MX2012010692A

MX2012010692A - Esquema de correccion para berreno de perforacion multi-etapa para herramientas de induccion multi-componente.

Info

Publication number: MX2012010692A
Application number: MX2012010692A
Authority: MX
Inventors: Junsheng Hou; Michael S Bittar
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-11-06
Also published as: US10365392B2; US20160274263A1; AU2011232848A1; US20130073206A1; AU2011232848B2; CA2786913A1; BR112012021270A2; EP2510385A1; EP2510385A4; WO2011123379A1; US9364905B2

Abstract

Se divulgan varias herramientas, sistemas y métodos de perfilaje de resistividad. Al menos algunas modalidades de sistema incluyen una herramienta de perfilaje y al menos un procesador. La herramienta de perfilaje proporciona mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor que incluyen al menos acoplamiento directo a lo largo del eje de herramienta longitudinal (Czz), acoplamiento directo a lo largo del eje perpendicular (Czz ó Cyy), y acoplamiento cruzado a lo largo de los ejes longitudinal y perpendicular (Cxz, Cyz, Czx ó Czy. El procesador lleva a cabo una inversión multietapas de dichas mediciones de acoplamiento de transmisor- receptor para obtener valores para parámetros modelo. Con base al menos en parte de los parámetros modelo, el procesador determina las correcciones de barreno de perforación para las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor y puede proporcionar, además, uno o más registros derivados de las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor corregidas del barreno de perforación. En al menos algunas modalidades, el montaje de herramienta de perfilaje recolecta, además, mediciones de tamaño de barreno de perforación y mediciones de resistividad de fluido de barreno de perforación para su uso en el desempeño de la inversión y la determinación de las correcciones del barreno de perforación.

Description

ESQUEMA DE CORRECCIÓN PARA BARRENO DE PERFORACIÓN MULTI- ETAPA PARA HERRAMIENTAS DE INDUCCIÓN MULTI-COMPONENTE REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUD RELACIONADA La presente solicitud reclama prioridad de la Solicitud Provisional de Patente Estadounidense No. 61/319,291, titulada "Multi-Step Borehole Correction Scheme for Multi-Component Induction Tools" y presentada el 31 de Marzo de 2010, por los inventores Junsheng Hou y Michael Bittar. Esta solicitud se incorpora en este documento mediante referencia.

ANTECEDENTES En el campo de la perforación y el perfilaje de pozos petroleros, las herramientas de perfilaje de resistividad se usan f ecuentemente para proporcionar una indicación de la resistividad eléctrica de las formaciones de rocas que rodean un barreno de perforación. Dicha información relacionada con la resistividad es útil para la determinación de la presencia o ausencia de hidrocarburos. Una herramienta típica de perfilaje de resistividad incluye una antena transmisora y un par de antenas receptoras ubicadas a diferentes distancias desde la antena transmisora a lo largo del eje de la herramienta. La antena transmisora se usa para crear campos electromagnéticos en la formación circundante. En cambio, los campos electromagnéticos en la formación inducen un voltaje eléctrico en cada antena receptora. Debido al esparcimiento geométrico y la absorción por la formación de tierra circundante, los voltajes incluidos en las dos antenas receptoras tienen diferentes fases y amplitudes. Los experimentos han demostrado que la diferencia de fase (f) y la proporción de amplitud (atenuación, A) de los voltajes inducidos en las antenas receptoras, son indicativos de la resistividad de la formación. La profundidad de la investigación (como se definió por una distancia radial desde el eje de la herramienta) a la que dicha medición de resistividad pertenece, es una función de la frecuencia del transmisor y la distancia desde el transmisor al punto medio entre los dos receptores. Por lo tanto, una persona puede lograr múltiples profundidades radiales de investigación de resistividad ya sea al proporcionar transmisores múltiples a diferentes distancias desde el par receptor o al operar un solo transmisor a múltiples frecuencias .

