MXPA99007578A - Medicion de presion de la formacion con sensores remotos en pozos de sondeo entubados - Google Patents

Abstract

Esta invención se relaciona a un método y aparato para establecer comunicación en un pozo de sondeo entubado con un sensor de datos desplegado a distancia, antes de la instalación de la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo, en una formación subterránea penetrada por el pozo de sondeo. Se establece comunicacióninstalando una antena en una abertura en la pared de la tubería de revestimiento. Además, esta invención se relaciona a un método y aparato para crear la abertura en la pared de la tubería de revestimiento y luego insertar la antena en la abertura en relación sellada a la pared de la tubería de revestimiento. Se inserta un receptor de datos en el pozo de sondeo entubado para comunicarse con el sensor de datos mediante la antena y recibir señales de datos de la formación detectadas y transmitidas por el sensor de datos. Preferentemente, la ubicación del sensor de datos en la formación subterránea se identifica antes de la instalación de la antena, de modo que la abertura en la tubería de revestimiento, pueda crearse próxima al sensor de datos. Luego puede instalarse la antena en la abertura en la pared de la tubería de revestimiento para una comunicaciónóptima con el sensor de datos. También se prefiere que el sensor de datos estéequipado con un medio para transmitir una señal característica, permitiendo identificar la ubicación del sensor de datos al detectar la señal característica. La ubicación del sensor de datos se identifica determinando primero la profundidad del sensor de datos y luego determinando el acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo.

Description

MEDICIÓN DE PRESIÓN DE LA FORMACIÓN CON SENSORES REMOTOS EN POZOS DE SONDEO ENTUBADOS ANTECEDENTESDE LAINVENCIÓN ^^ Camnn He la invención ^^ Esta invención se relaciona generalmente a la determinación de varios parámetros en una formación subterránea penetrada por un pozo de sondeo y, en forma más particular, a dicha determinación después que se haya instalado la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo mediante una comunicación por la pared de la tubería de revestimiento con sensores remotos desplegados en el interior de la formación antes de la instalación de la tubería de revestimiento. Descripción de la tecnología asociada La operación y producción de los pozos de petróleo actuales involucran la observación continua Kk de varios parámetros del pozo. Uno de los parámetros más críticos requeridos para asegurar una producción constante es la presión del yacimiento, también conocida como presión de la formación. La observación continua de parámetros tales como la presión del yacimiento indica que la presión de la formación cambia en un período de tiempo y es necesaria para predecir la capacidad de producción y la vida útil de una formación subterránea. Típicamente, los parámetros de la formación, inclusive la presión, se observan con herramientas de cable de acero de prueba de la formación, tales como aquellas herramientas descritas en las patentes N°.: 3,934,468; 4,860,581; 4,893,505; 4,936,139 y 5,622,223 de los Estados Unidos. La patente '468, asignada a Schlumberger Technology Corporation, la cesionaria de esta invención, describe un cuerpo tubular alargado dispuesto en un pozo de sondeo no entubado para someter a prueba una zona de interés de la formación. El cuerpo tubular tiene una almohadilla de sellado que hace contacto hermético con el pozo de sondeo en la zona de la formación debido a la acción de almohadillas secundarias de contacto con el pozo opuestas a la almohadilla de sellado y una serie de actuadores hidráulicos. El cuerpo está equipado con un medio de admisión de fluido que incluye una sonda movible que se comunica y obtiene muestras de fluidos de la formación a través de una abertura central en la almohadilla de sellado. Dicha comunicación y muestreo de fluido permite recolectar datos de parámetros de la formación, que incluyen pero no están limitados a la presión de la formación. La onda movible de la patente '468 se adapta en particular para pruebas de zonas de formaciones que exhiben competencias o estabilidades diferentes y desconocidas. Las patentes '581 y ' 139, también asignadas a la cesionaria dé la presente invención, describen herramientas modulares de prueba de la formación que ofrecen varias capacidades, inclusive la medición y muestreo de presión de la formación, en pozos de sondeo no entubados. Estas patentes describen herramientas que son capaces de tomar medidas y muestras en varias zonas de la formación en un solo viaje de la herramienta. La patente '505, signada a Western Atlas International, Inc., divulga en forma similar una ^^herramienta de prueba de la formación capaz de medir la presión y temperatura de la formación ^^ penetrada por un pozo de sondeo no entubado, además de recolectar muestras de fluido, en una pluralidad de zonas de la formación. La patente '223, asignada a Halliburton Company, divulga otra herramienta de cable de acero de prueba de la formación para extraer fluido de una zona de interés en un pozo de sondeo no entubado. La herramienta utiliza un obturador inflable y se dice que funciona para determinar en el sitio el tipo y la presión del punto de burbujeo del fluido que se está extrayendo y para recolectar selectivamente muestras de fluido substancialmente libres de filtrados de lodo. Cada una de las patentes antes mencionadas está limitada por el hecho que las herramientas de prueba de formación descritas allí sólo pueden adquirir datos de la formación mientras están dispuestas en el pozo de sondeo y en contacto físico con la zona de interés de la formación. U.S. La solicitud de patente N°. 09/019,466, asignada también a la cesionaria de esta invención, describe un método y aparato para desplegar sensores inteligentes de datos, tales como los sensores de presión, desde un lastrabarrenas en la sarta de perforación a la formación subterránea más allá del pozo de sondeo mientras se realizan operaciones de perforación. El posicionamiento de dichos sensores de datos durante la fase de perforación de un pozo petrolero se logra disparando, perforando o forzando hidráulicamente o desplegando los sensores en el interior de la formación, tal como se describe en la solicitud '466 que se incorpora en su totalidad por referencia a este documento. Además, la solicitud '466 divulga el uso de un medio para identificar la ubicación de dichos sensores de datos mucho después de su despliegue, en particular utilizando rótulos señalizadores de rayos gamma en los sensores. Estos rótulos señalizadores de rayos gamma emiten "características" radioactivas precisas que son fáciles de contrastar con los perfiles o características de fondo de rayos gamma de la formación subterránea local respectiva y, por lo tanto, facilitan la determinación de la ubicación de cada sensor en la formación. En cierta etapa durante la fase de terminación del pozo, se instalará una sarta de tubería de en el pozo de sondeo. Una vez que el pozo se haya entubado con tubería de revestimiento y que ésta se haya cementado, si es necesario, ya no es posible la comunicación electromagnética estándar desde el interior del pozo de sondeo con los sensores remotos individuales fuera de la tubería de perforación. Si no hay un medio efectivo de comunicarse con un sensor de datos que se instaló fuera del pozo de sondeo entubado en la formación, el sensor de datos no tiene ninguna utilidad. Así, para que el (los) sensor(es) de datos remoto(s) ofrezcan la capacidad de observación continua de la formación durante la vida productiva del pozo de sondeo, es necesario restablecer la comunicación con los sensores de datos. Más aún, para poder optimizar la comunicación con el (los) sensores de datos, hay que ^^ identificar la ubicación de los sensores después de haber entubado y cementado el pozo de sondeo. ^^ Las herramientas y métodos descritos en las patentes '468, '581, '139, '505 y '223 mencionadas arriba no están diseñados para utilizarse en pozos de sondeo entubados y generalmente las herramientas no están conectadas permanentemente al pozo de sondeo o formación. Sin embargo, las patentes N°. 5,065,619; 5,195,588; y 5,692,565 de los Estados Unidos son herramientas y métodos de prueba de la formación diseñados para usarse en pozos de sondeo entubados que son conocidos en la industria. La patente '619, asignada a Halliburton Logging Services, Inc., divulga un medio para realizar pruebas de presión de una formación detrás de la tubería de revestimiento en pozo de sondeo que penetra ¿ÉL la formación. Una "zapata de retención" se extiende hidráulicamente desde un lado de un analizador de cable de acero de la formación para que haga contacto con la pared de la tubería de revestimiento y se extiende una sonda de prueba desde el otro lado del analizador. La sonda incluye un anillo de sellado que la rodea y que forma un sello contra la pared de la tubería de revestimiento opuesta a la zapata de retención. Una carga perfilada pequeña se sitúa en el centro del anillo de sellado para perforar la tubería de revestimiento y la capa de cemento alrededor, si está presente. El fluido de la formación fluye por la perforación y el anillo de sellado a una tubería de flujo para pasar a un sensor de presión y un par de tanques de manipulación y muestreo de fluido. La patente '588, también asignada a la cesionaria de esta invención, es un mejoramiento con respecto a los analizadores de formación que perforan la tubería de revestimiento para ganar acceso a la formación detrás de dicha tubería ya que ofrece un medio para taponar la perforación de la tubería de revestimiento. En forma más específica, la patente 588 divulga una herramienta que es capaz de taponar un perforación mientras la herramienta aún está en la posición en la cual se hizo la perforación. El cierre oportuno de la(s) perforación (perforaciones) evita la posibilidad de pérdida substancia de fluido del pozo de sondeo a la formación y/o la degradación de la formación. También evita la entrada descontrolada de fluidos de la formación al pozo de sondeo, lo cual puede ser perjudicial, tal como en el caso de intrusión de gas. 5 I^ La patente '565, también asignada a Schlumberger Technology Corporation, describe un aparato y método mejorados para muestrear una formación detrás de un pozo de sondeo entubado, ya que la invención utiliza un eje de perforación flexible para crear una perforación más uniforme de la tubería de revestimiento que con una carga perfilada. La perforación uniforme da más seguridad que la tubería de perforación se taponará correctamente, ya que las cargas perfiladas producen perforaciones irregulares que pueden ser difíciles de taponar y que a menudo requieren un tapón sólido y un material de sellado no sólido. Así, la perforación uniforme producida por el eje de perforación flexible aumenta la conf?abilidad del uso de tapones para sellar la tubería de perforación. Sin embargo, una vez que se hayan ^^ taponado las perforaciones de la tubería de revestimiento, no hay ningún medio de comunicarse con la ^^ formación sin repetir el proceso de perforación. Aún entonces, dicha comunicación con la formación es j e, posible sólo mientras el analizador de la formación esté instalado en el pozo de sondeo y mientras la perforación de la tubería de revestimiento permanece abierta. Para considerar los problemas y desventajas de la tecnología relacionada, es un objetivo principal de esta invención proporcionar un método y aparato para restablecer comunicación con los sensores de datos situados a distancia a través de la pared de la tubería de revestimiento y la capa de cemento de un pozo de sondeo entubado. ^ Un objetivo adicional es proporcionar un método y aparato para determinar la ubicación de cada uno de dichos sensores de datos en la formación subterránea en relación a la pared de la tubería de revestimiento. Un objetivo adicional es proporcionar un método y aparato para crear una abertura en la pared de la tubería de revestimiento y la capa de cemento que reviste un pozo de sondeo entubado cerca de la ubicación de un sensor de datos o grupo de sensores de datos. Un objetivo adicional es proporcionar un método y aparato para instalar una antena en la abertura creada en relación sellada con la pared de la tubería de revestimiento para comunicarse con el sensor o sensores de datos remotos. 30 Aún otro objetivo adicional es proporcionar un método y aparato para transmitir señales de órdenes a los sensores de datos remotos y recibir señales de datos de dichos sensores mediante la antena instalada para observar el pozo de sondeo.

