pares, esto es, con el electrodo Mi conectado a Mi' , el electrodo M2 conectado a ?2' , etc. Por otra parte, como se explica más adelante, los electrodos de monitoreo M3-MN+i y ?3' -MN+1' y se dividen para encerrar un electrodo de corriente correspondiente. (En algunas modalidades, los electrodos de monitoreo M2 y M2' también se dividen como se describe más adelante) . También se contempla que cada electrodo de monitoreo se puede detectar individualmente y que el módulo de control puede recopilar las mediciones en pares al combinar apropiadamente los voltajes de electrodo de monitoreo individuales, aunque este enfoque duplica el número de señales medidas. Si es factible medir este número de señales, se puede preferir que las mediciones de señal adicionales sean señales diferenciales entre electrodos de monitoreo adyacentes como se describe en la solicitud base PCT/US2011/058867. La adquisición de mediciones diferenciales puede ser deseable debido a que tales mediciones son, en muchos casos, muy pequeñas con relación a los voltajes no diferenciales. Además, la resistividad derivada puede ser muy sensible al error en los valores diferenciales, de tal forma que las mediciones pueden ser adquiridas preferiblemente con un convertidor de análogo-a-digital dedicado, de alta precisión en lugar de digitalizar los voltajes de electrodo de monitoreo por separado antes de determinar las diferencias.

La Figura 5A muestra una herramienta Laterolog de múltiples arreglos 502 ilustrativa de la solicitud base que tiene ¡por bien de ilustración) electrodos de corriente y electrodos de retorno (electrodos A0, Ai, A2, ... A6, Ai' , ?2' , ... A6' ) igualmente espaciados con los electrodos de monitoreo Mi-Mio y Mi' -Mío' intercalados en un cuerpo de herramienta de linea de alambre. (Es deseable separar los electrodos de monitoreo de los electrodos de corriente debido a que los electrodos de corriente a menudo desarrollan una capa de impedancia que distorsiona las mediciones de voltaje cuando la corriente está fluyendo) . El término "par" se utilizará constantemente para hacer referencia a' los electrodos de monitoreo ubicados simétricamente con relación al electrodo central, p.ej., Mx y Mi' , o M6 y M6' .

Aunque la figura muestra electrodos de corriente igualmente espaciados, dimensionados uniformemente, los electrodos típicamente no están igualmente dimensionados y espaciados. Se logra un mejor desempeño al tener los electrodos más distantes con mayor tamaño. Por lo tanto, en una modalidad contemplada, el electrodo central A0 tiene una longitud axial de 15.24 cm (6 pulgadas) . Las longitudes de los electrodos Ai y Ai' para i oscilando de 1 a 6 es de 15.24, 20.32, 25.40, 35.56, 50.80, y 190.50 cm (6, 8, 10, 14, 20, y 75 pulgadas). El espaciamiento entre los electrodos de corriente también aumenta, comenzando en 15.24 cm (6 pulgadas) entre los electrodos A0 y Ai, 15.24 cm (6 pulgadas) entre los electrodos Ai y A2, 25.40 cm (10 pulgadas) entre los electrodos A2 y A3, 35.56 cm (14 pulgadas) entre los electrodos A3 y A4, 48.26 cm (19 pulgadas) entre los electrodos A4 y A5, y 86.36 cm (34 pulgadas) entre A5 y A6. (Estos espaciamientos se miden entre los bordes más cercanos y no de centro a centro, y son simétricos con respecto al electrodo central) . En esta modalidad contemplada, cada uno de los electrodos de monitoreo tiene una longitud axial de 2.54 cm (1 pulgada) . Con una excepción, los electrodos de monitoreo están espaciados a 2.54 cm (1 pulgada) alejados del electrodo de corriente más cercano. (Los electrodos M2 y M2' están espaciados 5.08 cm (2 pulgadas) de los electrodos de corriente Ai y Ai' , respectivamente) .