Muchas formaciones son eléctricamente anisotrópicas, una propiedad que es generalmente atribuible a formación de capas extremadamente finas durante la construcción sedimentaria de la formación. Por lo tanto, en un sistema de coordenadas de formación orientado de tal forma que el plano x-y sea paralelo a las capas de la formación y el eje z sea perpendicular a las capas de la formación, las resistividades Rx y Ry en las direcciones x y y, respectivamente, son las mismas, pero la resistividad Rx en la dirección z es diferente de Rx y Ry. Por lo tanto, la resistividad en una dirección paralela al plano de la formación (ej . , el plano x-y) , es conocida como la resistividad horizontal, Rh, y la resistividad en la dirección perpendicular al plano de la formación (ej . , la dirección z) es conocida como la resistividad vertical, Rv. El índice de anisotropía, r\, se define como n_=[Rv/Rh]H- El ángulo de inclinación relativa, T, es el ángulo entre el eje de la herramienta y lo normal al plano de la formación. La anisotropía resistiva y el ángulo de inclinación relativa, tienen cada una efectos relevantes en las mediciones de las herramientas del perfilaje de resistividad. Como resultado, los sistemas de perfilaje de resistividad cuentan para la formación de la anisotropía y la inclinación relativa si se deben obtener registros exactos de resistividad. En la Patente Estadounidense 6,163,155, Michael Bittar divulga un enfoque tal que usa herramientas de perfilaje de resistividad que tienen antenas transmisoras y/o receptoras inclinadas. Bittar y Hu divulgan, además, ciertas técnicas para el proceso de las mediciones de dichas herramientas de perfilaje de antenas inclinadas en las solicitudes relacionadas Nos. PCT/US06/062149 y PCT/US07/64221. Las mejoras a estos enfoques divulgados han sido desarrolladas y se presentan en este documento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Un mejor entendimiento de las modalidades divulgadas se puede obtener cuando se considera la siguiente descripción detallada junto con los dibujos que se acompañan, en los que: La Figura 1 muestra un perfilaje ilustrativo durante el entorno de perforación incluyendo las plataformas de formación de inclinación; La Figura 2 muestra un entorno de perfilaje de cableado ilustrativo, incluyendo las plataformas de formación de inclinación; La Figura 3 muestra configuraciones ilustrativas de antena para una herramienta de perfilaje de inducción multi-componente; La Figura 4 muestra un modelo ilustrativo de herramienta para definir un tensor de conductividad medida ; La Figura 5 es una vista esquemática en perspectiva de un sistema Cartesiano de coordinadas en una formación sedimentaria de tierra; La Figura 6 muestra una relación entre el sistema de coordenadas de una herramienta, un barreno de perforación y una plataforma de formación de inclinación; La Figura 7 muestra una relación entre el sistema de coordenadas de una herramienta excéntrica y un barreno de perforación elíptico; La Figura 8 es un diagrama de flujo de un método ilustrativo de corrección de barreno de perforación para un tensor de conductividad medida; La Figura 9 es un diagrama de flujo de un método ilustrativo de inversión multi-etapas para barrenos de perforación verticales; La Figura 10 es un diagrama de flujo de un método ilustrativo de inversión multi-etapas para las formaciones de inclinación; La Figura 11 muestra una geometría de prueba ilustrativa; Las Figuras 12-14 muestran los resultados ilustrativos de la corrección del barreno de perforación a frecuencias de señal de 12, 36 y 72 kHz.

A manera de ejemplo, se muestran modalidades de método y sistemas específicas en los dibujos, y se describen a mayor detalle más adelante. Deberá entenderse, sin embargo, que los dibujos y la descripción detallada no pretenden limitar la divulgación, sino al contrario, la intención es la de amparar todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA De conformidad, varias herramientas, sistemas y métodos se divulgan para el perfilaje multi-componente de inducción con corrección de barreno de perforación multi-componente. Al menos algunas modalidades del sistema incluyen una herramienta de perfilaje y al menos un procesador. La herramienta de perfilaje proporciona mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor que incluyen al menos el acoplamiento directo a lo largo del eje de herramienta longitudinal (Czz) , acoplamiento directo a lo largo del eje perpendicular (Cxx o Cyy) , y acoplamiento cruzado a lo largo de los ejes longitudinal y perpendicular (Cxz, Cyz, Czx o Czy) . El procesador lleva a cabo una inversión multi-etapa de dichas mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor para obtener valores para parámetros modelo (ej., Rh, Rv, inclinación y excentricidad) . Con base en al menos parte de los parámetros modelo, el procesador determina las correcciones de barreno de perforación para las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor y puede, además, proporcionar uno o más registros derivados de las mediciones corregidas de acoplamiento del transmisor-receptor del barreno de perforación. En al menos algunas modalidades, el montaje de la herramienta de perfilaje recolecta, además, mediciones del tamaño del barreno de perforación y mediciones de la resistividad del fluido del barreno de perforación para su uso en el desempeño de la inversión y la determinación de las correcciones del barreno de perforación.

La herramienta, sistema y métodos divulgados son mejor entendidos en el contexto de los sistemas más grandes en los que operan. De conformidad, la Figura 1 muestra un perfilaje ilustrativo durante el tiempo de perforación (LWD por sus siglas en inglés) . Una plataforma de perforación (102) está equipada con un castillete de perforación (104) que soporta un montacargas (106) para subir y bajar una sarta de perforación (108) . El montacargas (106) suspende una unidad superior (110) que gira la sarta de perforación (108) a medida que la sarta de perforación es bajada a través de la cabeza del pozo (11) . Las secciones de la sarta de perforación (108) están conectadas mediante conectores roscados (107). Una broca (114) está conectada al extremo inferior de la sarta de perforación (108) . A medida que la broca (114) gira, crea un barreno de perforación (120) que pasa a través de varias formaciones (121). Una bomba (116) circula el fluido de perforación a través de una bomba de suministro (118) hacia la unidad superior (110), a través del interior de la sarta de perforación (108), a través de orificios en la sarta de perforación (114), de vuelta a la superficie a través del ánulo alrededor de la sarta de perforación (108), y hacia un depósito de retención (124). El fluido del drenaje transporta los cortes desde el barreno de perforación hacia el depósito (124) y ayuda en la manutención de la integridad del barreno de perforación (120) .

