BRPI0511444B1

BRPI0511444B1 - aparelho de furo descendente, e, método para amostrar uma formação

Info

Publication number: BRPI0511444B1
Application number: BRPI0511444A
Authority: BR
Inventors: Antony Maranuk Christopher; C Gray Glenn; N Gilbert Gregory; R Hardin John Jr; E Stone James; V Sherrill Kristopher; Douglas Mcgregor Malcolm; A Sitka Mark
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2017-02-07
Also published as: EP2749734A2; AU2005246425A1; AU2005246425B2; EP1747347A4; NO20170794A1; EP2749733B1; CA2559248A1; EP2749733A3; NO341423B1; WO2005114134A2; NO341425B1; CA2559248C; NO20170795A1; AU2005246425C1; EP2749734B1; WO2005114134A3; EP1747347B1; EP2749733A2; EP3447242A1; EP2749734A3

Abstract

aparelho de furo descendente, e, métodos para amostrar uma formação, e para operar um aparelho de furo descendente este pedido diz respeito a uma ferramenta de teste (10) de formação de furo descendente que tem um aparelho de amostra extensível (50, 200) e métodos de uso. em uma modalidade, o aparelho extensível (50) inclui um pistão (96) que se estende em direção a uma parede de furo de sondagem (49), o pistão (96) tendo um elemento de amostragem interno (98) que é também extensível. o elemento de amostragem (98) pode ser adicionalmente estendido de forma a encaixar a parede do furo de sondagem e penetrar na formação. o elemento de amostragem (98, 260) pode também incluir uma tela (100, 290) e um raspador interno (160, 288) que encaixa por atrito a tela e se alterna para remover detritos da tela. o pistão pode compreender um bloco de vedação (180, 280) que tem uma cavidade interna para receber um volume de fluido. em uma outra modalidade, o aparelho extensível compreende múltiplos pistões concêntricos (230, 240) para estender o elemento de amostragem (260) ainda mais em direção à parede do furo de sondagem do que é possível com um único pistão. em uma modalidade, a ferramenta de teste de formação inclui um circuito hidráulico (400) e controlador (402) para operar o aparelho de amostra extensível; a ferramenta pode também incluir acumuladores hidráulicos e um circuito hidráulico regenerativo.

Description

“APARELHO DE FURO DESCENDENTE, E, MÉTODO PARA AMOSTRAR UMA FORMAÇÃO” DECLARAÇÃO RELATIVA A PESQUISA E DESENVOLVIMENTO PATROCINADOS PELO GOVERNO Não aplicável FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Durante a perfuração e completaçâo de poços de óleo e gás, pode ser necessário realizar operações auxiliares, tais como o monitoramento da operabilidade do equipamento usado durante o processo de perfuração ou avaliação das capacidades de produção das formações interceptadas pela perfuração de poço. Por exemplo, depois que um poço ou intervalo de poço tiver sido perfurado, zonas de interesse são geral mente testadas para determinar várias propriedades de formação, tais como permeabilidade, tipo de fluido, qualidade do fluído, temperatura de formação, pressão de formação, ponto de bolha e gradiente de pressão de formação. Esses testes são realizados a fim de determinar se a exploração comercial das formações interceptadas é viável e como otimizar a produção.

Testadores de formação a cabo (WFT) e teste da coluna de perfuração (DST) têm sido normal mente usados para realizar estes testes. A ferramenta de teste DST básica consiste de um obturador ou obturadores, válvulas ou orifícios que podem ser abertos e fechados a partir da superfície e dois ou mais dispositivos de registro de pressão. A ferramenta é abaixada em uma coluna dc trabalho até a zona a ser testada. O obturador ou obturadores são montados, e fluído de perfuração é evacuado para isolar a zona da coluna de fluido de perfuração. As válvulas ou orifícios são então abertas para permitir escoamento da formação para a ferramenta para o teste enquanto os registradores traçam o gráfico das pressões estáticas. Uma câmara de amostragem aprisiona fluidos de formação limpos no final do teste. WFTs em geral empregam as mesmas técnicas de teste, mas usam um cabo para abaixar a ferramenta de teste na perfuração de poço depois que a coluna de perfuração tiver sido recuperada da perfuração de poço, embora a tecnologia WFT seja algumas vezes desdobrada em uma coluna de tubos. A ferramenta de cabo tipicamente usa obturadores também, embora os obturadores sejam colocados próximos uns dos outros, comparados com testadores transferidos pelos tubos da perfuração, para um teste de formação mais eficiente. Em alguns casos, não são usados obturadores. Nesses casos, a ferramenta de teste é colocada em contato com a formação interceptada e o teste é feito sem isolamento zonal através do vão axial da circunferência da parede do furo de sondagem. WFTs podem também incluir um conjunto de sonda para encaixar na parede do furo de sondagem e adquirir amostras de fluido de formação. O conjunto de sonda pode incluir um bloco isolante para encaixar na parede do furo de sondagem. O bloco isolante sela na formação e em tomo de uma sonda oca, que coloca uma cavidade interna em comunicação fluídica com a formação. Isto cria um caminho de fluido que permite que fluido de formação escoe entre a formação e o testador de formação ao mesmo tempo que é isolado do fluido do furo de sondagem. A fim de adquirir uma amostra válida, a sonda tem que permanecer isolada da alta pressão relativa do fluido do furo de sondagem. Portanto, a integridade da vedação que é formada pelo bloco isolante é crítica para o desempenho da ferramenta. Se o fluido do furo de sondagem puder vazar para os fluidos de formação coletados, uma amostra não representativa será obtida e o teste terá que ser repetido.

Com o uso de WFTs e DSTs, a coluna de perfuração com a broca de perfuração deve ser retraída do furo de sondagem. Então, uma coluna de trabalho separada contendo o equipamento de teste, ou, com WFTs, a coluna da ferramenta de cabo, tem que ser abaixada no poço para conduzir operações secundárias. A interrupção do processo de perfuração para realizar teste de formação pode adicionar quantidades significativas de tempo a um programa de perfuração. DSTs e WFTs podem também causar aderência da ferramenta ou danos na formação. Pode também haver dificuldades em descer WFTs em poços altamente desviados ou de alcance estendido. WFTs também não têm furos de fluxo para o escoamento de lama de perfuração, nem são projetados para suportar cargas de perfuração, tais como torque e peso na broca.

Adicionalmente, a precisão de medição de pressão de formação de testes da coluna de perfuração e, especialmente, de testes de formação a cabo pode ser afetada pela invasão de filtrado e acúmulo de depósito de sólidos da lama de perfuração, em virtude de quantidades significativas de tempo terem decorrido antes de um DST ou WFT se encaixar na formação. A invasão de filtrado de lama ocorre quando os fluidos da lama de perfuração deslocam fluidos de formação. Em virtude de o ingresso do filtrado de lama na formação começar na superfície do furo de sondagem, ele é mais prevalecente aí, e em geral diminui ainda mais para dentro na formação. Quando ocorre invasão de filtrado, pode tomar-se impossível obter uma amostra representativa de fluidos de formação ou, no mínimo, a duração do período de amostragem tem que ser aumentada, primeiramente para remover o fluido de perfuração e, em seguida, obter uma amostra representativa de fluidos de formação. O depósito de sólidos é constituído de partículas sólidas que se aderem no lado do poço à medida que o filtrado invade a perfuração de poço próximo durante a perfuração. A prevalecência do depósito de sólidos da lama de perfuração na superfície do furo de sondagem cria uma "parede". Assim, pode haver um "efeito parede", em virtude de os testadores de formação poderem extrair somente fluidos de distâncias relativamente pequenas na formação, distorcendo assim a amostra representativa de fluidos de formação por causa do filtrado. O depósito de sólidos também age como uma região de menor permeabilidade adjacente ao furo de sondagem. Assim, uma vez que o depósito de sólidos se forma, a precisão das medições de pressão do reservatório diminui, afetando os cálculos de permeabilidade e produtividade de formação.