La Figura 5B muestra una modalidad de herramienta Laterolog de múltiples arreglos mejorada que tiene la misma configuración externa de electrodos con la adición de electrodos de monitoreo entre el par más externo de los electrodos de corriente A5, A5' y los electrodos de retorno A6 y A6' · En lugar de medir independientemente los voltajes de electrodo de monitoreo como se describe en la solicitud base, la herramienta mejorada emplea la configuración de alambrado interno que se proporciona en la Figura 4. Debido a que los electrodos de monitoreo en cada lado de un electrodo actual (excepto tal vez el par de electrodos más interno Ai y Ai' como se discute más adelante) están alambrados conjuntamente, estos forman de manera efectiva un solo electrodo de monitoreo "dividido". El etiquetado del electrodo de monitoreo ha sido ajustado correspondientemente para reducir el número de electrodos de monitoreo de 10 pares a 6 pares. Esta configuración de electrodo dividido genera una medida más precisa del potencial en los electrodos de corriente, y extiende las regiones equipotenciales de las diferentes configuraciones de arreglos, proporcionando una profundidad investigación mejorada. Además, los niveles de señal se aumentan en formaciones de alto contraste (formaciones que tienen resistividad mucho más alta que el fluido del pozo) debido a los patrones de flujo de corriente desde los electrodos de corriente.

La Figura 5C muestra una modalidad alternativa en la cual el electrodo M2 (y el electrodo M2' ) no está dividido, pero más bien retiene su configuración de la Figura 5A. Aunque de otra forma equivalente a la modalidad de la Figura 5B, esta modalidad alternativa evita cualquier pérdida de resolución que podría resultar de otra forma al extender la región equipotencial de la configuración de arreglo Laterolog más pequeño.

La electrónica de la herramienta emplea los electrodos de corriente para proporcionar las corrientes I0-I5 e IQ' -IS' como se ilustra en la Figura 6. Las corrientes 10-15 tienen origen en los electrodos A0-A5 respectivamente, con el electrodo A6 sirviendo como un electrodo de retorno común para cada una de estas corrientes. De manera similar, las corrientes I0' -I5' tienen origen en los electrodos A0 y i' -A5 respectivamente, con el electrodo A6' sirviendo como un electrodo de retorno común para estas corrientes. Si los electrodos de corriente y de monitoreo están conectados en pares como se discutió anteriormente, la herramienta no puede distinguir las corrientes I0-I5 de las corrientes I0' -I5' , pero en su lugar opera en las corrientes combinadas (10+10', ??+??' , ?2+ ?2' /···) · De otra manera, la herramienta puede analizar las corrientes Io_Is po separado de las corrientes lo' -I5' , o en la alternativa, combinar las corrientes y voltajes digitalmente antes de analizar. Debido a la simetría del arreglo, solamente la mitad superior se ilustra en las figuras consiguientes. Aunque no se muestra, la mitad inferior se presume que está presente.

Para habilitar que los electrodos de monitoreo distingan los efectos de las diferentes corrientes, las corrientes tienen características distinguibles. En la modalidad de herramienta que se contempla, los electrodos están conectados en pares y las corrientes Io_Is tienen las frecuencias de señal distinguibles fi-f6. El conjunto contemplado de frecuencias incluye 80 Hz, 112 Hz, 144 Hz, 176 Hz, 208 Hz, y 272 Hz. - (Se espera que el fluido del pozo sea bastante conductivo, permitiendo de esta manera que las corrientes de baja frecuencia pasen al interior y a través de la formación) . Este conjunto de frecuencias ofrece suficiente espaciamiento de frecuencia para habilitar un reqistro rápido, mientras no se dispersan las frecuencias demasiado para incurrir en la dependencia excesiva de frecuencia en las mediciones de resistividad) . Además, este conjunto de frecuencias evita el uso de frecuencias armónicas que podrían ser indebidamente sensibles a los efectos no lineales en el sistema. Sin embarqo, otros conjuntos de frecuencias serían adecuadas para distinguir las corrientes. Alternativamente, las corrientes se podrían distinguir mediante el uso de multiplexión por división de tiempo, multiplexión por división de código, u otros métodos que habilitan que las corrientes se monitoreen independientemente.