En los pozos que usan telemetría acústica para LWD, los sensores del fondo del pozo (incluyendo la herramienta de perfilaje de resistividad (126)) están acoplados a un módulo de telemetría (128) que tiene un transmisor de telemetría acústica que transmite las señales de telemetría en la forma de vibraciones acústicas en la pared de la tubería de la sarta de perforación (108) . Un conjunto de receptores de telemetría acústica (130) se puede acoplar a la tubería debajo de la unidad superior (110) para recibir las señales de telemetría transmitidas. Uno o más módulos repetidores (132) puede ser opcionalmente provistos a lo largo de la sarta de perforación, para recibir y retransmitir las señales de telemetría. Por supuesto, se pueden usar otras técnicas de telemetría, incluyendo telemetría de pulso de lodo, telemetría electromagnética, y telemetría de tubería de perforación cableada. Muchas técnicas de telemetría también ofrecen la capacidad de transferir comandos desde la superficie hacia la herramienta, permitiendo así el ajuste de la configuración de la herramienta y los parámetros de operación. En algunas modalidades, el módulo de telemetría (128) también, o alternativamente, almacena las mediciones para la posterior recuperación cuando la herramienta regresa a la superficie.

Una herramienta de perfilaje de resistividad (126) está integrada en el montaje del orificio del fondo cerca de la broca (114). La herramienta de perfilaje (126) puede tomar la forma de un cuello de perforación, ej . , un tubular de pared delgada que proporciona peso y rigidez para ayudar en el proceso de perforación. A medida que la broca extiende el barreno de perforación a través de las formaciones, la herramienta de perfilaje (126) recolecta mediciones de inducción multi-componente, así como mediciones de la orientación y posición de la herramienta, el tamaño del barreno de perforación, y la resistividad del fluido de perforación, y otras varias condiciones de perforación.

Las mediciones de orientación se pueden llevar a cabo usando un indicador de orientación, que puede incluir magnetómetros, inclinómetros, y/o acelerómetros, aunque se pueden usar otros tipos de sensor, tales corno giroscopios. Preferentemente, la herramienta incluye un magnetómetro de puerta de flujo de 3 ejes, y un acelerómetro de 3 ejes. Como se conoce en la materia, la combinación de esos dos sistemas de sensores permite la medición del ángulo giratorio ("cara a la herramienta"), el ángulo de inclinación del barreno de perforación (también conocido como "pendiente") , y la dirección de la brújula ("azimut") . En algunas modalidades, los ángulos de cara a la herramienta y de inclinación del barreno de perforación, se calculan desde la salida del sensor del acelerómetro. Las salidas del sensor del magnetómetro se usan para calcular el azimut del barreno de perforación. Con la información de la cara a la herramienta, la inclinación del barreno de perforación y el azimut del barreno de perforación, varias herramientas de perfilaje de resistividad aquí divulgadas, se pueden usar para dirigir la broca a la plataforma deseada .

En varios momentos durante el proceso de perforación, la sarta de perforación (108) es removida del barreno de perforación como se muestra en la Figura 2. Una vez que la sarta de perforación ha sido removida, las operaciones de perfilaje se pueden llevar a cabo usando una herramienta de perfilaje de cableado (134), ej . , una sonda de instrumento detector suspendida por un cable (142) que tiene conductores para transportar la corriente hacia la herramienta y la telemetría de la herramienta a la superficie. Una porción de perfilaje de resistividad de la herramienta de perfilaje (134) puede tener brazos centralizadores (136) que centran la herramienta dentro del barreno de perforación a medida que la herramienta es jalada hacia la parte superior del orificio. Una instalación de perfilaje (144) recolecta las mediciones de la herramienta de perfilaje (134), e incluye instalaciones de cómputo para el procesamiento y almacenamiento de las mediciones reunidas por la herramienta de perfilaje.

La Figura 3 muestra una herramienta ilustrativa de perfilaje de resistividad (126) que tiene antenas para adquirir las mediciones de perfilaje de inducción multi-componente. La herramienta de perfilaje de resistividad (126) tiene una antena de transmisión inclinada (302) y dos pares de antenas de recepción inclinadas (306, 306 y 308,310), proporcionando así cuatro pares de antena de transmisión-recepción. La herramienta adquiere atenuación y mediciones de fase de cada respuesta de antena de recepción a la antena de transmisión (302) . En ciertas modalidades alternativas, la herramienta mide componentes en-fase y de fase de cuadratura de las señales recibidas, en lugar de medir la amplitud y la fase. En cualquier caso, estas mediciones son recolectadas y almacenadas como una función de la posición de la herramienta y la orientación giratoria en el barreno de perforación.

La herramienta ilustrada tiene antenas de recepción (304 y 308) orientadas en paralelo a la antena de transmisión (302), y antenas de recepción (306 y 310) orientadas en perpendicular a la antena de transmisión. En el ejemplo ilustrado, cada una de las antenas comparten una orientación giratoria común, las antenas (302, 304, 308) estando inclinadas a -45° y las antenas (306, 310) estando inclinadas a +45° en relación con el eje longitudinal de la herramienta. En la modalidad ilustrativa de la herramienta, cada una de las antenas de bobina que rodean la herramienta, se montan en un orificio y están protegidas por un material rellenador no conductor y/o escudo que tiene aperturas no conductoras. El cuerpo de la herramienta está compuesto principalmente de acero. Las dimensiones relativas de la herramienta y los espaciados de la antena, están sujetos a un gran número de variaciones dependiendo de las propiedades de la herramienta deseadas. La distancia entre los pares de bobina receptora puede estar en el orden de 0.25 m, mientras que el espaciado de la bobina de transmisión al punto medio entre los pares receptores, puede variar desde alrededor de 0.4 m a más de 10 m.