Um outro aparelho de teste é o testador de medição durante a perfuração (MWD) ou registro de lama durante a perfuração. Equipamento de teste de formação LWD/MWD típico é adequado para integração com uma coluna de perfuração durante operações de perfuração. Vários dispositivos ou sistemas são providos para isolar uma formação do restante da perfuração de poço, extrair fluido de formação e medir propriedades físicas do fluido e de formação. Com testadores LWD/MWD, o equipamento de teste é sujeito a condições agressivas na perfuração de poço durante o processo de perfuração que podem danificar e degradar o equipamento de teste de formação antes e durante o processo de teste. Essas condições agressivas incluem vibração e torque da broca de perfuração, exposição a lama de perfuração, aparas de perfuração e fluidos de formação, forças hidráulicas da lama de perfuração circulante e resíduos do equipamento de teste de formação contra os lados da perfuração de poço. Componentes eletrônicos sensíveis e sensores devem ser robustos o bastante para suportar as pressões e temperaturas e especialmente a vibração extrema e condições de impacto do ambiente de perfuração, mantendo ainda a precisão, reprodutibilidade e confiabilidade.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Para uma descrição mais detalhada de modalidades preferidas da presente invenção, será feita agora referência aos desenhos anexos, em que: A figura 1 é uma vista em elevação esquemática, parcialmente em seção transversal, de uma modalidade de um aparelho de teste de formação disposto em um poço subterrâneo.

As figuras 2A-2C são vistas em elevação, em seção transversal, de partes do conjunto de furo de fundo e conjunto de teste de formação mostrados na figura 1;

As figuras 3A-3B são vistas em elevação ampliadas, em seção transversal, da parte da ferramenta de teste de formação do conjunto de teste de formação mostrado nas figuras 2B-2C; A figura 4 é uma vista em elevação do conjunto de sonda de formação e colar da válvula equalizadora na figura 3B; A figura 5 é uma vista em seção transversal ampliada ao longo da linha 5-5 da figura 4; A figura 6A é uma vista ampliada, em seção transversal do conjunto de sonda de formação em uma posição retraída e válvula equalizadora mostrados na figura 5; A figura 6B é uma vista ampliada, em seção transversal, do conjunto de sonda de formação ao longo da linha 6-6 da figura 4, o conjunto de sonda estando em uma posição estendida;

As figuras 7A-7F são vistas seccionais transversais de uma outra modalidade do conjunto de sonda de formação feita ao longo da mesma linha vista na figura 6B, o conjunto de sonda estando mostrado em uma posição diferente em cada uma das figuras 7A-7F; A figura 8A é uma vista em elevação esquemática, em seção transversal da parte da chave de retração da sonda do conjunto de sonda de formação; A figura 8B é uma vista ampliada da parte de contato da chave de retração mostrada na figura 8A; A figura 9 é uma vista esquemática de um circuito hidráulico empregado na atuação do aparelho de teste de formação; A figura 10A é uma vista em elevação de topo de um conjunto acumulador de reservatório hidráulico empregado no conjunto de teste de formação; A figura 10B é uma vista de extremidade do conjunto acumulador de reservatório da figura 10A; A figura 10C é uma vista da seção transversal feita ao longo da linha C-C da figura 10B; A figura 10D é uma vista da seção transversal feita ao longo da linha D-D da figura 10B; A figura 10E é uma vista da seção transversal feita ao longo da linha E-E da figura 10D; A figura 10F é uma vista da seção transversal feita ao longo da linha F-F da figura 10C; A figura 10G é uma vista ampliada do detalhe da figura 10D;

As figuras 1 OH-101 são vistas em perspectiva do conjunto acumulador de reservatório e colar de sonda;

As figuras 11-13 são vistas em elevação, em seção transversal, dos conjuntos de pistão de rebaixamento e válvula de interrupção dispostos no colar de sonda do conjunto de teste de formação; e A figura 14 é um fluxograma de uma sequência de teste de formação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS

Certos termos são usados em toda a descrição e reivindicações seguintes para referir-se a componentes de sistema particulares. Este documento não pretende distinguir componentes que diferem no nome, a não ser na função.

Na discussão seguinte e nas reivindicações, os termos "incluindo" e "compreendendo" são usados de uma maneira ampla, e assim devem ser interpretados de modo a significar "incluindo, mas sem limitações". Também, os termos "acoplar", "acopla" e "acoplado" usados para descrever qualquer conexão elétrica devem cada qual significar e referir tanto uma conexão elétrica direta como indireta. Assim, por exemplo, se um primeiro dispositivo "acopla" ou é "acoplado" a um segundo dispositivo, essa interconexão pode ser por meio de um condutor elétrico que interconecta diretamente os dois dispositivos, ou por meio de uma conexão elétrica indireta através de outros dispositivos, condutores e conexões. Adicionalmente, referência a "para cima" ou "para baixo" são feitas com propósitos de facilitar a descrição, "para cima" significando em direção à superfície do furo de sondagem, e "para baixo" significando em direção à base ou extremidade distai do furo de sondagem. Além do mais, na discussão e reivindicações seguintes, pode ser algumas vezes declarado que certos componentes ou elementos estão em comunicação fluídica. Entende-se por isto que os componentes são construídos e interrelacíonados de maneira tal que um fluido possa se comunicar entre eles, tal como por meio de um caminho de passagem, tubo ou conduto. Também, as designações "MWD" ou "LWD" são usadas para significar todo aparelho e sistemas de medição durante a perfuração ou registro de lama durante a perfuração.

Para entender a mecânica de teste de formação, é importante entender primeiramente como hidrocarbonetos são armazenados em formações subterrâneas. Hidrocarbonetos tipicamente não ficam localizados em grandes piscinas subterrâneas, mas, em vez disso, são encontrados dentro de furos muito pequenos, ou espaços de poros, dentro de certos tipos de rocha. Portanto, é crítico conhecer certas propriedades tanto de formação como do fluido nela contido. Em vários momentos durante a discussão seguinte, certas propriedades de formação e do fluído de formação serão referidas em um sentido geral. Tais propriedades de formação incluem, mas sem limitações: pressão, permeabilidade, viscosidade, mobilidade, mobilidade esférica, porosidade, saturação, porosidade compressibilidade acoplada, danos na parede e anisotropia. Tais propriedades de fluido de formação incluem, mas sem limitações: viscosidade, compressibilidade, compressibilidade de fluido da linha de escoamento, densidade, resistividade, composição e ponto de bolha.