Mientras se proporciona cada una de las corrientes con una característica que hace que sus efectos sean distinguibles de aquellos de las otras corrientes, en al menos algunas modalidades de herramienta, algunas de las corrientes tienen características comunes. Por ejemplo, algunas modalidades de herramienta proporcionan la corriente I0 con las frecuencias fo y fi. La compartición de la frecuencia fx tanto por la corriente I0 como la corriente ? habilita el enfoque sencillo del hardware como se describe a mayor detalle más adelante.

Conforme la herramienta maneja los electrodos de corriente, la corriente pasa a través del fluido del pozo y la formación para alcanzar los electrodos de retorno, creando un potencial de campo indicativo de la resistividad de los materiales junto con las diferentes trayectorias de flujo de corriente. El módulo de control registra una señal de voltaje de cada par de electrodos de monitoreo para medir el potencial de campo en las ubicaciones del electrodo de monitoreo que al menos en el caso de los electrodos divididos de monitoreo deben corresponder con precisión a los potenciales del electrodo de corriente. Un análisis de frecuencias de las señales de voltaje (p.ej., por la transformada de Fourier, filtración, o ajuste de curva de mínimos cuadrados) separa aquellas componentes de señal de voltaje atribuibles a cada una de las corrientes.

Con las mediciones para el patrón de flujo de corriente en la Figura 6, se hace posible derivar las mediciones asociadas con cada uno de los patrones de flujo de corriente que se proporcionan en las Figuras 7A-7F. La Figura 7F representa la medición del arreglo completo (que corresponde al patrón de flujo de corriente real de la Figura 6), mientras que las Figuras 7A-7E representan mediciones de arreglo truncado de diferentes grados. En la Figura 7A (algunas veces denominado a continuación como Modo 0), el electrodo de corriente Ai es el electrodo de retorno compartido, mientras que en la Figura 7B (Modo 1), el electrodo de corriente A2 es el electrodo de retorno compartido, y asi sucesivamente. Al determinar las mediciones para cada uno de los tamaños de arreglo, la herramienta puede proporcionar mediciones de resistividad no solamente como una función de la posición de la herramienta, sino también como una función de la distancia radial desde el pozo.

La Figura 8A demuestra una técnica para derivar las mediciones de herramienta de la Figura 7A (Modo 0) del conjunto completo de mediciones 802 las mediciones de voltaje correspondientes a las corrientes lo e Ii se extraen (etiqueta 804), p.ej., al identificar aquellas componentes de las señales de voltaje del electrodo de monitoreo que tienen componentes de frecuencia correspondientes. La diferencia entre las mediciones para el patrón de flujo de corriente truncado 808 deseado y las mediciones extraídas es ese conjunto de mediciones de voltaje que se habría obtenido en respuesta al patrón de flujo de corriente 806, el cual se puede derivar fácilmente a partir de las mediciones correspondientes a la corriente ??.

Representando las mediciones extraídas para el electrodo de monitoreo Mi en forma de vector: donde las diferentes componentes del vector corresponden a diferentes frecuencias fO, fl. (A lo largo de la siguiente descripción, virj representa la jésimo componente de frecuencia de la señal de voltaje recibida por el iésimo el electrodo de monitoreo) . Si las corrientes 10, e II difieren solamente en frecuencia y no en magnitud, entonces las mediciones del patrón de flujo truncado 808 son: La última componente de vector es desde luego cero, ya que II no es parte del patrón de flujo truncado. (Donde las magnitudes de corriente no son iguales, las mediciones se deben escalar en consecuencia antes de aplicar la corrección) . Por lo tanto, si la amplitud de II es Cl y la amplitud de 10 es C0, la ecuación (2) se vuelve: (2b) En cualquier caso, la resistividad aparente medida con el Modo 0 es: Ri) - "o' i/i ·' ) ' con (3a) rvi = v«V»- (3b) Para el Modo 1, se toma un enfoque similar con las mediciones correspondientes a las corrientes lo, Ii, e I2 siendo extraídas (etiqueta 904), p.ej., al identificar aquellos componentes de las señales de voltaje del electrodo de monitoreo que tienen las componentes de frecuencia correspondientes. La diferencia entre las mediciones para el patrón de flujo de corriente truncado 908 deseado y las mediciones extraídas 904 es aquel conjunto de mediciones de voltaje que sería obtenido en respuesta al patrón de flujo 906 que se puede derivar fácilmente a partir de las mediciones correspondientes a la corriente I2.