Como se divulga en la Solicitud de Patente Estadounidense No. 12/294,557, "Antenna Coupling Component Measurement Tool...", presentada el 25 de Septiembre de 2008 por los inventores Michael Bittar y David Hu, las mediciones tomadas por una herramienta de este tipo a medida que gira, permite la obtención de un conjunto completo de mediciones de componente de acoplamiento ortogonal en cada punto a lo largo del eje del barreno de perforación. Las mediciones de componente de acoplamiento ortogonal corresponden al modelo de herramienta mostrado en la Figura 4. Una tríada de transmisores (Tx, Ty, Tz) representan antenas magnéticas dipolares orientadas en paralelo a los ejes x, y, y z de la herramienta, respectivamente. Una tríada de receptores principales (??,??,?? ) representa similarmente antenas magnéticas dipolares orientadas a lo largo de dichos ejes, como lo hace una tríada de receptores antagónicos Ktf ) . La tríada principal de receptores está espaciada a una distancia (Lm) desde la tríada de transmisores, y la tríada de receptores antagónicos está espaciada a una distancia (Lb) de la tríada de transmisores. Las mediciones de señal de la tríada de receptores antagónicos pueden ser sustraídas de la tríada principal de receptores para eliminar la señal directa del transmisor e incrementar la sensibilidad a las propiedades de formación. Como lo explican Moran y Gianzero, en "Effects of Formation Anisotropy on Resistivity Logging Measurements" Geophysics, Vol . 44, No. 7, p. 1266 (1979), el campo magnético (h) en las bobinas receptoras puede ser representado en términos de los momentos magnéticos (m) en los transmisores y una matriz de acoplamiento C: H= C m (1) En forma expresa, la ecuación (1) es: en donde Mx, MY, y z son los momentos magnéticos (proporcionales a la fuerza de la señal de transmisión) creados por los transmisores Tx, TY, y Tz, respectivamente. Hx, HY, Hz son los campos magnéticos (proporcionales a la fuerza de la señal de recepción) en las antenas receptoras Rx> RY; y Rz/ respectivamente.

En la configuración de la antena de la Figura 4, si cada transmisor es encendido, y las mediciones de la señal se hacen en cada receptor en respuesta a cada encendido, se obtienen nueve mediciones diferenciales (Rm-Rb) . Estas nueve mediciones permiten la determinación de una matriz de acoplamiento total (C) . (Cij=arj VIJf en donde I es el índice para los ejes receptores x, y, z, y J es el índice para los ejes transmisores x, y, z, a?J es una constante determinada por el diseño de la herramienta, y VJJ es un valor complejo que representa la amplitud de la señal y el cambio de fase medido por el receptor I en respuesta al encendido del transmisor J) . Dada una matriz de acoplamiento para cualquier orientación dada de la herramienta, el sistema puede aplicar simples transformaciones giratorias para determinar una matriz correspondiente para cualquier orientación de herramienta arbitraria .

Haciendo referencia momentáneamente de nuevo a las Figuras 1 y 2, hacemos notar que las formaciones (121) no son perpendiculares al barreno de perforación, una situación que puede darse de manera natural o que puede darse debido a las operaciones de perforación direccionales . Cuando se mide la resistividad y orientación de la formación, es conveniente el uso del sistema de coordenadas de formación de la Figura 5. La Figura 5 muestra una porción de una plataforma de formación sedimentaria, con el eje-z orientado en perpendicular al plano de la formación en la dirección del acrecimiento sedimentario. Como se mencionó previamente, la resistividad de la formación, cuando se mide a lo largo del eje, frecuentemente es diferente a la resistividad de la formación medida en el plano x-y. En una plataforma de inclinación, el eje-x puede elegirse para ser orientado en la dirección de la ascensión más profunda, ej . , "colina arriba" .

Además del sistema de coordenadas de herramientas y el sistema de coordenadas de la formación, aquí se usa un tercer sistema de coordenadas. El sistema de coordenadas del barreno de perforación tiene un eje z que sigue el eje central del barreno de perforación. El eje x del barreno de perforación se extiende perpendicularmente desde el eje central a través del lado alto del barreno de perforación. (En un barreno de perforación vertical, el eje x se extiende a través del lado norte del barreno de perforación) . El eje y se extiende perpendicular a los otros dos ejes de acuerdo con la regla diestra.

La Figura 6 ilustra cómo los tres sistemas de coordenadas pueden relatarse. El sistema de coordenadas de formación {Xf, Yf, Zf) , se ata a la formación como se explicó previamente, aunque debido a la simetría, los ejes x, y se pueden cambiar sin afectar la medición de las propiedades de formación. Un barreno de perforación penetra la formación. El ángulo entre el eje z de la formación y el eje central del barreno de perforación, se llama el ángulo de inclinación . El azimut de inclinación (<£>diP) es el ángulo entre el eje Xf y la proyección del eje del barreno de perforación en el plano Xf-Yf. Debido a la simetría previamente mencionada, el eje Xf de formación puede ser arbitrariamente posicionado para que el azimut de inclinación (f<???) sea cero. (Un efecto lateral de esta opción es que el eje Xb del barreno de perforación se contiene en el plano Xf-Zf de la formación) .