Permeabilidade é a capacidade de uma formação rochosa permitir que hidrocarbonetos se movam entre seus poros e, consequentemente., para uma perfuração de poço. A viscosidade do fluido é uma medida da capacidade de hidrocarbonetos escoarem, e a permeabilidade dividida pela viscosidade é denominada "mobilidade'1. Porosidade é a relação de espaço vazio para o volume massivo de formação rochosa contendo esse espaço vazio. Saturação é a fração ou porcentagem do volume de poros ocupado por um fluido específico (por exemplo, óleo, gás, água, etc.). Danos na parede é uma indicação de como o filtrado da lama ou depósitos de sólidos mudou a permeabilidade próximo à perfuração de poço. Anisotropia é a relação das permeabílidades vertical e horizontal de formação.

Resistividade de um fluido é a propriedade do fluido que resiste à passagem de corrente elétrica. Ponto de bolha ocorre quando uma pressão de fluido é reduzida a uma taxa rápida, e a uma pressão baixa o bastante, para que o fluido, ou partes do mesmo, mude para a fase gasosa. Os gases dissolvidos no fluido são levados para fora do fluido e assim gás fica presente no fluido em um estado não dissolvido. Tipicamente, este tipo de mudança de fase nos hidrocarbonetos de formação que está sendo testada e medida é indesejável, a menos que o teste do ponto de bolha esteja sendo administrado para determinar qual é a pressão do ponto de bolha.

Nos desenhos e descrição seguintes, parte iguais são marcadas em toda a especificação e desenhos com os mesmos números de referência, respectivamente. As figuras dos desenhos não estão necessariamente em escala. Certos recursos da invenção podem estar mostrados exagerados na escala ou de uma forma ligeiramente esquemática, e alguns detalhes de elementos convencionais podem não estar mostrados por questão de clareza e concisão. A presente invenção é suscetível a modalidades de diferentes formas. Modalidades específicas estão descritas com detalhes e estão mostradas nos desenhos, com o entendimento de que a presente revelação. deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção, e não visa limitar a invenção ao que foi aqui ilustrado e descrito. Deve-se entender completamente que os diferentes preceitos das modalidades discutidas a seguir podem ser empregados separadamente, ou em qualquer combinação adequada para produzir resultados desejados. As várias características supramencionadas, bem como outros recursos e características descritos com mais detalhes a seguir, ficarão prontamente aparentes aos versados na técnica mediante leitura da descrição detalhada seguinte das modalidades, e com referência aos desenhos anexos, Referindo-se à figura 1, está mostrada uma ferramenta de teste de formação 10 como uma parte do conjunto de furo de fundo 6 que inclui um sub MWD 13 e uma broca de perfuração 7 na sua extremidade mais inferior. O conjunto de furo de fundo 6 é abaixado por uma plataforma de perfuração 2, tal como um navio ou outra plataforma convencional, por meio da coluna de perfuração 5. A coluna de perfuração 5 é disposta através da coluna de ascensão 3 e da cabeça de poço 4. Equipamento de perfuração convencional (não mostrado) é suportado dentro do guindaste 1 e gira a coluna de perfuração 5 e a broca de perfuração 7, fazendo com que a broca 7 forme um furo de sondagem 8 através do material de formação 9. O furo de sondagem 8 penetra em zonas ou reservatórios subterrâneos, tal como o reservatório 11, que acredita-se contenham hidrocarbonetos em uma quantidade comercialmente viável. Deve-se entender que o testador de formação 10 pode ser empregado em outros conjuntos de furo de fundo e com outros aparelhos de perfuração em perfuração baseada em terra, bem como perfuração ao largo, mostrado na figura 1. Em todos os casos, além do testador de formação 10, o conjunto de furo de fundo 6 contém vários aparelhos e sistemas convencionais, tais como um motor de perfuração de furo de poço, ferramenta dirigível rotativa, sistema de telemetria de pulso de lama, sensores e sistemas de medição durante a perfuração e outros bem conhecidos na tecnologia.

Deve-se também entender que, embora o testador de formação 10 esteja mostrado como parte da coluna de perfuração 5, as modalidades da invenção descritas a seguir podem ser transferidas para baixo no furo de sondagem 8 por meio de tecnologia de cabos, conforme está parcialmente descrito anteriormente, ou por meio de coluna de perfuração dirigível rotativa que é bem conhecida pelos versados na técnica. Contexto e exemplos adicionais para os métodos de uso das modalidades aqui descritas podem ser obtidos pelo pedido de patente U.S. intitulado "Methods for Using a Formation Tester", que tem o número do selo do correio expresso U.S. EV 303483362 US e número da pasta do procurador 1391-54101; e pedido de patente U.S. intitulado "Methods for Measuring a Formation Supercharge Pressure" que tem o número de série do pedido de patente 11/069.649, cada um dos quais está aqui incorporado pela referência com todos os propósitos.

Referindo-se agora às figuras 2A-C, estão mostradas partes da ferramenta de teste de formação 10. A figura 2A ilustra o módulo eletrônico 20, que pode incluir pacotes de batería, várias placas de circuito, bancos de capacitores e outros componentes elétricos. A figura 2B mostra o conjunto de bico de enchimento 22 com bicos de enchimento 24, 26 para adicionar ou remover fluidos hidráulicos, ou outros fluidos, da ferramenta 10, Abaixo do conjunto de bico de enchimento 22 fica um conjunto de inserção hidráulica 30. Abaixo do conjunto 30 fica o conjunto de anel de conectores hidráulicos 32, que age como um coletor da linha hidráulica. A figura 2C ilustra a parte da ferramenta 10 incluindo válvula equalízadora 60, conjunto de sonda de formação 50 (ou conjunto de sonda 200), conjunto de válvula de interrupção de rebaixamento 74, conjuntos de pistão de rebaixamento 70, 72 e estabilizador 36. Também incluído está o conjunto de instrumentos de pressão 38, incluindo os transdutores de pressão usados pelos conjuntos de sonda de formação 50,200.

Referindo-se agora às figuras 3A-B, estão mostradas as partes ampliadas da ferramenta 10 mostradas nas figuras 2B-C. O conjunto de inserção hidráulica 30, acumulador de retração da sonda 424, válvula equalizadora 60, conjunto de sonda de formação 50, conjuntos de válvula de interrupção de rebaixamento 74 e de pistão de rebaixamento 70,72 podem ser vistos com mais detalhes. A válvula equalizadora 60 pode ser qualquer de uma variedade de válvulas equalizadoras conhecidas pelos versados na técnica.

Referindo-se agora à figura 4, o conjunto de sonda de formação 50 está disposto dentro do colar de perfuração da sonda 12, e coberto pela chapa de cobertura da sonda 51. Também disposto dentro do colar da sonda 12 está uma válvula equalizadora 60 que tem uma chapa de cobertura da válvula 61. Adjacente ao conjunto de sonda de formação 50 e válvula equalizadora 60 fica uma parte plana 136 na superfície 17 do colar da sonda 12. O colar da sonda de perfuração 12 inclui uma tampa de rebaixamento 76 para proteger outros dispositivos associados com o conjunto de sonda de formação 50 montados no colar 12, tais como pistões de rebaixamento (não mostrados).