Aún otro objetivo adicional es proporcionar un receptor de datos que utiliza una cavidad de microondas y puede situarse dentro del pozo de sondeo para comunicarse con el (los) sensor(es) de datos remotos mediante la(s) antena(s) instalada(s).

Los objetivos descritos arriba, además de otros objetivos y ventajas, se logran mediante un método y aparato que permite comunicarse, después de haber instalado la tubería de revestimiento en pozo de sondeo, con un sensor de datos instalado a distancia en una formación subterránea penetrada por I^Bl pozo de sondeo antes de la instalación de la tubería de revestimiento a la profundidad desplegada. Se establece comunicación instalando una antena en la pared de la tubería de revestimiento y luego insertando un receptor de datos en el pozo de sondeo entubado para comunicarse con el sensor de datos mediante la antena para recibir señales de datos de la formación detectadas y transmitidas por el sensor de datos. En una representación preferida de esta invención, se identifica la ubicación del sensor de datos en la formación subterránea antes de instalar la antena, de manera que la antena pueda instalarse en una abertura en la pared de la tubería de revestimiento próxima a la ubicación del sensor de datos. También • se prefiere que el sensor de datos esté equipado con un medio para transmitir una señal característica, permitiendo identificar la ubicación del sensor de datos al detectar la señal característica. En este respecto, se prefiere que el sensor de datos esté equipado con un rótulo señalizador de rayos gamma para transmitir una señal característica del rótulo señalizador. La ubicación del sensor de datos se identifica primero creando un registro de rayos gamma de pozo descubierto del pozo de sondeo, luego determinando la profundidad del sensor de datos utilizando el registro de rayos gamma de pozo descubierto y la señal característica del rótulo señalizador del sensor de datos y entonces determinando el acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo utilizando un detector de rayos gamma y la ^t señal característica del rótulo señalizador. El acimut preferentemente se determina utilizando un detector de rayos gamma alineados. La antena preferentemente se instala y se gradúa en una abertura en la tubería de revestimiento empleando una herramienta de cable de acero. La herramienta de cable de acero incluye un medio para identificar el acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo, un medio para girar la herramienta al acimut identificado, un medio para perforar o crear una abertura a través de la tubería de revestimiento y el cemento en el acimut identificado y un medio para instalar la antena en la abertura en relación graduada con la tubería de revestimiento. El receptor de datos preferentemente se inserta en el pozo de sondeo entubado sobre un cable de acero e incluye una cavidad de microondas. En otro aspecto, esta invención contempla la perforación de un pozo de sondeo con una sarta de perforación que tiene un lastrabarrenas y una barrena de perforación. El lastrabarrenas tiene un sensor de datos adaptado para posicionarse a distancia dentro de una formación subterránea seleccionada intersectada por el pozo de sondeo para detectar y transmitir señales de datos representativas de varios parámetros de la formación. Antes de entubar completamente el pozo de sondeo, el sensor de datos se mueve del lastrabarrenas a la formación subterránea seleccionada. Después de haber instalado la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo, se instala una antena en una abertura creada en la pared de la ^tubería de revestimiento. Posteriormente, se inserta un receptor de datos en el pozo de sondeo entubado para comunicarse con el sensor de datos mediante la antena y recibir señales de datos de la formación detectadas y transmitidas por el sensor de datos. En otro aspecto, esta invención contempla el uso de un lastrabarrenas que incluye una herramienta que cuenta con un medio de detección movible desde una posición replegada dentro de la herramienta a una posición desplegada dentro de la formación subterránea fuera del pozo de sondeo. El medio de detección tiene circuitos electrónicos adaptados en el mismo para detectar parámetros seleccionados de la formación y proporcionar señales de salida de datos que representan los parámetros ^^ detectados de la formación. Cuando el lastrabarrenas y la herramienta se posicionan en una localidad ^^ deseada en relación a una formación subterránea de interés, el medio de detección se mueve desde una posición replegada dentro de la herramienta a una posición desplegada dentro de la formación subterránea de interés a distancia del lastrabarrenas y fuera del pozo de sondeo. Después de haber instalado la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo, se identifica la ubicación del sensor de datos en la formación subterránea y se instala una antena en una abertura lateral a través de la pared de la tubería de revestimiento en relación sellada a dicha tubería y en una posición próxima a la ubicación del sensor de datos. Luego se inserta un medio de recepción en el pozo de sondeo entubado y se activan g^ electrónicamente los circuitos electrónicos del medio de detección, haciendo que dicho medio detecte los parámetros seleccionados de la formación y transmita señales de datos representativas de los parámetros detectados de la formación. Luego el medio de recepción recibe las señales de datos transmitidas. Aún en otro aspecto, esta invención incluye un lastrabarrenas adaptado para conectarse en una sarta de perforación y que cuenta con un receptáculo para el sensor. Un sensor inteligente remoto se sitúa dentro del receptáculo para el sensor del lastrabarrenas y tiene circuitos electrónicos para detectar los datos seleccionados de la formación, recibir señales de órdenes y transmitir señales de datos representativas de los datos detectados de la formación. El sensor inteligente remoto se adapta para un despliegue lateral desde el receptáculo para el sensor a una ubicación dentro de la formación subterránea fuera del pozo de sondeo. Se instala una antena para comunicarse con el sensor inteligente remoto, después de la instalación de la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo, con un medio adaptado también para crear una abertura en la pared de la tubería de revestimiento próxima al sensor inteligente remoto y para insertar la antena en la abertura creada en relación sellada a la pared de dicha tubería.