El eje z del sistema de coordenadas de la herramienta coincide con el eje z del sistema de coordenadas del barreno de perforación. Como se indica en la Figura 7, el eje x del sistema de coordenadas de la herramienta se elige para que corresponda con la dirección del desplazamiento de la herramienta (decc) desde el eje central del barreno de perforación. El ánqulo entre el eje Xb del barreno de perforación y el eje Xt de la herramienta se denota como el azimut de excentricidad {(frece) · El eje Yt del sistema de coordenadas de la herramienta es, por supuesto, perpendicular a los otros dos ejes.

Considerando las Figuras 4-7 como la base de un modelo para la predicción de las mediciones de la matriz del componente de acoplamiento, los parámetros modelo son la resistividad horizontal de la formación (Rh) , resistividad vertical de la formación (Rv) , el diámetro del cal (diminutivo de calibrador) del barreno de perforación, resistividad al lodo del barreno de perforación (Rm) , desplazamiento de excentricidad de la herramienta (decc) , azimut de excentricidad de la herramienta ($ecc) ángulo de inclinación relativa (dip) , y azimut de inclinación relativo ( a??) · Cuando se ignoran los efectos de reborde-plataforma y de limite, el modelo asume un barreno de perforación circular a través de una formación infinitamente espesa. Las simulaciones numéricas de la respuesta del registro de inducción multi-componente muestran que para una serie de espaciados y frecuencia dad, los parámetros que anteceden son suficientes. Los componentes de la matriz de acoplamiento dependen de los varios parámetros en diferentes modos. Por ejemplo, el componente de Czz es independiente de los ángulos azimutales ($ecc y F???) · Esta observación permite que el proceso de inversión de parámetros sea eficientemente separado en pasos independientes, relativamente pequeños, como se ilustra en las Figuras 8-10.

La Figura 8 es un diagrama de flujo de un proceso ilustrativo de corrección de barreno de perforación. Pertenece al bloque (802) con el transporte de una herramienta de perfilaje multi-componente a lo largo de un barreno de perforación. En el bloque (804), a medida que la herramienta es transportada a lo largo del barreno de perforación, la herramienta mide los componentes del tensor de conductividad aparente como una función de la posición de la herramienta en el barreno de perforación. La herramienta también mide el cal del tamaño del barreno de perforación y la resistividad del fluido del barreno de perforación (Rm) · En el bloque (806), el sistema pre-procesa los registros del tensor de conductividad y del tamaño del barreno de perforación. Dicho pre-procesamiento puede incluir filtración adaptativa de paso lento para eliminar el ruido de la medición de alta frecuencia y/o para corregir el efecto en la piel. En el bloque (812), uno de dos procesos de inversión (comentados en las Figuras 9 y 10 más adelante) se aplica para determinar los parámetros modelo desconocidos (¾, Rv, dip, decc, y á>ecc) · Los parámetros modelo son usados después en el bloque (814) para predecir las respuestas de las herramientas en los modelos con y sin barreno de perforación. Las diferencias entre estas respuestas predichas de herramientas es la corrección del barreno de perforación que el sistema aplica a la matriz de acoplamiento medida. En el bloque (816), uno o más componentes de esta matriz de acoplamiento corregida, se hace accesible en la forma de un registro para un usuario. Si se desea, los registros del componente de la matriz de acoplamiento también pueden ser posteriormente procesados por otras aplicaciones para corregir los efectos de reborde-plataforma y de limite.

La Figura 9 es un diagrama de un proceso de inversión ilustrativo (812) para barrenos de perforación verticales (ej., la distancia de inclinación relativa entre el barreno de perforación y la formación es dip = 0) . Separa ventajosamente el problema de la inversión de alta dimensión en múltiples pasos de inversión de dimensión reducida con base en la sensibilidad particular de ciertos componentes de acoplamiento a parámetros modelo individuales. Por ejemplo, en un barreno de perforación vertical, el componente (Czz) es insensible a la resistividad vertical (Rv) , y todos los componentes de acoplamiento directo (Czz, Cxx, Cyy) son relativamente insensibles a la excentricidad de la herramienta. Los componentes cruzados (Cxz y Czx) son casi linealmente dependientes de la excentricidad de la herramienta.

El azimut de excentricidad ($ecc) puede resolverse independientemente de otros parámetros modelo, mediante una rotación de coordenadas. De conformidad, el proceso en la Figura 9 empieza en el bloque (901) con una determinación del azimut de excentricidad (fß??) '· Las ecuaciones (3a) y (3b) son adecuadas para su uso en un pozo vertical, mientras que la ecuación (3c) debe ser usado para pozos no verticales.