Mais bem mostrado na figura 5, pode-se perceber como o conjunto de sonda de formação 50 e a válvula equalizadora 60 são posicionados no colar da sonda 12. O conjunto de sonda de formação 50 e a válvula equalizadora 60 são montados no colar da sonda 12 logo acima do furo de escoamento 14. O furo de escoamento 14 pode ser desviado do eixo longitudinal central 12a do colar da sonda 12, ou de outras partes 14b, 14c do furo de escoamento 14, de forma a acomodar pelo menos o conjunto de sonda de formação 50. Por exemplo, na figura 5, a parte do furo de escoamento 14a é deslocado radialmente do eixo longitudinal 12a, e também da parte do faro de escoamento 14a, por meio da parte do furo de escoamento de transição 14c. Também mostrados estão conjuntos de pistão de rebaixamento 70, 72 e válvula de interrupção de rebaixamento 74.

Os detalhes de uma primeira modalidade do conjunto de sonda de formação 50 estão mais bem mostrados na figura 6A-6B. Na figura 6A, o conjunto de sonda de formação 50 é retido no colar da sonda 12 por meio de encaixe rosqueado com o colar 12 e também pela chapa de cobertura 51.0 conjunto de sonda de formação 50 inclui no geral haste 92, uma luva adaptadora rosqueada no geral cilíndrica 83, pistão 96 adaptado para alternar dentro da luva adaptadora 94, e um conjunto do esnórquel 98 adaptado para movimento alternado dentro do pistão 96. O colar da sonda 12 inclui uma abertura 90 para receber o conjunto de sonda de formação 50. A chapa de cobertura 51 se encaixa sobre o topo do conjunto de sonda de formação 50 e retém e protege o conjunto de sonda de formação 50 quando o conjunto de sonda de formação 50 está dentro do colar da sonda 12. O conjunto de sonda de formação 50 pode se estender e retrair através da abertura 52 na chapa de cobertura 51. A haste 92 inclui uma parte de base circular 105 com um flange externo 106 que tem parafuso de retenção da haste 97 (mostrado na figura 6B) para reter a haste 92 na abertura 90. Estendendo-se a partir da base 105 fica uma extensão tubular 107 com passagem central 108. A extremidade da extensão 107 inclui roscas internas em 109. A passagem central 108 está em comunicação fluídica com a passagem de fluído 91 (não mostrada, mas vista esquematicamente na figura 9) que conecta a passagem de fluido 93 (não mostrada, mas vista esquematicamente na figura 9) levando a outras partes da ferramenta 10, incluindo válvula equalizadora 60. A luva adaptadora 94 inclui extremidade interna 111 que encaixa o flange 106 da haste 92. A luva adaptadora 94 é presa dentro da abertura 90 por encaixe rosqueado com o colar 12 no segmento 110. A extremidade externa 112 da luva adaptadora 94 pode se estender de forma a ficar substancialmente alinhada com o recesso 55 formado no colar 12 para receber a chapa de cobertura 51. A extremidade externa 112 também inclui flange 158 para encaixar o recesso 162 da chapa de cobertura 51. A luva adaptadora 94 inclui superfície interna cilíndrica 113 que tem partes de menor diâmetro 114,115. Uma vedação 116 fica disposta na superfície 114. O pistão 96 é retido de forma deslizante dentro da luva adaptadora 94 e em geral inclui superfície externa cilíndrica 141 tendo uma parte de base de maior diâmetro 118. Uma vedação 413 é disposta na parte de maior diâmetro 118. Imediatamente abaixo da parte de base 118, o pistão 96 pode se apoiar no flange 106 da parte de base da haste 105, enquanto o conjunto de sonda de formação 50 está na posição completamente retraída mostrada na figura 6A. O pistão 96 pode também incluir superfície interna cilíndrica 145 que tem parte de menor diâmetro 147. O pistão 96 pode incluir adicionalmente furo central 121 que tem uma superfície do furo 120 e que se estende através da parte de extensão superior 119.

Referindo-se à figura 6B, no topo da parte de extensão 119 do pistão 96 fica um bloco de vedação 180. O bloco de vedação 180 pode ser em forma de campânula com uma superfície de vedação externa curva 183 e uma abertura central 186. Entretanto, o bloco de vedação 180 pode incluir inúmeras outras geometrias, conhecidas na tecnologia, ou, por exemplo, vista no pedido de patente U.S. 10/440.835, intitulado "MWD Formation Tester". A superfície de base 185 de bloco de vedação 180 pode ser acoplada a uma saia 182. O bloco de vedação 180 pode ser ligado na saia 182, ou acoplada de outra forma na saia 182, tal como moldando o bloco de vedação 180 na saia 182, de maneira tal que o material do bloco de vedação preencha os entalhes ou furos na saia 182, conforme pode-se ver no pedido de patente U.S. 10/440.835. A saia 182 é acoplada de forma desanexável na parte de extensão 119 por meio de encaixe rosqueado com a superfície 102 do furo central 121 (ver figura 6A), ou outros mecanismos de encaixe, tal como um encaixe de pressão com a superfície do furo central 120. Em virtude de a combinação bloco de vedação/saia poder ser desanexável da parte de extensão 119, ela é facilmente substituída no campo. Altemativamente, o bloco de vedação 180 pode ser acoplado diretamente na parte de extensão 119 sem usar uma saia. O bloco de vedação 180 é preferivelmente feito de um material elastomérico. O bloco de vedação 180 sela e impede que o fluido de perfuração ou outros contaminantes entrem no conjunto de sonda de formação 50 durante o teste de formação. Mais especificamente, o bloco de vedação 180 pode selar na torta de tela que pode se formar em uma parede da perfuração de poço, Tipicamente, a pressão do fluido de formação é menor que a pressão dos fluidos de perfuração que são injetados no furo de sondagem. Uma camada de resíduo do fluido de perfuração forma uma torta de tela na parede do furo de sondagem e separa as duas áreas de pressão. O bloco de vedação 180, quando estendido, pode adequar sua forma à parede do furo de sondagem e/ou depósito de sólidos e forma uma vedação através da qual fluidos de formação podem ser coletados e/ou as propriedades de formação medidas.

Em uma modalidade alternativa de bloco de vedação 180, o bloco de vedação 180 pode ter uma cavidade interna de maneira tal que ela possa reter um volume de fluido. Um fluido pode ser bombeado para a cavidade do bloco de vedação a taxas variáveis, de maneira tal que a pressão na cavidade do bloco de vedação possa ser aumentada e diminuída. Fluidos usados para encher o bloco de vedação podem incluir fluido hidráulico, solução salina ou gel de silicone. A título de exemplo, o bloco de vedação pode ser esvaziado ou subpressurizado à medida que a sonda se estende para encaixar na parede do furo de sondagem. Dependendo do contorno da parede do furo de sondagem, o bloco de vedação pode ser pressurizado, enchendo o bloco de vedação com fluido, ajustando-se assim a forma da superfície do bloco de vedação ao contorno da parede do furo de sondagem e provendo uma melhor vedação.