También se proporciona un receptor de datos adaptado para insertarse en el pozo de sondeo y que cuenta con circuitos electrónicos para transmitir señales de órdenes mediante la antena después de la instalación de esta última y para recibir señales de datos de la formación mediante la antena desde el sensor inteligente remoto. v De preferencia, los circuitos de transmisión y recepción del receptor de datos se adaptan para transmitir señales de órdenes a una frecuencia F y para recibir señales de datos a una frecuencia 2F, y los circuitos de recepción y transmisión del sensor inteligente remoto se adaptan para recibir señales de órdenes a una frecuencia F y para transmitir señales de datos a una frecuencia 2F. De preferencia, el sensor inteligente remoto incluye un circuito electrónico de memoria para adquirir datos de la formación en un cierto período de tiempo. Los circuitos de detección de datos del sensor inteligente remoto de preferencia incluyen un medio para ingresar datos de la formación al circuito electrónico de memoria y un circuito de control de bobina para recibir la salida del circuito I electrónico de memoria y activar los circuitos de recepción y transmisión del sensor inteligente remoto para transmitir señales representativas de los datos detectados de la formación desde la localidad de despliegue del sensor inteligente remoto a los circuitos de transmisión y recepción del receptor de datos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para que la manera en que se logran los objetivos y ventajas descritos de esta invención pueda entenderse en detalle, una descripción más particular de la invención, resumida brevemente arriba, puede obtenerse por referencia a la representación preferida de la misma que se ilustra en los dibujos adjuntos, QP¡os cuales se incorporan como parte de esta especificación. Sin embargo, debe notarse que los dibujos adjuntos sólo ilustran una representación típica de esta invención y que por lo tanto no deben considerarse como que limitan su alcance, ya -que la invención puede aplicarse a otras representaciones igualmente efectivas. En los dibujos: La figura 1 es una vista de elevación de una sección de sarta de perforación en un pozo de sondeo, mostrando un lastrabarrenas y un sensor de datos situado a distancia que se desplegó desde el lastrabarrenas a una formación subterránea de interés; ^^ La figura 2 es una vista seccional de la formación subterránea después de haberse instalado la ^^ tubería de revestimiento en el pozo de sondeo, con una antena instalada en una abertura a través de la pared de la tubería de revestimiento y la capa de cemento en proximidad cercana al sensor de datos desplegado a distancia; La figura 3 es una herramienta de cable de acero posicionada dentro de la tubería de revestimiento y teniendo herramientas de rotación superiores e inferiores y una herramienta de instalación de antena intermedia; La figura 4 es un diagrama esquemático de la herramienta de rotación inferior obtenido a lo largo de la línea seccional 4-4 en la figura 3; La figura 5 es un perfil de radiación lateral a una profundidad seleccionada del pozo de sondeo para contrastar la característica de rayos gamma de un rótulo señalizador del sensor de datos con la característica de rayos gama de fondo de la formación subterránea; La figura 6 es un diagrama esquemático seccional de una herramienta para crear una perforación en la tubería de revestimiento e instalar una antena en la perforación para comunicarse con el sensor de datos; La figura 6A es una de un par de placas de guía utilizadas en la herramienta de instalación de la antena para transportar un eje flexible que se utiliza para perforar la tubería de revestimiento; La figura 7 es un organigrama de la secuencia de operación de la herramienta mostrada en la figura 6; La figura 8 es una vista seccional de una herramienta alterna para perforar la tubería de revestimiento; Las figuras 9A-9C son vistas seccionales secuenciales que muestran la instalación de una representación de la antena en la perforación de la tubería de revestimiento; La figura 9D es una vista seccional de una segunda representación de la antena instalada en la perforación de la tubería de revestimiento; ? La figura 10 es una vista seccional detallada de la parte inferior de la herramienta de instalación de la antena, en particular el depósito de la antena y el mecanismo de instalación para la representación de la antena.mostrada en las figuras 9A-9C; . . . . . . . . . . La figura 11 es un diagrama esquemático del receptor de datos situado dentro de la tubería de revestimiento para comunicarse con el sensor de datos desplegado a distancia mediante una antena instalada a través de la perforación en la pared de la tubería de revestimiento e ilustra los campos eléctricos y magnéticos dentro de una cavidad de microondas del receptor de datos; La figura 12 es un gráfico de la frecuencia resonante del receptor de datos versus la longitud de la cavidad de microondas; > La figura 13 es un diagrama esquemático del receptor de datos comunicándose con el sensor de datos e incluye un organigrama de la electrónica del receptor de datos; La figura 14 es un organigrama de la electrónica del sensor de datos; y La figura 15 es un diagrama de modulación de ancho de impulsos que indica el tiempo de transmisión de las señales de datos entre el sensor de datos y el receptor de datos.

DESCRIPCIÓN DE LA(S) REPRESENTACIÓN (REPRESENTACIONES) PREFERIDA(S) Ahora, en referencia a los dibujos y en primer lugar a la figura 1 , esta invención se relaciona a la perforación de un pozo de sondeo WB con una sarta de perforación DS que tiene un lastrabarrenas 12 y una barrena de perforación 14. El lastrabarrenas tiene una pluralidad de sensores inteligentes de datos 16 que se transportan en el mismo para insertarse en el pozo de sondeo durante las operaciones de perforación. Tal como se describe en más detalle más abajo, los sensores de datos 16 tienen instrumental y circuitos electrónicos integrados para detectar parámetros seleccionados de la formación, y circuitos electrónicos para recibir señales de órdenes seleccionadas y proporcionar señales de salida de datos que representan los parámetros detectados de la formación. Cada sensor de datos 16 se adapta para desplegarse desde su posición replegada u oculta 18 en el lastrabarrenas 12 a una posición a distancia dentro de una formación subterránea seleccionada 20 intersectada por el pozo de sondeo WB para detectar y transmitir señales de datos representativos de varios parámetros, tales como la presión, temperatura y permeabilidad de la formación seleccionada. Así, cuando la sarta de perforación DS sitúa el lastrabarrenas 12 en una ubicación deseada en relación a ¬ la formación subterránea 20, el sensor de datos 16 se mueve a una posición de despliegue dentro de la formación subterránea 20, hacia afuera del pozo de sondeo WB bajo la fuerza de un propulsor o ariete hidráulico u otra fuerza equivalente que se origina en el lastrabarrenas y que actúa sobre el sensor de datos. Dicho movimiento forzado se describe en detalle en la solicitud de patente N°. 09/019,466 de los Unidos en el contexto de un lastrabarrenas con un sistema de despliegue. El despliegue de un número deseado de dichos sensores de datos ocurre a varias profundidades - dej pozo de sondeo, en .la forma determinada por el-nivej deseado de datos de la formación.. Mientras el pozo de sondeo permanezca sin entubarse, los sensores de datos desplegados pueden comunicarse directamente con el lastrabarrenas, sonda o herramienta de cable de acero que contiene un receptor de datos, el cual se describe también en la solicitud '466, para transmitir datos indicativos de parámetros de la formación a un módulo de memoria en el receptor de datos para su almacenaje provisorio o directamente a la superficie mediante el receptor de datos. En cierto punto durante la terminación del pozo, el pozo de sondeo está totalmente entubado y ' típicamente la tubería de revestimiento se cementa en posición. A partir de este punto, ya no es posible comunicarse normalmente con los sensores de datos desplegados 16 que se encuentran en el interior de la formación 20 fuera del pozo de sondeo WB. Así, debe restablecerse la comunicación con los sensores de datos desplegados a través de la pared de la tubería de revestimiento y la capa de cemento, si está presente, que revisten el pozo de sondeo. Ahora, en referencia a la figura 2, se restablece la comunicación creando una abertura 22 en la pared de la tubería de revestimiento 24 y la capa de cemento 26 y luego instalando y graduando una gt antena 28 en la abertura 22 en la pared de la tubería de revestimiento. Sin embargo, para obtener una comunicación óptima, la antena 28 debe posicionarse en un lugar cercano o próximo al sensor de datos desplegado. Para permitir una comunicación electromagnética efectiva, se prefiere que la antena se coloque a no más de 10 - 15 cm de distancia del sensor o sensores de datos respectivos en la formación. Así, es necesario identificar la ubicación de los sensores de datos en relación al pozo de sondeo entubado.

Identificación de la ubicación del sensor de datos Para permitir identificar la ubicación de los sensores de datos, estos últimos están equipados con un medio para transmitir señales características de identificación respectivas. En forma más específica, los sensores de datos están equipados con un rótulo señalizador de rayos gamma 21 para transmitir la señal característica del rótulo señalizador. El rótulo señalizador es una pequeña franja de material similar al papel saturada con solución radioactiva y colocada dentro del sensor de datos 16 para irradiar rayos gamma. Entonces la ubicación de cada sensor de datos se identifica mediante un proceso de dos pasos. Primero se determina la profundidad del sensor de datos empleando un registro de rayos gamma de pozo '^pescubierto que se creó para el pozo de sondeo después del despliegue de los sensores de datos 16 y la señal característica conocida del rótulo señalizador del sensor de datos. El sensor de datos será - -" • identif?cabl.e'en el registro de pozo descubierto ya. que la emisión radioactiva del rótulo señalizador 21 producirá un aumento de los rayos gamma ambientales locales de fondo en la región del sensor de datos. Así, se distinguirán los rayos gamma de fondo en el registro en la ubicación del sensor de datos, en comparación a las zonas de la formación arriba y abajo del sensor. Esto ayudará a identificar la posición y trayectoria vertical del sensor de datos. Entonces se determina el acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo utilizando un ^^detector de rayos gamma y la señal característica del rótulo señalizador del sensor de datos. El acimut se determina empleando un detector de rayos gamma alineados, tal como se describe en mayor detalle más abajo en el contexto de una herramienta de cable de acero multifuncional. De preferencia, la antena 28 se instala y se sella en la abertura 22 en la tubería de revestimiento utilizando una herramienta de cable de acero. La herramienta de cable de acero, la cual por lo general se identifica con el número 30 en las figuras 3 y 4, es un aparato complejo que realiza varias funciones e incluye herramientas de rotación superior e inferior 34, 36 y una herramienta de instalación de antena intermedia 38. Aquellos con experiencia en la industria notarán que la herramienta 30 podría ser ? igualmente efectiva al menos para parte de sus propósitos previstos como una unión substituía o herramienta de la sarta de perforación, aunque su descripción en este documento está limitada a una representación de herramienta de cable de acero. La herramienta 30 se baja en el pozo en un cable de acero 31, la longitud del cual determina la profundidad de la herramienta 30 en el pozo de sondeo. Pueden usarse medidores de profundidad para medir el desplazamiento del cable en un mecanismo de apoyo, tal como la rueda de una polea, e indicar así la profundidad de la herramienta de cable de acero de una manera conocida en la industria. De esta manera, la herramienta de cable de acero 30 se coloca a la profundidad del sensor de datos 16. También es posible medir la profundidad de la herramienta de cable de acero 30 con sensores eléctricos, nucleares u otros sensores que correlacionan la profundidad a mediciones previas realizadas en el pozo de sondeo o a la longitud de la tubería de revestimiento del pozo. El cable 31 también constituye un medio para comunicarse con el equipo de control y procesamiento localizado en la superficie mediante circuitos transportados en el cable.