El vector de mediciones extraídas se vuelve: donde las diferentes componentes del vector corresponden a diferentes frecuencias fO, fl, f2. Si las corrientes 10, II, e 12 difieren solamente en frecuencia y no en magnitud, entonces las mediciones del patrón de flujo truncado 908 son: i-i i (5) La última componente de vector es desde luego cero, ya que 12 no es parte del patrón de flujo truncado. (Como se mencionó previamente, si las magnitudes de corriente no son iguales, las mediciones se deben escalar en consecuencia antes de aplicar la corrección) .

Aquellos familiarizados con las herramientas Laterolog reconocen que el análisis no está todavía completo, ya que la herramienta aún no se ha proporcionado para enfocar la corriente. Como con las herramientas Laterolog existentes, el enfoque se logra al equilibrar la corriente desde el electrodo central con las corrientes de los electrodos de guarda. En el patrón de flujo de corriente de la Figura 7B, el equilibrio apropiado se ha alcanzado cuando los electrodos de monitoreo MI y M2 tienen potenciales iguales. Si se emplea enfoque de hardware, este equilibrio se hace por la misma herramienta y se calcula la resistividad aparente como antes. Si se emplea enfoque de software, el cálculo depende de la solución a las ecuaciones simultáneas: El término I±rj es la magnitud de la corriente inyectada por el electrodo A con la frecuencia fj · Por ejemplo, -2, 2 denota la magnitud de la corriente con la frecuencia f2 desde el electrodo A2. La segunda fila de la ecuación (6) es la condición de continuidad de corriente, que implica que todas las corrientes emitidas por los electrodos en trabajo regresan a los retornos de corriente virtual, por lo tanto la presente herramienta no necesita un frenillo y un retorno de corriente en la superficie, que resulta en tiempo de equipo reducido y eficiencia de registro mejorada. En el enfoque de software, las corrientes fO y f2 en realidad se utilizan para corregir la corriente en AO y los potenciales en MI y M2 debido a la corriente fl del enfoque de hardware. Una vez que se obtiene la corriente AO y el potencial en MI, la resistividad aparente del Modo 1 se puede calcular por: rt,, (/q /i, 2) con (7a) ! / ,„(/0..A/2) ' (7b) Para el Modo 2, se toma un enfoque similar con las mediciones correspondientes a las corrientes lo, Ii, I2f e I3 siendo extraídas (etiqueta 1004 en la Figura 8C) , p.ej., al identificar esas componentes de las señales de voltaje de electrodo de monitoreo que tienen componentes de frecuencia correspondientes. La diferencia entre las mediciones para el patrón de flujo de corriente truncado 1008 deseado y las mediciones extraídas 1004 es ese conjunto de mediciones de voltaje que podría ser obtenido en respuesta al patrón de flujo de corriente 1006, que se puede derivar fácilmente a partir de las mediciones correspondientes a la corriente I3. Por conveniencia, las siquientes ecuaciones presumen que esta extracción ya se ha hecho y que nosotros de aquí en adelante dejamos los principales de los voltajes de los electrodos de monitoreo {v' .