En el bloque (902), el sistema establece estimados iniciales para los parámetros modelo remanentes desconocidos. Los estimados se pueden establecer aleatoriamente, o pueden ser adivinanzas basadas en soluciones de inversión previas. Otras alternativas incluyen típicos valores de parámetro "promedio" pre-programados en el software. Dados los estimados iniciales, el sistema en el bloque (904) determina la medición esperada de la herramienta para el componente (Czz) . (Esta medición predicha de la herramienta es presentada en adelante como (Pzz) para distinguirla de la medición de la herramienta (Czz) real) . Todo un vector de valores (Pzz) se puede determinar a lo largo de la longitud del barreno de perforación para ser comparado con las mediciones reales de la herramienta. En el bloque (906), el sistema determina si el valor óptimo para (Rh) ha sido encontrado, y si no, el estimado para (Rh) se ajusta en el bloque (908) y se repite la curva. En al menos algunas modalidades, el sistema repite la curva según sea necesario para encontrar el valor de (Rh) (dentro de un rango dado de valores realísticos) que minimice el error (4) en donde Wzz es un vector de pesas que desenfatiza las mediciones cerca de los extremos superior e inferior del intervalo perfilado. En otras modalidades, el sistema repite la curva según sea necesario para obtener un valor de error por debajo de un umbral predeterminado.

Una vez que la resistividad horizontal ha sido encontrada, el sistema la usa junto con los otros parámetros estimados para determinar una medición de herramienta predicha para Cxx en el bloque (910). (La medición predicha se representa en adelante como Pxx) . En el bloque (912), el sistema determina si el valor óptimo para (Rv) ha sido encontrado, y si no, el estimado para (Rv) se ajusta en el bloque (914) . Como antes, el sistema puede repetir la curva según sea necesario para encontrar un valor realístico para (Rv) que minimice el error. o al menos reduce el error por debajo de un valor de umbral predeterminado .

Una vez que las resistividades horizontal y vertical han sido encontradas, el sistema las usa junto con los otros parámetros estimados para determinar una medición de herramienta predicha para Cxz en el bloque (916). (La medición predicha se representa en adelante como (Pxz). En el bloque (918), el sistema determina si un valor óptimo para (decc) se ha encontrado y, si no, el sistema ajusta el estimado para decc en el bloque (920). Como antes, el sistema repite la curva según sea necesario para encontrar un valor realístico que minimice el error HI -(^-crí (6) o al menos lo reduzca por debajo de un valor de umbral predeterminado. Las actualizaciones en cada uno de los bloques (908, 914, 920) se pueden hacer sistemáticamente (ej . , para una búsqueda exhaustiva) . Las determinaciones de los valores predichos en cada uno de los bloques (904, 910 y 916) se pueden hacer en un número de maneras, incluyendo una simulación pre-programada . En al menos algunas modalidades, una tabla de búsqueda se usa para agilizar el proceso. La tabla comprende respuestas de herramientas pre-calculadas en cada una de los puntos de la cuadrícula en el espacio de los valores de parámetro realístico. Un método de interpolación de chaveta de alta dimensión se puede usar para determinar las respuestas predichas entre los puntos de la cuadrícula. El componente de Cyy se puede usar además de o como alternativa al componente Cxx en los bloques (910-914), y el componente Czx puede ser usado además de o como alternativa al componente Cxz en los bloques (916-920) .

La Figura 10 es un diagrama de flujo de un proceso de inversión ilustrativo (812) para barrenos de perforación no verticales (ej . , el ángulo de inclinación es no cero) . Al igual que con el proceso de la Figura 9, el problema de inversión de alta dimensión es dividido en múltiples pasos de inversión de dimensión reducida basados en la sensibilidad particular de ciertos componentes de acoplamiento con parámetros modelo individuales. Por ejemplo, el componente Czz es insensible a los ángulos azimutales (QeCc y Qdip) ¦ Más aún, las mediciones del componente Czz de gran espaciado son relativamente insensibles a decc, especialmente el modos base aceite (OBM por sus siglas en inglés) y lodos base agua dulce (FWBM por sus siglas en inglés) . Las mediciones de los componentes Cxx y Cyy son también algo insensibles a decc en OBM y FWBM .

De conformidad, el proceso en la Figura 10 empieza en el bloque (1002) con los estimados iniciales de la configuración del sistema para valores de parámetro desconocidos. En el bloque (1004), el sistema determina la medición de herramienta predicha (Pzz) como una función de posición de herramienta. En el bloque (1006), el sistema determina si el valor de error (ver ecuación (4)) es minimizado o de otra manera aceptable, y si no, el sistema ajusta los valores de (Rh) , (Rv) y de inclinación en el bloque (1008). Los ajustes pueden hacerse sistemáticamente o adaptativamente como se describió anteriormente. Una vez que una coincidencia aceptable entre las respuestas predichas y medidas se ha encontrado, el sistema determina la medición de la herramienta pred cha (Pxx) en el bloque (1010). En el bloque (1012), el sistema determina si el valor de error (ver ecuación (5)) es minimizado o de otra manera aceptable, y si no lo es, el sistema ajusta los ánqulos azimutales (Qecc y Qdip) en el bloque (1014) . Nuevamente, una vez que una coincidencia aceptable entre las respuestas predichas y medidas se ha encontrado, el sistema determina la medición de la herramienta predicha (Pxz) . En el bloque (1018), el sistema determina si el valor de error (ver ecuación (6)) es minimizado o si de otra manera es aceptable. Si no lo es, el sistema ajusta el desplazamiento de la excentricidad (decc) en el bloque (1020). Una vez que se encuentra una coincidencia aceptable, el proceso de inversión (812) concluye y el sistema determina una corrección de barreno de perforación en el bloque (814) (Figura 8).