- Además, la herramienta de cable de acero incluye un medio, en la forma de herramientas de rotación superior e inferior 34, 36 para hacer girar la herramienta de cable de acero 30 al acimut identificado, después de haberla bajado a la profundidad correcta del sensor de datos determinada en el primer paso del proceso de identificación de la ubicación del sensor de datos. Una representación de una de rotación sencilla, ilustrada por la herramienta de rotación superior 34 en las figuras 3 y 4, incluye un cuerpo cilindrico 40 con un conjunto de dos ruedas motrices coplanares 42, 44 que se •• . .extienden a través de un costado del cuerpo. El pistón de actiyación hidráulico de retención 46 enipuja las ruedas motrices contra la tubería de revestimiento de manera convencional. Así, la extensión del pistón hidráulico 46 hace que la rueda de compresión 48 haga contacto con la pared interior de la tubería de revestimiento. Debido a que la tubería de revestimiento 24 está cementada en el pozo de sondeo WB, y por lo tanto está fijada a la formación 20, si el pistón 46 continúa extendiéndose después de que la rueda de compresión 48 haya hecho contacto con la pared interna de la tubería de revestimiento, fuerza ^^las ruedas motrices 42, 44 contra la pared interna de la tubería de revestimiento opuesta a la rueda de compresión. Las dos ruedas motrices de cada herramienta de rotación son accionadas, respectivamente, mediante un tren de engranajes, tal como engranajes 45a y 45b, por un servomotor 50. El engranaje primario 45a está conectado al eje de salida del motor para girar con el mismo. Los engranajes secundarios 45b transmiten la fuerza de rotación a las ruedas motrices 42, 44 y la fricción entre las ruedas motrices y la pared interna de la tubería de revestimiento induce a la herramienta de cable de acero a rotar a medida que las ruedas motrices 42, 44 "se giran lentamente" alrededor la pared interior de át^ la tubería de revestimiento 24. Las herramientas de rotación superior e inferior 34, 36 ejecutan este accionamiento para permitir la rotación del conjunto completo de la herramienta de cable de acero 30 dentro de la tubería de revestimiento 24 y alrededor del eje longitudinal de dicha tubería. La herramienta de instalación de antena 38 incluye un medio para identificar el acimut del sensor de datos 16 en relación al pozo de sondeo WB en la forma de detector de rayos gamma alineados 32, estableciendo así el segundo paso del proceso de identificación de la ubicación del sensor de datos. Tal como se indicó anteriormente, el detector de rayos gamma alineados 32 es útil para detectar la característica de radiación de cualquier artículo situado en su zona de detección. El detector de rayos gamma alineados, el cual se conocido en la industria de la perforación, está equipado con material de blindaje posicionado alrededor de un cristal de yoduro de sodio activado con talio, excepto por una área abierta pequeña en la ventana del detector. El área abierta es arqueada y de definición angosta para identificar en forma precisa el acimut del sensor de datos.