El enfoque del Modo 2 se proporciona al ajusfar los potenciales de los electrodos de monitoreo Mi, M2, y M3 iquales. La ecuación de enfoque de software correspondiente del Modo 2 es: con el estudio de voltaje y corriente dado por: Vm : ?;:.? ?. + »u +¾.2)',.: + ??>· (8b) ?) " ('\: .· ??,: (8c¡ que produce una resistividad aparente de Modo Para Modo 3, las condiciones de enfoque (potencial igual los electrodos de monitor M1-M4) se pueden expresar como: (9a) con el estudio de voltaje y corriente dado por: (9b) que produce una resistividad aparente de Modo (;,.( /(), / I, / 2 / , ,/4) (9d) /,:,(./(>../]> Para Modo 4, las ecuaciones se vuelven: Para Modo 5, las ecuaciones se vuelven: ^,(,/?../?./2../-3. 4,/5) R; = (lid) Una comparación de las ecuaciones (10) y (11) muestra que la ecuación de enfoque de software del Modo 5 no incluye la condición de continuidad de corriente pero en su lugar tiene una más condición de equilibrio de voltaje sobre el par de electrodos de monitoreo M5 y M6. De tal forma que el número de incógnitas es fijo en 5 para este Modo.

El rango de tamaños de arreglos de Laterolog proporciona una herramienta con una resolución y un rango de profundidades de investigación extremadamente altos. Además, estos beneficios se pueden legrar con un número reducido de señales de medición debido al uso de los electrodos divididos de monitoreo, los cuales también sirven para proporcionar intensidades mejoradas de señal.

La Figura 9 proporciona una vista general de un método de registro de resistividad Laterolog de múltiples arreglos. Comenzando en el bloque 1402, la herramienta se transporta a través de un pozo que contiene un fluido conductivo. La herramienta se puede extraer a través del pozo mediante una linea de alambre, o transportar en una cadena de tubería, o incorporar en el ensamble en el fondo del pozo de una cadena de perforación. En el bloque 1404, la electrónica de la herramienta energiza los electrodos de corriente para generar corrientes en la manera que se explicó anteriormente. En el bloque 1406, la herramienta o algún otro componente del sistema rastrea el movimiento y/o posición de la herramienta mientras la electrónica de la herramienta muestrea a las señales de voltaje de los electrodos divididos de monitoreo. En el bloque 1408, la electrónica de la herramienta registra las señales de voltaje en un medio de almacenamiento de información y/o comunica los datos de la señal de voltaje a una instalación de procesamiento en la superficie. En el bloque 1410, las señales de voltaje son procesadas (en el interior del pozo o en la superficie) de acuerdo con uno de los métodos discutidos anteriormente para determinar las mediciones del electrodo de monitoreo y/o las corrientes generadas (p.ej., VMi y/o lo) esperadas para cada uno de los modos 1-5 de la herramienta (ver las Figuras 7A-7F) . En el bloque 1412, los valores de voltaje y corriente para los diferentes modos se utilizan para determinar las mediciones de resistividad de la formación en profundidades diferentes de investigación (esto es, diferentes profundidades de medición radial efectiva) , habilitando que el sistema de registro determine un registro de resistividad de la formación que depende tanto de la posición a lo largo del eje del pozo como de la distancia radial desde el eje del pozo. Algunos o todos los datos de registro de resistividad de la formación se muestran a un usuario en el bloque 1414.