Também em uma outra modalidade do bloco de vedação, o bloco de vedação pode ser cheio, tanto antes como depois do encaixe com a parede do furo de sondagem, com um fluido eletro-reológico. Um fluido eletro-reológico pode ser um óleo isolante contendo uma dispersão de partículas sólidas finas, por exemplo, de diâmetro 5 qm a 50 gm. Um fluido eletro-reológico como esse é bem conhecido na tecnologia. Quando sujeito a um campo elétrico, esses fluidos desenvolvem uma maior tensão de cisalhamento e um maior limite de escoamento estático que os tomam mais resistentes ao escoamento. Esta mudança de propriedades de fluido é evidente, por exemplo, como um aumento na viscosidade, mais notavelmente a viscosidade plástica, quando o campo elétrico é aplicado. O fluido no bloco de vedação pode efetivamente tomar-se semi-sólido. O efeito semi-sólido é revertido quando o fluido não é mais sujeito ao campo elétrico. Na ausência do campo elétrico, o fluido eletro-reológico que pode encher o bloco de vedação toma-se menos viscoso, fazendo com que o bloco de vedação se adeque à forma do contorno de uma parede de furo de sondagem. Uma vez que o bloco de vedação tenha se adequado à forma da parede do furo de sondagem, um campo elétrico pode ser aplicado no fluido eletro-reológico dentro do bloco de vedação, causando um aumento na viscosidade do fluido, um enrijecimento do bloco de vedação e uma melhor vedação, Ainda referindo-se à figura 6B, o conjunto do esnórquel 98 inclui uma parte de base 125, uma extensão do esnórquel 126 e uma passagem central 127 que se estende através da base 125 e da extensão 126. A parte da base 125 pode incluir uma superfície externa cilíndrica 122 e uma superfície interna 124. A extensão 126 pode incluir uma superfície externa cilíndrica 128 e superfície interna 138. Disposto dentro do topo da extensão 126 fica uma tela 100. A tela 100 é um elemento em geral tubular que tem um furo central 132 que se estende entre a extremidade de entrada de fluido 131 e a extremidade de saída de fluido 135, A tela 100 inclui adicionalmente um flange 130 adjacente à extremidade de entrada de fluido 131 e um segmento fendado intemamente 133 que tem fendas 134. Entre o segmento fendado 133 e a extremidade de saída 135, a tela 100 inclui segmento rosqueado 137 para encaixar de forma rosqueada a extensão do esnórquel 126.

Rosqueado na base da parte de base 125 esnórquel 98 fica o retentor do tubo do raspador 152 que tem uma parte de base circular 154 com flange 153, uma extensão tubular 156 que tem uma passagem central 155 e uma abertura central 157 para receber extensão da haste 107. Imediatamente abaixo do retentor do tubo do raspador 152 fica o anel de retenção 159, que fornece encaixe assentado com a passagem de ar 98, de maneira tal que o movimento do esnórquel 98 seja limitado na direção de retração. O retentor do tubo do raspador 152 suporta o tubo raspador 150 quando o tubo do raspador 150 está na posição retraída mostrada na figura 6B. O tubo do raspadora 150 tendo passagem central 151 se estende do retentor do tubo do raspador 152 e através da passagem 127 do esnórquel 98. Acoplado no topo do tubo do raspador 150 fica o raspador ou varredor 160. O raspador 160 é encaixado de forma rosqueada no tubo do raspador 150 no segmento rosqueado 161. O raspador 160 é um elemento no geral cilíndrico incluindo parte de tampão do raspador 163, furo central 164 e aberturas 166 que estão em comunicação fluídica com o furo central 164. O raspador 160 fica disposto dentro do furo central 132 da tela 100 e pode ser atuado para frente e para trás (ou de forma recíproca) entre a extremidade de entrada da tela 131 e a extremidade de saída 135. Quando o tubo do raspador 150 e o raspador 160 estão nas suas posições retraídas, mostradas na figura 6B, as aberturas 166 estão em comunicação fluídica com a extremidade de saída de fluido 135 da tela 100, permitindo assim que fluido passe da tela 100, através do furo do raspador 164, e para a passagem central 155 do tubo do raspador 150. O raspador ou limpador 160 é assim configurado para ser um raspador móvel ou flutuante.

Em uma modalidade alternativa do raspador 160 dentro da tela 100, a atuação do raspador 160 pode ser um movimento rotacional em tomo do eixo longitudinal do raspador 160. Este movimento rotacional pode ser no lugar do movimento alternado, ou além do movimento alternado.

Conforme mostrado na figura 6B, um conector 176 fica disposto na abertura 178 do colar da sonda 12, logo abaixo da extremidade interna 111 da luva 94. O condutor de contato 175 conecta eletricamente o conector 176 por meio de um fio a um conjunto de contato (não mostrado), preferivelmente, disposto no flange 106 da parte de base da haste 105 para que o conjunto de contato possa ficar em contato direto com a parte de base 118 do pistão 96. As figuras 8A-8B mostra os detalhes do conector 176 e conjunto de contato 310, com as estruturas em volta mostradas de uma maneira mais geral, de maneira tal que as diferentes partes do conjunto de sonda de formação 50a corresponda no geral a partes similares do conjunto de sonda de formação 50 das figuras 6A-6B.

Referindo-se primeiramente à figura 8A, o conector 176a fica disposto na abertura 178a no colar da sonda 12a. O condutor de contato 164a é acoplado no arame 300, que se estende através do recesso 301 no colar 12a até a abertura 305 na parte de base 105a da haste 92a. Da abertura 305, o arame 300 se estende através da parte de base 105a até uma cavidade 307, onde o conjunto de contato 310 fica disposto.

Referindo-se agora à figura 8B, o arame 300 vai até o conjunto de contato 310. O conjunto de contato 310 em geral inclui o alojamento 316 que tem abertura 317, um corpo de contato condutor 312 que tem um flange 314 e um furo central 319, uma extremidade desencapada 318 do arame 300 se estendendo ao interior do furo 319 e soldado nele, um suporte de mola não condutor 322, e molas de onda 324. O flange 314 do coipo 312 fica disposto entre a parte superior do alojamento 316 e a parte inferior do suporte da mola 322. Disposto entre o suporte da mola 322 e o flange 314 estão molas de onda 324, que são suportadas pela chapa inferior 326 e chapa superior 328. As molas 324 fornecem uma força ascendente no flange 314, de maneira tal que a superfície superior 313 do coipo 312 se estenda para fora da abertura 317 de maneira tal que a superfície superior 313 se saliente da cavidade 307. À medida que conjunto de sonda de formação 50a se retrai, o pistão 96a entra em contato com a superfície 313 do corpo 132, e pressiona-a para baixo, fazendo com que as molas 324 se comprimam e a superfície inferior 315 se mova para baixo para o espaço 324, Quando o pistão 96a faz contato com a superfície 313 do corpo 312, um circuito elétrico é completado no terra (não mostrado) através do pistão 96a, provendo um sinal aos componentes eletrônicos da ferramenta (não mostrados) de que o conjunto de sonda de formação 50a está completamente retraído. Depois que o pistão 96a faz contato com a superfície 313 do corpo 312, o pistão 96a continua deslocar até fazer contato com a parte de base 105a da haste 92a. A contração térmica 320 ocorre no lugar sobre o arame 300 para proteção mecânica.