Así, una rotación de 360 grados de la herramienta de cable de acero 30, bajo la torsión de salida del motor 50, dentro de la tubería de revestimiento 24 revela una configuración de radiación lateral a cualquier profundidad en particular donde se posicione la herramienta de cable de acero o en forma más específica el detector de rayos gamma alineados. Al colocar el detector de rayos gamma a la profundidad del sensor de datos 16, la configuración de radiación lateral incluirá la característica de rayos gamma del sensor de datos contra una línea de referencia medida. La línea de referencia medida se relaciona a la cantidad de rayos gamma detectados correspondientes al fondo de la formación loc^l .. , . respectiva. El rótulo señalizador de cada sensor de datos 16 producirá una señal intensa sobre esta línea de referencia e identificará el acimut en el cual está situado el sensor de datos, tal como lo representa la figura 5. De esta manera, la herramienta de instalación de antena 38 puede "apuntarse" en forma muy cercana al sensor de datos de interés. La operación adicional de la herramienta 38 se destaca en la secuencia del organigrama de la . figura 7, tal como se describe a continuación. En este punto, la herramienta de cable de acero 30 está situada a la profundidad apropiada y orientada al acimut correcto, tal como se indica en el bloque 800 de la figura 7, y está posicionada correctamente para perforar o crear la abertura lateral 22 a través de la tubería de revestimiento 24 y la capa de cemento 26 próxima al sensor de datos 16 identificado. Con este fin, esta invención utiliza una versión modificada de la herramienta de muestreo de la formación descrita en la patente N°. 5,692,565 de los Estados Unidos, asignada también a la cesionaria de esta invención. La patente '565 en su totalidad se incorpora por referencia a este documento. Perforación de la tubería de revestimiento e instalación de la antena La figura 6 muestra una representación de la herramienta perforadora 38 para crear una abertura lateral en la tubería de revestimiento 24 e instalar una antena en la misma. La herramienta 38 se sitúa dentro de la herramienta de cable de acero 30 entre las herramientas de rotación superior e inferior 34, 36 y tiene un cuerpo cilindrico 217 que encierra la caja interior 214 y sus componentes relacionados. Los pistones de sujeción 215 se activan en forma hidráulica convencional para forzar al obturador de la herramienta 217b contra la pared interior de la tubería de revestimiento 24, formando un sello hermético entre la herramienta de instalación de antena 38 y la tubería de revestimiento 24 y la herramienta estabilizadora 30, tal como se indica en el bloque 801 en la figura 7. La figura 3 ilustra en forma esquemática una alternativa al obturador 217b, en la forma de un conjunto de obturador hidráulico 41, el cual incluye una almohadilla de sellado sobre una placa de apoyo que es movida por pistones hidráulicos para hacer contacto graduado con la tubería de revestimiento 24. Aquellas personas con experiencia en la industria notarán que hay otros medios equivalentes igualmente adecuados para crear un sello entre la herramienta de instalación de antena 38 y la tubería de revestimiento alrededor del área que se va a perforar. Haciendo referencia nuevamente a la figura 6, el pistón de traslación 216 de la caja mueve la caja interior 214 dentro del cuerpo 217 a lo largo del eje del cuerpo, tal como se describe en más detalle a La caja 214 contiene tres subsistemas: un medio para perforar la tubería de revestimiento; un medio para someter a prueba el sello de presión en la tubería de revestimiento; y un medio para instalar una antena en la perforación. El movimiento de la caja interior 214-mediante el pistón de traslación 216 coloca a los componentes de cada uno de los tres subsistemas de la caja interior sobre la perforación sellada de la tubería de revestimiento. El primer subsistema de la caja interior 214 incluye un eje flexible 218 conducido mediante placas de guía coincidentes 242, una de las cuales se muestra en la figura 6A. El motor de accionamiento 220, el cual está sujeto con el soporte de motor 221, hace girar la barrena de perforación 219 mediante el ^^eje flexible 218. El soporte del motor 221 está conectado al motor de traslación 222 mediante un eje ' roscado 223 que hace contacto con la rosca 221a conectada al soporte del motor 221. Así, el motor de traslación 222 hace girar el eje roscado 223 para mover el motor de accionamiento 220 hacia arriba y abajo en relación a la caja interior 214 y la tubería de revestimiento 24. El movimiento descendente del motor de accionamiento 220 aplica una fuerza descendente sobre el eje flexible 218, aumentando la velocidad de penetración de la barrena 219 a través de la tubería de revestimiento 24. El tubo conducto en forma de J 243 formado en las placas de guía 242 transforma la fuerza descendente aplicada al eje 218 a una fuerza lateral en la barrena 219 y también evita que el eje 218 se pandee bajo la carga de empuje átk que aplica a la barrena. A medida que la barrena penetra la tubería de revestimiento, hace una perforación limpia y uniforme que es mucho más preferible que la que se obtiene con cargas perfiladas. La operación de perforación está representada por el bloque 802 en la figura 7. Una vez finalizada la perforación de la tubería de revestimiento, se retira la barrena 219 invirtiendo la dirección del motor de traslación 222. El segundo subsistema de la caja interior 214 se relaciona a la prueba del sello de presión en la tubería de revestimiento. Con este fin, el equipo de control en la superficie, mediante circuitos que pasan por el cable 31, activa el pistón de traslación 216 de la caja para que mueva la caja interior 214 hacia arriba y mueva el obturador 217c alrededor de la abertura en la caja 217. Luego se activa el pistón de ajuste del empacador 224b para forzar al empacador 217c contra la pared interior de la caja 217, formando un pasaje sellado entre la perforación de la tubería de revestimiento y la tubería de flujo 224, tal como se indica en el bloque 803. Entonces puede medirse la presión de la formación de manera convencional y puede obtenerse una muestra de fluido si así se desea, tal como se indica en el bloque 804. Una vez que se hayan tomado las medidas y muestras apropiadas, el pistón 224b se retira para replegar el obturador 217c, tal como se indica en el bloque 805. La figura 8 muestra un medio alterno para perforar una abertura en la tubería de revestimiento, el cual consta de una caja de engranajes en ángulo recto 330 que transforma la torsión proporcionada por el ije de accionamiento articulado 332 a torsión en la barrena de perforación 331. Un pistón hidráulico (no mostrado) activado por el fluido entregado a través de la tubería de flujo 333 aplica empuje a la barrena 331. El pistón hidráulico se activa de manera convencional para mover la caja de engranajes 330 en la dirección de la barrena 331 mediante un componente de apoyo 334 adaptado para un movimiento corredizo a lo largo del canal 335. Una vez finalizada la perforación de la tubería de revestimiento, el pistón hidráulico retira la caja de engranajes 330 y la barrena 331 de la perforación. Entonces se activa el pistón de traslación de la caja 16 para mover la caja interior 214 aún más hacia arriba para alinear el depósito de la antena 226 en posición sobre la perforación de la tubería de revestimiento, tal como se indica en el bloque 806. Entonces se activa el pistón de ajuste de la antena 225 para forzar una antena 28 del depósito 226 a la perforación de la tubería de revestimiento. La secuencia de ajuste de la antena se muestra en forma más específica en las figuras 9A-9C y 10. Haciendo referencia primero a las figuras 9A-9C, la antena 28 incluye dos componentes secundarios diseñados para armado completo dentro de la perforación de la tubería de revestimiento: el enchufe tubular 176 y el cuerpo ahusado 177. El enchufe tubular 176 está formado por un material eslastomérico diseñado para soportar el riguroso ambiente del pozo de sondeo y contiene una abertura cilindrica a través del extremo trasero del mismo y una abertura ahusada de poco diámetro a través del extremo delantero del mismo. El enchufe tubular también incluye un borde trasero 178 para limitar el viaje de la antena al interior de la perforación de la tubería de revestimiento y una costilla intermedia 179 entre regiones ranuradas para ayudar a crear un sello hermético a la presión en la perforación. La figura 10 muestra una sección detallada del conjunto de ajuste de la antena adyacente al depósito de la antena 226. El pistón de fijación 225 incluye un pistón exterior 171 y un pistón interior 180. El ajuste de la antena en la perforación de la tubería de revestimiento es un proceso de dos etapas. Inicialmente durante el proceso de ajuste, ambos pistones, 171, 180, se activan para moverse en la cavidad 181 y empujar una antena 28 al interior de la perforación de la tubería de revestimiento. Esta acción hace que el cuerpo de antena ahusada 177, el cual ya está parcialmente insertado en la abertura en el extremo trasero del enchufe tubular 176 dentro del depósito 226, y el enchufe tubular 176 se muevan hacia la perforación 22 de la tubería de revestimiento, tal como se indica en la figura 9A. Cuando el borde trasero 178 hace contacto con la pared interior de la tubería de revestimiento 24, tal como se muestra en la figura 9B, el pistón exterior 171 se detiene, pero al continuar aplicándose presión hidráulica sobre el conjunto del pistón, el pistón interior 180 vence la fuerza del conjunto de muelle 182 y avanza hacia la abertura cilindrica en el extremo trasero del enchufe tubular 176. De esta manera, el cuerpo ahusado 177 queda totalmente insertado en el enchufe tubular 176, tal como se muestra en la figura 9C. ¡^ El cuerpo de la antena ahusada 177 está equipado con un pasador de antena alargado 177a, una camisa de aislamiento ahusada 177b y una capa aislante externa 177c, tal como se muestra en la figura 9C. El pasador de la anten.a 1.77a se.prolonga. fuera del ancho de.la perforación 22 de la tubería de revestimiento en cada extremo del pasador para recibir señales de datos del sensor de datos 16 y comunicar las señales a un receptor de datos situado en el pozo de sondeo, tal como se describe en detalle a continuación. La camisa aislante 177b tiene forma ahusada cerca del extremo delantero del pasador de la antena para producir un ajuste de interferencia tipo cuña dentro de la abertura ahusada en el extremo delantero del enchufe tubular 176, produciendo un sello hermético a la presión en la interfaz de ^^la antena/perforación. ^^ El depósito 226, mostrado en la figura 10, almacena varias antenas 28 y las alimenta durante el proceso de instalación. Una vez que una antena 28 haya sido instalada en una perforación de la tubería de revestimiento, el conjunto del pistón 225 está completamente replegado y el resorte 186 del conjunto empujador 183 fuerza otra antena hacia arriba. De esta manera se puede instalar una pluralidad de antenas en la tubería de revestimiento 24. Una estructura de antenas alterna se muestra en la figura 9D. En esta representación, el pasador de antena 312 está permanentemente colocado en la camisa aislante 314, la cual a su vez está ^k permanentemente instalada en el cono de ajuste 316. La camisa aislante 314 es de forma cilindrica y el cono de ajuste 316 tiene una superficie exterior cónica y un diámetro interior cilindrico dimensionado para recibir el diámetro exterior de la camisa 314. La camisa de ajuste 318 tiene un diámetro interior cónico dimensionado para recibir la superficie cónica exterior del cono de ajuste 316, y la superficie exterior de la camisa 318 es ligeramente ahusada para facilitar su inserción en la perforación 22 de la tubería de revestimiento. Mediante la aplicación de fuerzas opuestas al cono 316 y a la camisa 318, se obtiene un ajuste de interferencia de metal a metal para sellar el conjunto de la antena 310 en la perforación 22. La aplicación de fuerza mediante pistones activados hidráulicamente opuestos en la dirección de las flechas indicadas en la figura 9D forzará la expansión de la superficie exterior de la camisa 318 y la contracción de la superficie interior del cono 316, produciendo un sello de metal a metal en la perforación o abertura 22 para el conjunto de la antena. La integridad de la antena instalada, ya sea la configuración de las figuras 9A-9C, la configuración de la figura 9D o alguna otra configuración a la cual esta invención es igualmente adaptable, puede someterse a prueba moviendo nuevamente la caja interior 214 con el pistón de traslación 216 para mover el obturador de medición 217c sobre la abertura lateral en la caja 217 y reposicionando el obturador con el pistón 224b, tal como se indica en el bloque 808 en la figura 7. Entonces puede observarse la presión a través de la tubería de flujo 224 para ver si hay fugas, tal como se A?dica en el bloque 809, empleando un pistón de abatimiento o un dispositivo similar para reducir la presión de la tubería de flujo. Cuando se usa un pistón de abatimiento, una fuga se indicará por al aumento de la presión de la tubería de flujo por encima de la presión de abatimiento después que se haya desactivado el pistón de abatimiento. Una vez que se haya completado la prueba de presión, los pistones de sujeción 215 se repliegan para liberar la herramienta 38 y la herramienta de cable de acero 30 de la pared de la tubería de revestimiento, tal como se indica en el bloque 810. En este punto, la herramienta puede reposicionarse en la tubería de revestimiento para la instalación de otras antenas o retirarse del pozo de sondeo. Receptor de datos Después de que la antena 28 se haya instalado y sellado correctamente en posición, una herramienta de cable de acero conteniendo el receptor de datos 60 se inserta en el pozo de sondeo entubado para comunicarse con el sensor de datos 16 mediante la antena 28. El receptor de datos 60 incluye circuitos de transmisión y recepción para transmitir señales de órdenes mediante la antena 28 al sensor inteligente de datos 16 y recibir señales de datos de la formación mediante la antena desde el sensor inteligente. En forma más particular, en referencia a la figura 11, la comunicación entre el receptor de datos k 60 dentro de la tubería de revestimiento 24 y el sensor de datos 16 situado fuera de la tubería de revestimiento se logra en una representación preferida mediante dos antenas circulares 14a y 14b. Las antenas están empotradas en el conjunto de antena 28 que se situó dentro de la abertura 22 con la herramienta de instalación de antena 38. La primera antena circular 14a se sitúa paralela al eje de la tubería de revestimiento y la segunda antena circular 14b se sitúa perpendicular al eje de la tubería de revestimiento. Por consiguiente, la primera antena 14a es sensible a campos magnéticos pefendiculares al eje de la tubería de revestimiento y la segunda antena 14b es sensible a campos magnéticos paralelos al eje de la tubería de revestimiento. El sensor de datos 16, conocido también como un proyectil inteligente, contiene en una representación preferida dos antenas circulares similares 15a y 15b. Las antenas circulares tienen la misma orientación relativa una a otra que las antenas circulares 14a y 14b. Sin embargo, las antenas circulares 15a y 15b están conectadas en serie, tal como se indica en la figura 11, de modo que la combinación de estas dos antenas es sensible a ambas direcciones del campo magnético irradiado por las antenas circulares 14a y 14b. El receptor de datos en la herramienta dentro de la tubería de revestimiento utiliza una cavidad de microondas 62 que tiene una ventana 64 adaptada para un posicionamiento cercano contra la cara ^Biterior de la pared de la tubería de revestimiento 24. El radio de curvatura de la cavidad es idéntico o muy parecido al radio interior de la tubería de revestimiento, de modo que una gran parte del área de la superficie de la ventana está en contacto con la pared interior de la tubería de revestimiento.. La tubería de revestimiento cierra, efectivamente la cavidad de microondas 62, excepto por la abertura perforada 22 contra la cual se posiciona el frente de la ventana 64. Dicho posicionamiento puede lograrse mediante el uso de componentes similares a aquellos descritos arriba con respecto a la herramienta de cable de acero , tales como las herramientas de rotación, un detector de rayos gamma y pistones de sujeción. (No se incluirá ninguna descripción adicional del posicionamiento de dicho receptor de datos en este tubería de revestimiento, proporcionando un medio de comunicación bidireccional entre la cavidad de microondas de detección 62 y las antenas 15a y 15b de los sensores de datos. La comunicación desde la cavidad de microondas se proporciona a una frecuencia F correspondiente a un modo resonante específico, mientras que las comunicaciones del sensor de datos se logra al doble de la frecuencia o 2F. Las dimensiones de la cavidad se seleccionan para tener una frecuencia resonante cercana a 2F. La figura 11 ilustra los campos eléctricos 66, 68 y los campos Ét magnéticos 70, 72 relevantes para ayudar a visualizar las configuraciones de los campos de la cavidad. En una representación preferida, la cavidad cilindrica 62 tiene un radio de 5 cm y una extensión vertical de aproximadamente 30 cm. Se utiliza un sistema de coordenadas cilindricas (z, p, f) para representar cualquier localidad física dentro de la cavidad. El campo electromagnético (EM) excitado dentro de la cavidad tiene un campo eléctrico con componentes Ez, Ep y Ef y un campo magnético con componentes Hz, Hp y Hf. En el modo de transmisión, la cavidad 62 se excita con energía de microondas alimentada desde el oscilador 74 y el amplificador de potencia 76 a través de la conexión 78, una línea coaxial conectada a un pequeño dipolo eléctrico situado en el extremo superior de la cavidad 62 del receptor de datos 60. En el modo de recepción, el dipolo magnético vertical 80 conectado a un amplificador del receptor 82 sintonizado a 2F detecta la energía de microondas excitada en la cavidad 62 a una frecuencia 2F.