Numerosas variaciones y modificaciones se harán aparentes para aquellos experimentados en la materia una vez que se aprecie completamente la divulgación anterior. Aunque no se clasifica necesariamente como tal, el par de electrodos de monitoreo Mi y MI' también se pueden tratar como un electrodo dividido de monitoreo. Se pretende que las reivindicaciones sean interpretadas para ' abarcar todas esas variaciones y modificaciones.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un sistema de registro de resistividad, que comprende : un cuerpo de herramienta que tiene: un electrodo central posicionado entre múltiples pares de electrodos de guarda, en donde dichos múltiples pares de electrodos de guarda están posicionados entre un par de electrodos de retorno en dicho cuerpo de herramienta; y múltiples pares de electrodos divididos de monitoreo, cada uno de dichos electrodos divididos de monitoreo tienen dos electrodos de componente acoplados eléctricamente con un electrodo de guarda asociado entre los mismos; y electrónica que proporciona una corriente primaria desde el electrodo central al par de electrodos de retorno y proporciona una corriente de guarda respectiva de cada par en dichos múltiples pares de electrodos de guarda al par de electrodos de retorno, la electrónica además opera para adquirir una medición de voltaje de cada uno de dichos pares de electrodos divididos de monitoreo.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichos múltiples pares de electrodos divididos de monitoreo incluyen al menos tres pares.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos divididos de monitoreo en cada par de electrodos divididos de monitoreo están acoplados juntos eléctricamente.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la electrónica maneja al mismo tiempo todas de dichas corrientes primaria y de guarda.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la corriente primaria y cada una de las corrientes de guarda respectivas tienen una firma espectral que la distingue de otras corrientes.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque cada una de las corrientes de guarda tiene una frecuencia de señal única.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la corriente primaria tiene al menos una frecuencia de señal diferente a cada una de las frecuencias de señal de corriente de guarda.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la corriente primaria además incluye una frecuencia de señal que coincide con una frecuencia de señal de un par más interno de electrodos de guarda.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos de guarda en cada par están juntos en cortocircuito, y los electrodos de monitoreo en cada par están juntos en cortocircuito.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende: un procesador que recibe mediciones indicativas de las resistencias eléctricas asociadas con la corriente primaria y las corrientes de guarda, en donde el procesador procesa las mediciones para determinar las mediciones correspondientes a una herramienta que tiene un número reducido de electrodos de guarda .

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de herramienta es un collar de perforación.

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de herramienta es una sonda de linea de alambre.

13. Un método de registro de resistividad, que comprende : recibir de una herramienta de registro mediciones indicativas de un voltaje para cada uno de los múltiples electrodos divididos de monitoreo, cada electrodo dividido de monitoreo tiene dos electrodos de componente acoplados eléctricamente con un electrodo de guarda asociado entre los mismos, la herramienta de registro tiene múltiples pares de dichos electrodos de guarda posicionados alrededor de un electrodo central y entre un par de electrodos de retorno; procesar dichas mediciones para determinar una resistividad de la formación localizada en una posición asociada con una ubicación del electrodo central durante la recopilación de dichas mediciones; y mostrar dicha resistividad de la formación localizada como una función de la posición.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque dicho procesamiento comprende: derivar mediciones indicativas de las resistencias eléctricas entre el electrodo central y cada par de electrodos de guarda; y combinar dichas mediciones derivadas en una manera que fuerza una suposición de voltajes conmensurados en el electrodo central y al menos un par de electrodos de guarda.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 13, además comprende manejar dichos pares de electrodos de guarda y electrodo central con fuentes de corriente respectivas.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque las fuentes de corriente respectivas proporcionan corrientes con diferentes frecuencias de señal. Además comprende manejar dichos pares de electrodos de guarda y electrodo central con fuentes de corriente respectivas.

17. Una herramienta de registro de resistividad, que comprende : un cuerpo de herramienta que tiene un electrodo central posicionado entre pares de electrodos de guarda - simétricamente espaciados con al menos algunos de los electrodos de guarda posicionados entre electrodos de componente acoplados eléctricamente de electrodos divididos de monitoreo asociados; fuentes de corriente respectivas que manejan el electrodo central y cada par de electrodos de guarda con relación al par de electrodos de retorne- uno o más convertidores de análogo al digital que digitalizan las representaciones de los voltajes de electrodo dividido de monitoreo; y al menos un procesador que procesar dichas representaciones digitalizadas para determinar una medición de resistividad asociada con una herramienta que tiene un número reducido de electrodos de guarda.

18. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque comprende al menos cinco pares espaciados simétricamente de electrodos de guarda.

19. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque las fuentes de corriente manejan todas de dichas corrientes primaria y de guarda al mismo tiempo.

20. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizada porque cada fuente de corriente proporciona una corriente con una firma espectral que la distingue de las corrientes de otras fuentes de corriente.