Referindo-se agora às figuras 6A e 6B, o conjunto de sonda de formação 50 está mostrado de maneira tal que a base do pistão 118 possa se alternar ao longo da superfície 113 da luva adaptadora 94, e a superfície externa do pistão 141 possa se alternar ao longo da superfície 114. Similarmente, a base do esnórquel 125 fica disposta dentro do pistão 96 e é adaptada para movimento alternado ao longo da superfície 147 enquanto o flange 153 do retentor do tubo do esnórquel 152 alterna ao longo da superfície 145. A extensão do esnórquel 126 é adaptada para movimento alternado ao longo da superfície do pistão 120. A passagem central 127 do esnórquel 98 é alinhada axíalmente com a extensão tubular 107 da haste 92, retentor do tubo do raspador 152, tubo do raspador 150, raspador 160 e com a tela 100. O conjunto de sonda de formação 50 é alternado entre uma posição completamente retraída, mostrada na figura 6A, e uma posição completamente estendida, mostrada na figura 6B. Também, o tubo do raspador 150 é alternado entre uma posição completamente retraída, mostrada nas figuras 6A-6B, e uma posição completamente estendida, ilustrada por um tubo do raspador similar 278 nas figuras 7A-7E. Quando o tubo do raspador 150 está completamente retraída, fluido pode se comunicar entre a passagem central 108 da extensão 107, passagem 155 do retentor do tubo do raspador 152, passagem 151 do tubo do raspador 150, furo do raspador 164, aberturas do raspador 166, tela 100 e o ambiente em volta 15.

Com referência às figuras 6A e 6B, será descrita agora a operação do conjunto de sonda de formação 50. O conjunto de sonda de formação 50 fica normalmente na posição retraída. O conjunto de sonda de formação 50 permanece retraído quando fora de uso, tal como quando a coluna de perfuração está girando durante a perfuração, se o conjunto de sonda de formação 50 for usado para uma aplicação MWD, ou quando a ferramenta de teste de cabo estiver sendo abaixada no furo de sondagem 8, se o conjunto de sonda de formação 50 for usado para uma aplicação de teste de cabo. A figura 6A mostra o conjunto de sonda de formação 50 na posição completamente retraída, exceto que o tubo do raspador 150 está mostrado na posição retraída, e o tubo do raspador 150 está tipicamente estendido, quando o conjunto de sonda de formação 50 está nesta posição, mostrada nas figuras 7A-7E. As figuras 7A-7F serão referidas na descrição da operação do conjunto de sonda de formação 50 em virtude de as estruturas do conjunto de sonda de formação 50 previamente descritas serem similares às partes correspondentes do conjunto de sonda 200 vistas nas figuras 7A-7F. O conjunto de sonda de formação 50 tipicamente começa na posição retraída, mostrada na figura 6A. Mediante um comando apropriado para o conjunto de sonda de formação 50, uma força é aplicada na parte de base 118 do pistão 96, preferivelmente usando fluido hidráulico. O pistão 96 se estende em relação a outras partes do conjunto de sonda de formação 50 até que o anel de retenção 159 encaixe o flange 153 do retentor do tubo do raspador 152. Esta posição do pistão 96 em relação ao conjunto do esnórquel 98 pode ser vista na figura 7B. A medida que fluido hidráulico continua ser bombeado para o reservatório de fluido hidráulico 54, o pistão 96 e o conjunto do esnórquel 98 continuam se mover para cima juntos. A parte de base 118 desliza ao longo da superfície da luva do adaptador 113 até que a parte de base 118 entre em contato com o ombro 170. Depois de tal contato, o conjunto de sonda de formação 50 continuará pressurizar o reservatório 54 até que o reservatório 54 atinja uma certa pressão Pl. Altemativamente, se o bloco de vedação 180 entrar em contato com a parede do foro de sondagem antes de a parte de base 118 entrar em contato com o ombro 170, o conjunto de sonda de formação 50 continuará aplicar pressão no bloco de vedação 180 pela pressurização do reservatório 54 até a pressão P2. A pressão Pl aplicada no conjunto de sonda de formação 50 pode ser, por exemplo, 1.200 psi (8.274 MPa). A continuidade da força do fluido hidráulico no reservatório 54 faz com que o conjunto do esnórquel 98 se estenda de maneira tal que a extremidade externa da extensão do esnórquel 126, extremidade de entrada 131 da tela 100 e o topo do raspador 160 se estendam além da superfície do bloco de vedação 183 através da abertura do bloco de vedação 186. Esta força de extensão do esnórquel tem que superar a força de retração que está sendo aplicada no lado de retração da parte de base do esnórquel 125 voltada para o ombro do pistão 172. Anteriormente, a força de retração, provida pelo acumulador de retração 424 e válvulas de retração, era maior que a força de extensão, mantendo assim o esnórquel 98 na posição retraída. Entretanto, a força de extensão continua aumentar até que ela supere a força de retração, por exemplo, a 900 psi (6.206 MPa). O conjunto do esnórquel 98 pára de se estender para fora quando a parte de base do esnórquel 125 entrar em contato com o ombro 172 do pistão 96.0 tubo do raspador 150 e o raspador 160 estão ainda na posição estendida, mais bem mostrada com a configuração do conjunto do esnórquel e pistão da figura 7E.

Altemativamente, se o conjunto do esnórquel 98 entrar em contato com a parede do furo de sondagem antes de a parte de base do esnórquel 125 entrar em contato com o ombro 172 do pistão 96, a continuidade da força proveniente da pressão de fluido hidráulico no reservatório 54 é aplicada até a pressão máxima previamente mencionada. A pressão máxima aplicada no conjunto do esnórquel 98 pode ser, por exemplo, 1.200 psi (8.274 MPa). Preferivelmente, o esnórquel e o bloco de vedação farão contato com a parede do furo de sondagem antes tanto dos ombros do pistão 96 como do esnórquel 98 atingirem a total extensão. Então, a força aplicada no bloco de vedação é reagida pelo estabilizador 36, ou outro dispositivo similar disposto no colar da sonda 12, ou próximo a ele.

Se, por exemplo, o bloco de vedação 180 tiverem feito contato com a parede do furo de sondagem 16 antes de serem completamente estendidas e pressurizadas, então o bloco de vedação 180 deve selar no depósito de sólidos na parede do furo de sondagem 16 por meio de uma combinação de pressão e extmsão do bloco de vedação. A vedação separa o conjunto do esnórquel 98 do depósito de sólidos, fluidos de perfuração e outros contaminantes fora do bloco de vedação 180. A medida que o conjunto do esnórquel se estende, a extensão do esnórquel 126, extremidade de entrada da tela 131 e topo do raspador 160 perfuram o depósito de sólidos que foi selado, e preferivelmente atravessam toda a camada de depósito de sólidos e penetram na formação 9.