Es un hecho conocido que las cavidades de microondas tienen dos modos fundamentales de resonancia. El primero se denomina modo magnético transversal o "TM" (Hz = 0) y el segundo modo se denomina eléctrico transversal o "TE" (Ez = 0). Por lo tanto, estos dos modos son ortogonales y pueden distinguirse no sólo por discriminación de frecuencia, sino que también por la orientación física de un ipolo eléctrico o magnético situado dentro de la cavidad ya sea para excitarlos o detectarlos, una característica que esta invención utiliza para separar las señales excitadas a la frecuencia F de las señales excitadas a 2F. En el punto de resonancia, la cavidad exhibe un valor alto.de Q, o efecto de pérdida por amortiguación, cuando la frecuencia del campo EM dentro de la cavidad está cercana a la frecuencia resonante, y un valor muy bajo de Q cuando la frecuencia del campo EM dentro de la cavidad es diferente de la frecuencia resonante de la cavidad, proporcionando amplificación adicional de cada modo y aislamiento entre modos diferentes. Las expresiones matemáticas para los componentes de campo eléctrico (E) y magnético (H) de los modos TM y TE están dadas por los siguientes términos: Para los modos TM: Ez = Ep = /sin = sen/ Ef = .../sin = sen Hp = .../sin = sen/ Hf = con una frecuencia resonante /equation/ y los modos TE: Ez = 0 Ep = .../sin = sen/ Ef = .../sin = sen/ Hz = .../sin = sen/ Hp = Hf = .../sin = sen/ con una frecuencia resonante /equation/ Sonde: Q = coeficiente de amortiguación; n, m = enteros que caracterizan la serie infinita de frecuencias resonantes para los componentes acimutal (f) y vertical (z); i = orden de la raíz de la ecuación; c = velocidad de la luz en vacío; µ, e = propiedad magnética y dieléctrica del medio dentro de la cavidad, respectivamente; F = frecuencia; /equation/ k = número de onda = /equation/ R, L = radio y longitud de la cavidad, respectivamente; Jn = Función de Bessel de orden n; /equation/ ?p¡ = raíz de Jn (?p¡) = 0; y s„, = raíz de Jn (sn!) = 0.

Las dimensiones de la cavidad (R y L) se seleccionaron de manera que: /equation/ Una de las soluciones para FTMp!m es seleccionar el modo TM correspondiente a n = 0, i = 1 , m = 0 y ?o, = 2,40483, lo que corresponde al modo de frecuencia más baja de TM (al reducirse la frecuencia se reduce la pérdida por amortiguación de la cavidad). Esta selección produce los siguientes resultados: /equations/ con FTM010 = /equation/ Una solución para FTMnim es seleccionar el modo TE correspondiente a n = 2, i = 1, m= 1 y s2, = 3,0542. Esta selección es ortogonal a la selección del modo TM010 anterior y produce una frecuencia para el modo TE que es el doble de la frecuencia TM010. Esta selección de modo TE produce los siguientes Pesultados: /equations — sin = sen/ con /equation/ El modo TM puede excitarse ya sea con un dípolo eléctrico vertical (Ez) o un dipolo magnético horizontal (lazo vertical Hf), mientras que el modo TE puede excitarse con un dipolo magnético vertical ^^(lazo horizontal Hz). En la figura 12, 2FTM010 y FTE21, se grafican en función de la longitud de la cavidad L para un radio de la cavidad de R = 5 cm. Para L s 28 cm, el modo TE alcanza el punto de resonancia al doble del modo TM y, dadas las dimensiones de la cavidad, se determinan las siguientes frecuencias resonantes: /equations/ Aquellas personas con experiencia común en la industria relacionada, dado el beneficio de esta divulgación, notarán que los valores exactos de las frecuencias resonantes pueden diferir de aquellos establecidos arriba con el cambio en la forma, dimensiones y material de relleno de la cavidad. También ÉKk debe entenderse que los dos modos descritos anteriormente son sólo un posible conjunto de modos resonantes y que hay, en principio, un conjunto infinito del que se puede elegir. En cualquier caso, la gama de frecuencia preferible para esta invención corresponde a la gama de 100 MHz a 10 GHz. También debe entenderse que la gama de frecuencia podría extenderse fuera de esta gama preferida sin desviarse del espíritu de esta invención. También es un hecho conocido que una cavidad puede excitarse colocando correctamente un dipolo eléctrico, dipolo magnético, una abertura (es decir, una ranura aislada sobre una superficie conductora) o una combinación de ambos estos dentro de la cavidad o sobre la superficie exterior de la cavidad. Por ejemplo, las antenas circulares de acoplamiento 14a y 14b podrían reemplazarse con dipolos eléctricos o una simple abertura. Las antenas circulares de los sensores de datos también podrían reemplazarse con una unidad individual o una combinación de dipolos eléctricos y/o magnéticos y/o apertura(s).

La figura 13 muestra un diagrama esquemático de esta invención, incluyendo un organigrama de la electrónica del receptor de datos. Tal como se estableció arriba, el oscilador de microondas síntonizable 74 opera a una frecuencia F para excitar el amplificador de potencia de microondas 76 conectado al dipolo eléctrico 78 situado cerca del centro de un lado del receptor de datos 60. El dipolo alineado con el eje z para proporcionar un acoplamiento máximo al componente Ez del modo TM010 (ecuación (1) abajo (Ez es el valor máximo para p = 0.)). Para determinar si la frecuencia F del oscilador está sintonizada a la frecuencia resonante de TM010 de la cavidad 62, el dipolo magnético horizontal 88, un lazo vertical pequeño sensible a HfTM101 (ecuación (2) abajo), se conecta mediante el cable coaxial al interruptor 81 y, a través del interruptor 81, a un amplificador del receptor de microondas 90 sintonizado a F. La frecuencia F se ajusta hasta que se reciba una señal máxima en el receptor sintonizado 90 mediante la retroalimentación 83. h/equations - sin = sen/ Para sintonizar la cavidad a la frecuencia 2F del modo TE211, se produce una señal de sintonización 2F en el circuito sintonizador 84 rectificando una señal a la frecuencia F que proviene del oscilador 74 a través del interruptor 85 mediante un diodo similar al diodo 19 utilizado con el sensor de datos 16. La salida del sintonizador 84 se conecta mediante un cable coaxial al dipolo magnético vertical 86, un lazo horizontal pequeño sensible a Hz de TM211 (ecuación (4) anterior), para excitar el modo TE211 a la frecuencia 2F. Un dipolo magnético horizontal 80 similar, un lazo horizontal pequeño que k también es sensible a Hz de TM211 (ecuación (4)), se conecta a un circuito receptor de microondas 82 sintonizado a 2F. La salida del receptor 82 se conecta al control de motor 92 que acciona un motor eléctrico 94 moviendo un pistón 96 para cambiar la longitud L de la cavidad, de una manera conocida para las cavidades de microondas sintonizables, hasta que se recibe una señal máxima y el receptor 82 está sintonizado. Será aparente para aquellas personas con experiencia común en la industria que una antena circular individual podría reemplazar las antenas 80 y 86 conectadas a ambos circuitos 82 y 84.