La Figura 11 muestra un modelo de formación que se usa más adelante para verificar los métodos anteriormente divulgados. La Figura 11 muestra una formación transversalmente isotrópica (TI) de tres capas con un barreno de perforación desviado a 30 grados (dip=30°). Las respuestas simuladas de herramientas de nueve componentes se determinan usando un algoritmo total de diferencia finita tri-dimensional . El modelo asume que no existe invasión alguna de fluido de barreno de perforación en la formación. Las capas de formación superiores e inferiores tienen cada una resistividad horizontal (Rh) de 2 ohm-m y resistividad vertical (Rv) de 3 ohm-m. La capa media tiene resistividad horizontal de 20 ohm-m y resistividad vertical de 30 ohm-m, y su espesor es de 6.09 metros. El diámetro del barreno de perforación es de 20.32 centímetros, y la resistividad del lodo (Rm) es de 1000 ohm-m (OB ) . La herramienta de perfilaje simulado incluye 4 sub-series triaxiales (separaciones de transmisor-receptor de 43.18 cms . , 73.66 cms . , 1.27 mts., y 2.03 mts.) cada una operada a 3 frecuencias: 12 kHz, 36 kHz y 72 kHz, y la herramienta se centra en el barreno de perforación (decc=0) . Otros parámetros modelo se muestran en la Figura 11.

Para comparación con las respuestas corregidas del barreno de perforación, los registros de inducción multi-componente sin un barreno de perforación también se han calculado usando una solución electromagnética semi-analítica para un medio anisotrópico de una capa dimensional. En todos los demás puntos de cómputo, se usan dipolos para modelar las bobinas de tamaño finito de la herramienta .

Las Figuras 12, 13 y 14 muestran el resultado de la aplicación de la corrección del barreno de perforación (BHC por sus siglas en inglés) divulgada a las respuestas de la herramienta como fue determinado usando el modelo 3D de diferencia finita. Los registros de nueve componentes de BHC a las frecuencias de 12 kHz (Fig. 12), 36 kHz (Fig. 13), y 72 kHz (Fig. 14), se comparan con los registros semi-analiticos de EM de ID. Todas las comparaciones muestran muy buenos acuerdos entre las respuestas de BHC y los registros semi-analíticos de ID.

Po lo tanto, el sistema de corrección en tiempo real para barreno de perforación divulgado, para el procesamiento de datos de perfilaje de inducción multi-componente, se espera que tenga un buen desempeño. El algoritmo de inversión es implementado al dividir el problema de inversión original de un vector de alta dimensión desconocido, a unos cuantos de menor dimensión con base en su sensibilidad de diferentes parámetros modelos a diferentes componentes del tensor de conductividad medido para diferentes sub-series. Las pruebas numéricas muestran que esta reducción de dimensionalidad facilita toda la complicada inversión de BHC, la hace más confiable y robusta. Debido a que la simulación 3D de MCI requiere de mucho tiempo, el modelado usado en la inversión está basado en la tabla de búsqueda pre-calculada en una cuadricula que ampara todos los rangos factibles de parámetros modelo de formación de barreno .de perforación. Esto acelera la inversión del BHC y todo el proceso de BHC aplicable en tiempo real o en el sitio del pozo .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de perfilaje que comprende: la transportación de una herramienta de perfilaje a lo largo de un barreno de perforación a través de una formación para reunir mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor; el desempeño de una inversión multi-etapas de las mediciones de acoplamiento multi-componente para obtener valores para parámetros modélela determinación de valores de barreno de perforación corregidos para dichas mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor multi-componente con base, al menos en parte, en dichos parámetros modelo; y desplegar un registro con base, al menos en parte, en al menos uno de dichos valores corregidos de barreno de perforación.

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque dicha herramienta de perfilaje también recolecta mediciones de tamaño de barreno de perforación durante dicha transportación.

3. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque dicha herramienta de perforación recolecta, además, mediciones de resistividad de fluido de barreno de perforación durante dicho transporte.

4. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho desempeño de dicha inversión multi-etapas incluye el pre-procesamiento de las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor con un filtro de paso lento adaptativo.

5. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho desempeño de una inversión multi-etapas incluye: ajustar un primer parámetro modelo para reducir una mala coincidencia entre un acoplamiento directo medido y predicho a lo largo de un eje longitudinal de herramienta; después de dicho ajuste de un primer parámetro modelo, ajustar un segundo parámetro modelo para reducir una mala coincidencia entre un acoplamiento directo medido y predicho a lo largo de un eje de herramienta perpendicular al eje de herramienta longitudinal; y después de dicho ajuste de un segundo parámetro modelo, el ajuste de un tercer parámetro modelo para reducir una mala coincidencia entre un acoplamiento cruzado medido y predicho a lo largo de los ejes de herramienta longitudinales y perpendiculares.

6. El método de la reivindicación 5, caracterizado porque dicho tercer parámetro modelo es desplazamiento de excentricidad (decc) .