Com a tela 100 e o raspador 160 estendidos, a configuração do conjunto do pistão 96 e o esnórquel 98 parece similar à configuração do pistão e o esnórquel mostrada na figura 7E. Durante a extensão da extensão do esnórquel 126 no depósito de sólidos e formação, contaminantes e detritos tendem se aglomerar na tela 100, o que pode afetar a amostragem de fluidos de formação. Para limpar os detritos, que podem ser depósito de sólidos ou outros contaminantes de procedimentos de amostragem anteriores, o raspador 160 pode ser retraído depois que o conjunto do esnórquel 98 tiver sido estendido. Uma força de retração descendente é aplicada no tubo do raspador 150, preferivelmente aplicando-se uma força de fluido hidráulico para baixo no flange 177 do tubo do raspador 150. A cavidade formada pelo tubo do raspador 150 e a superfície esnórquel 124 é cheia com fluido hidráulico à medida que o tubo do raspador 150 se move para baixo, até que o tubo do raspador 150 se desaloje do retentor do tubo do raspador 152. À medida que o raspador 160 é extraído para a extensão do esnórquel 126 durante este processo, o raspador 160 passa através da tela 100 enquanto encaixa também por atrito a tela 100, dessa forma agitando e removendo detritos que se acumularam na tela 100. Altemativamente, conforme previamente descrito, a agitação de detritos pode ser obtida com movimento rotacional do raspador 160 em tomo de seu eixo longitudinal dentro da tela 100. Quando o tubo do raspador 150 estiver completamente retraído, as aberturas 166 se alinham radialmente com a extremidade de saída 135 da tela 100 de maneira tal que comunicação fluídica seja possível entre o furo 132 da tela 100 e a passagem 151 do tubo do raspador 150. Esta ação do raspador 160 que remove detritos é preferivelmente realizada como parte da seqüência de retração do conjunto de sonda de formação 50, conforme descrito a seguir.

Para retrair o conjunto de sonda de formação 50, forças, ou diferenciais de pressão, podem ser aplicadas no esnórquel 98 e pistão 96 em direções opostas em relação às forças de extensão. Simultaneamente, as forças de extensão podem ser reduzidas ou eliminadas para auxiliar na retração da sonda. Uma força hidráulica é aplicada na parte de base do esnórquel 125 no ombro 172 para empurrar o conjunto do esnórquel 98 para baixo até que o flange 153 do retentor do tubo do raspador 152 se assente no anel de retenção 159, dessa forma retraindo completamente o conjunto do esnórquel 98. Simultaneamente, uma força hidráulica é aplicada para baixo na parte de base do pistão 118 no ombro 170 até que a parte de base 118 se desaloje da parte de base da haste 105, dessa forma retraindo completamente o conjunto de sonda de formação 50. Quando o pistão 96 faz contato com a parte de base da haste 105, a chave de retração da sonda 176 é disparada da maneira supradescríta, sinalizando uma retração bem sucedida do conjunto de sonda de formação 50. O raspador 160 pode se estender até sua posição original a qualquer momento durante a retração. Quando a pressão de extensão no conjunto da sonda, que fornece a pressão de retração para o conjunto do raspador, em virtude de as partes de extensão do conjunto da sonda serem hidraulicamente acoplada nas partes de retração do conjunto do raspador, cai abaixo da pressão de extensão no conjunto do raspador, o raspador 160 é estendido.

Uma outra modalidade da presente invenção está mostrada nas figuras 7A-7F. O colar da sonda 202 com um furo de escoamento 14a aloja o conjunto de sonda de formação telescopicamente 200. O conjunto da sonda 200, comparado com o conjunto de sonda de formação 50, se estende para atingir uma parede do furo de sondagem que está mais deslocada do colar 202. Tais paredes do furo de sondagem que podem ser deslocadas para longe do colar 12 podem ser encontradas em partes lavadas de um poço, furos irregulares no poço, poços perfurados com abridores de furo ou escareadores de broca próximos ou poços grandes perfurados com brocas bicentralizadas. O conjunto de sonda telescópico 200 é usado para atingir uma parede do furo de sondagem nesses tipos de poços. O conjunto de sonda telescópico 200 em geral inclui chapa de haste 210, haste 212, uma luva do adaptador rosqueada no geral cilíndrica 220, um pistão externo 230 adaptado para alternar dentro da luva do adaptador 220, um pistão 240 adaptado para alternar dentro do pistão externo 230, e um conjunto do esnórquel 260 adaptado para movimento alternado dentro do pistão 240. O colar da sonda 202 inclui uma abertura 204 para receber o conjunto de sonda de formação telescópico 200. A chapa de cobertura 206 se ajusta sobre o topo do conjunto da sonda 200 e retém e protege o conjunto 200 dentro do colar da sonda 202. O conjunto de sonda de formação 200 é configurado para se estender através da abertura 208 na chapa de cobertura 206.

Referindo-se primeiramente à figura 7A, a luva do adaptador 220 inclui extremidade interna 221 próxima à base 207 da abertura 204. A luva do adaptador 220 é presa dentro da abertura 204 por encaixe rosqueado com o colar 202 no segmento 209. A extremidade externa 223 da luva do adaptador 220 se estende de forma a ficar substancialmeníe alinhada com a abertura 205 da abertura 204 formada no colar 202. A extremidade externa 223 inclui flanges 225 para encaixar a chapa de cobertura 206. A luva do adaptador 220 inclui superfície interna cilíndrica 227 que tem parte de menor diâmetro 226. Uma vedação 229 fica disposta na superfície 226.

Referindo-se a seguir à figura 7B, a chapa de haste 210 inclui uma parte de base circular 213 com um flange externo 214. Estendendo-se a partir da base 213 fica uma pequena extensão 216. Estendendo-se através da extensão 216 e da base 213 fica uma passagem central 218 para receber a extremidade inferior 215 da haste 212 que tem passagem central 203. A extremidade inferior 215 encaixa de forma rosqueada a passagem da chapa de haste 218. A passagem central 218 fica em comunicação fluí dica com a passagem de fluido 91 (não mostrada, mas vista esquematicamente na figura 9) que é conectada na passagem de fluido 93 (não mostrada, mas vista esquematicamente na figura 9) levando a outras partes da ferramenta 10, incluindo a válvula equalizadora 60. A haste 212 se estende para cima através do centro do conjunto da sonda 200. Disposto em tomo da haste 212 fica a haste externa 219. Encaixado de forma rosqueada no topo da haste externa 219 fica o parafuso de captura da haste 222 tendo furo central 224.

Referindo-se novamente à figura 7B, o pistão externo 230 é retido de forma deslizante dentro da luva do adaptador 220 e inclui em geral superfície externa cilíndrica 232 que tem uma parte de base de maior diâmetro 234. Uma vedação 235 fica disposta na parte de maior diâmetro 234. O pistão externo 230 também inclui superfície interna cilíndrica 236 que tem partes de menor diâmetro 237, 238 na parte de extensão superior 233. Uma vedação 239 fica disposta na superfície 237.

Referindo-se agora à figura 7C, o pistão 240 é retido de forma deslizante dentro do pistão externo 230 e em geral inclui superfície externa cilíndrica 242 que tem uma parte de base de maior diâmetro 244. Uma vedação 245 é disposta na parte de maior diâmetro 244. Logo abaixo da parte de base 244, o pistão 240 se apóia na luva de captura 254 que é encaixada na parte de base 234 do pistão externo 230. O anel de retenção 256 é encaixado na base da luva de captura 254 e mantém a luva de captura na posição. O pistão 240 também inclui superfície interna cilíndrica 246 que tem parte de menor diâmetro 248. O pistão 240 inclui adícionalmente furo central 249 que tem superfície do furo 241 e que se estende através da parte de extensão superior 250.