Una vez que la frecuencia F de TM y la frecuencia 2F de TE estén sintonizadas, puede iniciarse el ciclo de medición, asumiendo que la ventana 64 de la cavidad 62 se haya posicionado en la dirección del sensor de datos 16 y que la antena 28 conteniendo las antenas circulares 14a y 14b u otro medio de comunicación equivalente, se haya instalado correctamente en la abertura 22 de la tubería de revestimiento. Puede lograrse un acoplamiento máximo para el modo TE211 si el receptor de datos 60 se posiciona de manera tal que la antena 28 esté aproximadamente nivelada con el centro de la cavidad de microondas 62. En este respecto, debe notarse que HfTMO?0 es independiente de z, pero HzTE2p está en un valor máximo para z = L/2.

Medición y adquisición de datos de la formación ^P La secuencia de medición y adquisición de datos de la formación se inicia excitando energía de microondas en la cavidad 62 con el oscilador 74, el amplificador de potencia 76 y el dipolo eléctrico 78. La energía de microondas se acopla a las antenas circulares 15a y 15b del sensor de datos o proyectil inteligente mediante las antenas circulares de acoplamiento 14a y 14b en el conjunto de antenas 28. De esta manera, el haz de energía de microondas se dirige fuera de la tubería de revestimiento a la frecuencia F determinada por la frecuencia del oscilador e indicada en el diagrama de temporización de la figura 15 en 120. La frecuencia F puede seleccionarse dentro de la gama de 100 MHz a 10 GHz, tal como se describió arriba. Haciendo referencia nuevamente a la figura 13, tan pronto como la energia de microondas transmitida activa el proyectil inteligente 16, las antenas circulares 15a y 15b del receptor situadas dentro del proyectil inteligente irradian de regreso una onda electromagnética a 2F o el doble de la frecuencia original, tal como se indica en 121 en la figura 15. Un diodo de umbral bajo 19 está conectado en las antenas circulares 15a y 15b. Bajo condiciones normales, y especialmente en el modo "inactivo", el interruptor electrónico 17 está abierto para reducir al mínimo el consumo de potencia. Cuando las antenas circulares 15a y 15b se activan con el campo de microondas electromagnético transmitido, se induce una tensión en las antenas circulares 15a y 15b, y como resultado fluye una corriente por las antenas. Sin embargo, el diodo 19 sólo permite el flujo de corriente en una dirección. Esta falta de linearidad elimina la corriente inducida a la frecuencia fundamental F y produce una corriente con la frecuencia fundamental de 2F. Durante este tiempo, la cavidad de microondas 62 se utiliza también como receptor y está conectada al amplificador del receptor 82 que está sintonizado a 2F. En forma más específica y ahora haciendo referencia a la figura 14, cuando el circuito detector 100 del sensor de datos sintonizado a 2F detecta una señal que sobrepasa un umbral fijo, el sensor de datos 16 o proyectil inteligente pasa de un estado inactivo a un estado activo. Su electrónica se cambia a modo de adquisición y transmisión y se activa el controlador 102. En el instante después de la orden del controlador 102, la información de presión detectada por el indicador de presión 104 u otra información detectada por detectores adecuados se convierte a información digital y es almacenada en el circuito de memoria 106 del conversor analógico a digital (ADC). Luego, el controlador 102 activa la secuencia de transmisión convirtiendo la información digital del indicador de presión a una señal digital en serie que induce en encendido y apagado del interruptor 17 mediante un circuito de control 108 de la bobina del receptor. Varios esquemas de transmisión de datos son posibles. La figura 15 muestra un esquema de transmisión de modulación de ancho de impulso con fines ilustrativos. Se inicia una secuencia de iP -ansmisión enviando una configuración de sincronización a través del encendido y apagado del interruptor 17 durante un tiempo predeterminado, Ts. Bits 1 y 0 corresponden a una configuración similar, pero con secuencia de tiempo de "encendido/apagado" diferente (TI y TO). La señal difundida de regreso por el sensor de datos a 2F sólo se emite cuando el interruptor 17 está apagado. Como resultado, el decodificador digital 1 10 en la electrónica de la herramienta mostrada en la figura 13 recibe y decodifica algunas configuraciones de tiempo únicas. Estas configuraciones se muestran bajo los números de referencia 122, 123 y 124 en la figura 15. La configuración 122 se intefreta como una orden de sincronización; 123 como Bit 1 y 124 como bit 0. ^^ Una vez que la información del indicador de presión u otra información digital se haya detectado y almacenado en la electrónica del receptor, el transmisor de potencia de la herramienta se apaga. El sensor de datos objetivo ya no está activado y pasa nuevamente al modo "desactivado" hasta que el receptor de datos inicie la próxima adquisición. Una batería pequeña 112 situada dentro del sensor de datos alimenta la electrónica asociada durante la adquisición y transmisión. Aquellas personas con experiencia en la industria notarán que, una vez que los sensores de datos, tales como la representación preferida de "proyectil inteligente" aquí descrita, se hayan desplegado en la formación del pozo de sondeo y hayan proporcionado las capacidades de adquisición de datos mediante ? mediciones como las mediciones de presión durante la perforación en un pozo de sondeo abierto, será conveniente continuar utilizando los sensores de datos después que se haya instalado la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo. La invención aquí divulgada describe un método y aparato para comunicarse con los sensores de datos detrás de la tubería de revestimiento, permitiendo que dichos sensores de datos se utilicen para la observación continua de parámetros de la formación tales como la presión, temperatura y permeabilidad durante la producción del pozo. Aquellas personas con experiencia en la industria notarán también que el uso más común de esta invención probablemente será en el interior de pozos de sondeo de 8-1/2 pulgadas en asociación con lastrabarrenas de 6-3/4 pulgadas. Para optimizar y asegurar el éxito del despliegue de los sensores de datos 16, es necesario modelar y evaluar varios parámetros interrelacionados. Estos incluyen: la resistencia a la penetración de la formación versus la profundidad de penetración requerida de la formación; los parámetros y requisitos del sistema de "pistolas" de despliegue versus el espacio - - disponible en el lastrabarrenas; la velocidad del sensor de datos ("proyectil") versus la desaceleración de impacto; y otros. Para pozos de sondeo de más de 8-1/2 pulgadas, los requisitos geométricos son menos estrictos. Pueden utilizarse sensores de datos más grandes en el sistema de despliegue, en particular a menos ^profundidad donde se reduce la resistencia a la penetración de la formación. Así, es concebible que para pozos de sondeo de más de 8-1/2 pulgadas, los sensores de datos: de tamaño más grande; acomodarán más dispositivos eléctricos; serán capaces de comunicarse a una distancia mayor del pozo de sondeo; serán capaces de tomar medidas múltiples, tales como resistividad, sonda de resonancia magnética nuclear, funciones de acelerómetro y serán capaces de actuar como estaciones de relevo de datos para los sensores situados aún más lejos del pozo de sondeo. Sin embargo, se contempla que el desarrollo futuro de componentes miniaturizados probablemente reducirá o eliminará dichas limitaciones con respecto al tamaño del pozo de sondeo. ^ En vista de lo anterior, es evidente que esta invención está bien adaptada para cumplir todos los objetivos, establecidos arriba, junto con otros objetivos que son inherentes en el aparato divulgado en este documento. Como será inmediatamente aparente para aquellas personas con experiencia en la industria, esta invención puede producirse fácilmente en otras formas específicas sin desviarse de su espíritu o características esenciales. Por lo tanto, la representación aquí divulgada deben considerarse simplemente como ilustrativa y no restrictiva. El alcance de la invención se indica en las reivindicaciones que se presentan a continuación, más bien que en la descripción anterior, y, por lo tanto, todos los cambios fflfc incluidos en el significado y margen de equivalencia de las reivindicaciones están supuestos a considerarse en las mismas.