7. El método de la reivindicación 6, caracterizado porque dicho primer parámetro de modelo es conductividad horizontal o resistividad de la formación; y caracterizado porque el segundo parámetro es conductividad vertical o resistividad de la formación.

8. El método de la reivindicación 6, caracterizado porque dicho primer parámetro modelo está en un grupo que consiste de conductividad horizontal o resistividad, conductividad vertical o resistividad, e inclinación relativa; y caracterizado porque el segundo parámetro modelo está en un grupo que consiste de azimut de excentricidad y azimut de inclinación.

9. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque dicha determinación incluye: la predicción de mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor multi-componente, con y sin un barreno de perforación; la combinación de las mediciones predichas con y sin el barreno de perforación para determinar las correcciones del barreno; y la aplicación de las correcciones del barreno de perforación a las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor multi-componente reunidas para obtener dichos valores corregidos de barreno de perforación.

10. Un sistema de perfilaje que comprende: una herramienta de perfilaje que tiene un eje de herramienta longitudinal y un eje de herramienta perpendicular, la herramienta teniendo una configuración de antena que proporciona, como una función de la posición de la herramienta en un barreno de perforación, mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor que incluyen al menos el acoplamiento directo a lo largo del eje de herramienta longitudinal (Czz) , el acoplamiento directo a lo largo del eje perpendicular (Cxx) , y el acoplamiento cruzado a lo largo de los ejes longitudinal y perpendicular (Cxz) ; al menos un procesador que: desempeña una inversión multi-etapas de dichas mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor para obtener valores para parámetros modelo; determina los valores corregidos de barreno de perforación para dichas mediciones de acoplamiento de receptor-transmisor con base en al menos parte de dichos parámetros modelo; y proporciona un registro basado en al menso parte de al menos uno de dichos valores corregidos de barreno de perforación.

11. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque el procesador está acoplado a una interfaz de usuario para desplegar dicho registro.

12. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque la herramienta de perfilaje proporciona, además, mediciones de tamaño de barreno de perforación.

13. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque la herramienta de perfilaje proporciona, además, mediciones de resistividad de fluido de barreno de perforación.

14. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque como parte del desempeño de la inversión multi-etapas , el al menos un procesador aplica un filtro de paso lento a dichas mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor .

15. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque como parte del desempeño de la inversión multi-etapas, el al menos un procesador: ajusta un primer parámetro modelo para reducir una mala coincidencia entre un acoplamiento predicho y medido a lo largo de un eje de herramienta longitudinal (Czz) ; después de dicho ajuste del primer parámetro modelo, ajusta un segundo parámetro modelo para reducir una mala coincidencia entre un acoplamiento directo predicho y medido a lo largo de un eje de herramienta perpendicular al eje de herramienta longitudinal (Cxx) ; y después de dicho ajuste de un segundo parámetro modelo, ajusta un tercer parámetro modelo para reducir una mala coincidencia entre un acoplamiento cruzado y predicho a lo largo de los ejes de herramientas longitudinal y perpendicular (Cxz) .

16. El sistema de la reivindicación 5, caracterizado porque dicho tercer parámetro modelo es desplazamiento de excentricidad {decc) .

17. El sistema de la reivindicación 16, caracterizado porque dicho primer parámetro modelo es conductividad horizontal o resistividad de la formación; y caracterizado porque el segundo parámetro es conductividad vertical o resistividad de la formación.

18. El sistema de la reivindicación 16, caracterizado porque dicho primer parámetro modelo está en un grupo que consiste de conductividad horizontal o resistividad, conductividad vertical o resistividad, e inclinación relativa; y caracterizado porque el segundo parámetro modelo está en un grupo que consiste de azimut de excentricidad y azimut de inclinación.

19. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque como parte de dicha determinación, el al menos un procesador: predice mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor multi-componente, con y sin un barreno de perforación; combina las mediciones predichas con y sin el barreno de perforación para determinar las correcciones del barreno; y aplica las correcciones del barreno de perforación a las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor multi-componente provistas por la herramienta de perfilaje . RESUMEN Se divulgan varias herramientas, sistemas y métodos de perfilaje de resistividad. Al menos algunas modalidades de sistema incluyen una herramienta de perfilaje y al menos un procesador. La herramienta de perfilaje proporciona mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor que incluyen al menos acoplamiento directo a lo largo del eje de herramienta longitudinal (Czz) , acoplamiento directo a lo largo del eje perpendicular (Czz ó Cyy) , y acoplamiento cruzado a lo largo de los ejes longitudinal y perpendicular (Cxz, Cyz, Czx ó Czy. El procesador lleva a cabo una inversión multi-etapas de dichas mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor para obtener valores para parámetros modelo. Con base al menos en parte de los parámetros modelo, el procesador determina las correcciones de barreno de perforación para las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor y puede proporcionar, además, uno o más registros derivados de las mediciones de acoplamiento de transmisor-receptor corregidas del barreno de perforación. En al menos algunas modalidades, el montaje de herramienta de perfilaje recolecta, además, mediciones de tamaño de barreno de perforación y mediciones de resistividad de fluido de barreno de perforación para su uso en el desempeño de la inversión y la determinación de las correcciones del barreno de perforación.