Claims (25)

1. R N O N S .
2. Un método para comunicarse, después de la instalación de la tubería de revestimiento en un pozo de sondeo, con un sensor de datos que se desplegó a distancia antes de la instalación de la tubería de revestimiento en una formación subterránea penetrada por el pozo de sondeo, que consta de los siguientes pasos: (a) instalación de una antena en la pared de la tubería de revestimiento; y (b) inserción de un receptor de datos en el pozo de sondeo entubado para comunicarse con el sensor de datos mediante la antena y recibir señales de datos de la formación detectadas y transmitidas por el sensor de datos.
3. Un método para comunicarse, después de la instalación de la tubería de revestimiento en un pozo de sondeo, con un sensor de datos que se desplegó a distancia antes de la instalación de la tubería de revestimiento en una formación subterránea penetrada por el pozo de sondeo, que consta de los siguientes pasos: (a) identificación de la ubicación del sensor de datos en la formación subterránea; (b) creación de una abertura en la pared de la tubería de revestimiento próxima a la ubicación del sensor de datos; (c) instalación de una antena en la pared de la tubería de revestimiento; y (d) inserción de un receptor de datos en el pozo de sondeo entubado próximo a la antena para comunicarse con el sensor de datos mediante la antena y recibir señales de datos de la formación detectadas y transmitidas por el sensor de datos.
4. El método de la reivindicación 2, donde el sensor de datos está equipado con un medio para transmitir una señal característica y la ubicación del sensor de datos se identifica detectando la señal característica.
5. El método de la reivindicación 2, donde el sensor de datos está equipado con un rótulo señalizador de rayos gamma para transmitir una señal característica de dicho rótulo, y el paso de identificar la ubicación del sensor de datos incluye lo siguiente: determinación de la profundidad del sensor de datos utilizando registros de rayos gamma de pozo descubierto y la señal característica del rótulo señalizador del sensor de datos; y determinación del acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo utilizando un detector de rayos gamma y la señal característica del rótulo señalizador. - El método de la reivindicación 4, donde el acimut del sensor de datos se determina utilizando un detector de rayos gamma alineados.
6. El método de la reivindicación 2, donde la antena se instala en la abertura en la tubería de revestimiento utilizando una herramienta de cable de acero.
7. El método de la reivindicación 6, donde el receptor de datos incluye una cavidad de microondas.
8. El método de la reivindicación 2, donde el paso de identificar la ubicación del sensor de datos consta de los pasos de identificar la profundidad y el acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo.
9. Un método para medir los parámetros de una formación terrestre subterránea que consta de los siguientes pasos: (a) perforación de un pozo de sondeo en una formación terrestre subterránea con una sarta de perforación equipada con un medio de detección movible desde una posición replegada dentro del lastrabarrenas a una posición desplegada dentro de la formación terrestre subterránea fuera del pozo de sondeo, en que el medio de detección tiene circuitos electrónicos adaptados para detectar parámetros seleccionados de la formación y proporcionar señales de salida de datos que representan los parámetros detectados de la formación; (b) con el lastrabarrenas en una ubicación deseada en relación a una formación subterránea de interés, moviendo el medio de detección desde una posición replegada dentro de la herramienta a una posición desplegada dentro de la formación subterránea de interés hacia afuera del pozo de sondeo; (c) instalación de la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo; (d) identificación de la ubicación del sensor de datos en la formación subterránea; (e) creación de una abertura en la pared de la tubería de revestimiento e instalación de una antena en la misma, próxima a la ubicación del sensor de datos; (e) inserción de un medio de recepción en el pozo de sondeo entubado; (f) activación electrónica del medio de detección, haciendo que el medio de detección detecte los parámetros seleccionados de la formación y transmita señales de datos representativas de los parámetros detectados de la formación; y (g) recepción de las señales de salida de datos del medio de detección con el medio de ^P recepción.
10. 10. Un aparato para adquirir señales de datos en un pozo de sondeo entubado desde un sensor de datos que se desplegó a distancia antes de la instalación de la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo, en una formación subterránea penetrada por el pozo de sondeo, que consta de lo siguiente: (a) una antena adaptada para instalarse en una abertura formada en la pared de la tubería de revestimiento instalada en el pozo de sondeo; y ^^ (b) un receptor de datos adaptado para insertarse en el pozo de sondeo entubado para comunicarse con el sensor de datos mediante la antena y recibir señales de datos de la formación detectadas y transmitidas por el sensor de datos.
11. 11. El aparato de la reivindicación 10, que consta además de lo siguiente: (c) un medio de identificación de la ubicación del sensor de datos en la formación subterránea; (d) un medio para crear una abertura en la pared de la tubería de revestimiento próxima a la ubicación del sensor de datos; y (e) un medio para instalar dicha antena en la abertura de la pared de la tubería de revestimiento.
12. 12. Un aparato para adquirir datos de una formación terrestre subterránea, que consta de lo siguiente: (a) un sensor de datos adaptado para posicionamiento remoto desde un lastrabarrenas de una sarta de perforación dispuesta en un pozo de sondeo a una posición desplegada dentro de una formación subterránea seleccionada intersectada por el pozo de sondeo para detectar datos y transmitir señales de datos representativas de al menos un parámetro de la formación; (b un medio para identificar la ubicación del sensor de datos en la formación subterránea después de la instalación de la tubería de revestimiento en el pozo de sondeo (c) una antena para comunicarse con dicho sensor de datos; (d) un medio para instalar dicha antena en una abertura en la pared de la tubería de revestimiento próxima a la ubicación del sensor de datos. IS.
13. El aparato de la reivindicación 12, donde dicho sensor de datos está equipado con un medio para transmitir una señal característica utilizada por dicho medio de identificación de ubicación.
14. 14. El aparato de la reivindicación 12, donde dicho sensor de datos está equipado con un rótulo señalizador de rayos gamma para transmitir una señal característica del rótulo señalizador y en que dicho medio de identificación de ubicación consta de lo siguiente: un registro de rayos gama de pozo descubierto para determinar la profundidad de dicho sensor de datos y un detector de rayos gamma para determinar el acimut de dicho sensor de datos en relación al pozo de sondeo.
15. 15. El aparato de la reivindicación 14, donde el detector de rayos gamma es un detector de rayos ^^ gamma alineados.
16. 16. El aparato de la reivindicación 12, donde dicho medio de instalación de la antena incluye una herramienta de cable de acero.
17. 17. El aparato de la reivindicación 16, donde dicha herramienta de cable de acero incluye: un medio para identificar el acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo; un medio para rotar la herramienta de cable de acero al acimut identificado; áttk un medio para crear una abertura a través de la tubería de revestimiento y el cemento en el acimut identificado; y un medio para instalar dicha antena en la abertura en la tubería de revestimiento.
18. El aparato de la reivindicación 12, que consta además de un receptor de datos adaptado para posicionarse en el pozo de sondeo entubado próximo a dicha antena para comunicarse con dicho sensor de datos mediante dicha antena para recibir las señales de datos de la formación transmitidas por dicho sensor de datos.
19. 19. Un aparato para establecer comunicación con un sensor de datos que se encuentra en una formación subterránea penetrada por un pozo de sondeo entubado, que consta de lo siguiente: un medio de identificación de la ubicación del sensor de datos en la formación; un medio para crear una perforación en la tubería de revestimiento próxima a la ubicación identificada del sensor de datos; una antena para comunicarse con el sensor de datos; y un medio para insertar dicha antena en la perforación de la tubería de revestimiento.
20. 20. El aparato de la reivindicación 19, que consta además de una caja adaptada para moverse en el pozo de sondeo entubado y que contiene dicho medio de identificación de ubicación, dicho medio de creación de perforación y dicho medio de inserción de la antena.
21. 21. El aparato de la reivindicación 20, donde dicha caja está suspendida en un cable de acero que puede subir o bajar dicha caja en el pozo de sondeo. ^^
22. 22. El aparato de la reivindicación 20, donde el sensor de datos emite una señal de radiación precisa y donde dicho medio de identificación de ubicación consta de lo siguiente: registros de radiación de pozo descubierto para determinar la profundidad del sensor de datos; y un detector de radiación transportado dentro de dicha caja para determinar el acimut del sensor de datos en relación al pozo de sondeo.
23. 23. El aparato de la reivindicación 20, donde dicha caja tiene una abertura lateral y dicho aparato consta además de un medio para rotar dicha caja en relación al pozo de sondeo entubado para át^ posicionar la abertura en dicha caja substancialmente en el acimut del sensor de datos.
24. 24. El aparato de la reivindicación 23, donde dicho medio de creación de una perforación consta además de un medio para asegurar dicha caja en una localidad substancialmente fija en el pozo de sondeo entubado; un medio de perforación dentro de dicha caja para crear una perforación en la tubería de revestimiento del pozo de sondeo; y un medio transportado en dicha caja para activar dicho medio de perforación.
25. 25. El aparato de la reivindicación 24, donde el medio de perforación consta de: una barrena de perforación adaptada para perforar la tubería de revestimiento; un medio para rotar la barrena de perforación en relación a la tubería de revestimiento para crear la perforación en la misma; y un medio conectado a dicha caja para aplicar fuerza a la barrena de perforación transversal al pozo de sondeo para que la barrena atraviese la tubería de revestimiento mientras el medio de rotación la hace rotar. El aparato de la reivindicación 20, donde dicho medio inserción de la antena consta de: un medio transportado dentro de dicha caja para almacenar una pluralidad de antenas adaptadas para comunicarse con el sensor de datos; un medio para mover una antena en posición para insertarla en la perforación; y un medio para forzar esa antena a través de la abertura en dicha caja a la perforación en la tubería de revestimiento.