No topo da parte de extensão 250 do pistão 240 fica um bloco de vedação 280. Conforme mostrado nas figuras 7A-7F, o bloco de vedação 280 pode ser em forma de campânula com uma superfície externa curva 283 e abertura central 286. Entretanto, o bloco de vedação 280 pode incluir inúmeras outras geometrias, como é conhecido na tecnologia, ou, por exemplo, conforme visto no pedido de patente U.S. 10/440.835, intitulado "MWD Formation Tester". A superfície de base 285 do bloco de vedação 280 pode ser acoplada a uma saia 282. O bloco de vedação 280 pode ser ligado na saia 282, ou de outra forma acoplada a saia 282, tal como moldando o bloco de vedação 280 na saia 292 de maneira tal que o material do bloco de vedação preencha os entalhes ou furos na saía 282, conforme pode-se ver no pedido de patente U.S. 10/440.835. A saia 282 é acoplada de forma desanexável na parte de extensão 250 por meio de encaixe rosqueado com a superfície 241 do furo central 249, ou outro mecanismo de encaixe, tal como um encaixe de pressão com a superfície do foro central 241. Em virtude de a combinação bloco de vedação/saia ser desanexável da parte de extensão 250, ela é facilmente substituída no campo. Altemativamente, o bloco de vedação 280 pode ser acoplada diretamente na parte de extensão 250 sem o uso de uma saia. Outras características do bloco de vedação 280, tal como o material do bloco de vedação e a maneira que o bloco de vedação 280 funciona, são similares à do bloco de vedação 180 previamente descrita.

Referindo-se agora à figura 7D, o esnórquel 260 inclui uma parte de base 262, uma extensão do esnórquel 266 e uma passagem central 264 que se estende através da base 262 e da extensão 266. A parte da base 262 inclui uma superfície externa cilíndrica 268 e superfície interna 269. A extensão 266 inclui uma superfície externa cilíndrica 263 e superfície interna 265. Disposto dentro do topo da extensão 266 fica uma tela 290, mais bem mostrada na figura 7F. A tela 290 é um elemento no geral tubular que tem um foro central 292 que se estende entre uma extremidade de entrada de fluido 294 e extremidade de saída de fluido 296. A tela 290 inclui adicionalmente um flange 298 adjacente à extremidade de entrada de fluido 294 e um segmento fendado intemamente 293 com fendas 295. Entre o segmento fendado 293 e a extremidade de saída 296, a tela 290 inclui segmento rosqueado 297 para encaixar de forma rosqueada a extensão do esnórquel 266.

Rosqueado na base da parte de base 262 do esnórquel 260 fica o retentor do tubo do raspador 270 com uma parte de base circular 272 e borda de retenção 273, uma extensão tubular 274 com uma passagem central 275 e uma abertura central 271 para receber a haste externa 219. A haste externa 219 inclui passagem central 243. Um anel de retenção 277 é alinhado radialmente e encaixável na borda de retenção 273, que limita o movimento do esnórquel 260 na direção de retração. Depois que o esnórquel 260 for estendido, o anel de retenção 277 é disposto abaixo do retentor do tubo do raspador 270 na superfície do pistão 246, conforme pode-se ver na figura 7B. O retentor do tubo do raspador 270 suporta o tubo do raspador 278 quando o tubo do raspador 278 está na posição retraída mostrada na figura 7F, e isola o reservatório de fluido hidráulico formado pela extensão tubular 274 e superfície esnórquel 269.0 tubo do raspador 278 com passagem central 279 é retido de forma deslizante acima do retentor do tubo do raspador 270 na passagem 264 do esnórquel 260. Acoplado no topo do tubo do raspador 278 fica o raspador 288. O raspador 288 é encaixado de forma rosqueada no tubo do raspador 278 no segmento rosqueado 281. O raspador 288 é um elemento no geral cilíndrico incluindo a parte do tampão do raspador 284, furo central 287 e aberturas 289 que estão em comunicação fluídica com o furo central 287. O raspador 288 fica disposto dentro do furo central 292 da tela 290 e é alternado entre a extremidade de entrada da tela 294 e a extremidade de saída 296; altemativamente, conforme previamente descrito, o raspador 288 pode ser rotacionável dentro da tela 290. Quando o tubo do raspador 278 e o raspador 288 estão nas suas posições retraídas, mostradas na figura 7B, as aberturas 289 ficam em comunicação fluídica com a extremidade de saída de fluido 296 da tela 290, permitindo assim que fluido passe da tela 290, através do furo do raspador 287 e para a passagem central 279 do tubo do raspador 278.

Referindo-se de volta à figura 7B, um conector de chave de retração da sonda 276 fica disposto na abertura 278 do colar da sonda 202, logo abaixo da extremidade interna 221 da luva 220. Os detalhes do conector de chave 276 são similares dos da chave previamente descrita 176, anteriormente, com referência às figuras 8A-8B. Embora não mostrados, a chave e o conector 276 são acoplados eletricamente em um conjunto de contato disposto na parte de base da haste 213. O conjunto de contato faz contato com o pistão 240 quando o pistão 240 é desalojado da parte de base da haste 213, indicando aos componentes eletrônicos da ferramenta que o conjunto da sonda 200 está completamente retraído. O conjunto de sonda de formação 200 é montado de maneira tal que a base do pistão externo 234 possa alternar ao longo da superfície 227 da luva do adaptador 220, e a superfície do pistão externo 232 possa alternar ao longo da superfície 226. Similarmente, a parte de base do pistão 224 pode alternar ao longo da superfície interna do pistão externo 236, e a superfície do pistão 242 pode alternar ao longo da superfície do pistão externo 237. A parte de base do esnórquel 262 fica disposta dentro do pistão 240 e é adaptada para movimento alternado ao longo da superfície 248, enquanto a borda de retenção 273 do tubo do raspador 270 alterna entre o anel de retenção 277 e a parte de menor diâmetro 248. A extensão do esnórquel 266 é adaptada para movimento alternado ao longo da superfície do pistão 241. A passagem central 264 do esnórquel 260 é alinhada axialmente com a haste 212, haste externa 219, retentor do tubo do raspador 270, tubo do raspador 278, raspador 288 e com a tela 290.0 conjunto de sonda de formação 200 é alternado entre uma posição completamente retraída, mostrada na figura 7a, e uma posição completamente estendida, mostrada na figura 7F. Também, o tubo do raspador 278 é alternado entre uma posição completamente estendida, mostrada nas figuras 7A-7E, e uma posição completamente retraída, ilustrada na figura 7F. Quando o tubo do raspador 278 está completamente retraído, fluido pode comunicar entre a passagem central 203 da haste 212, passagem 243 da haste externa 219, passagem 275 do retentor do tubo do raspador 270, passagem 279 do tubo do raspador 278, furo 287 do raspador 288, aberturas do raspador 289, tela 290 e ambiente em volta.

Com referência às figuras 7A-7F, será agora descrita a operação do conjunto de sonda de formação 200. O conjunto de sonda de formação 200 tipicamente começa na posição retraída mostrada na figura 7A. O conjunto 200 permanece retraído quando fora de uso, tal como quando a coluna de perfuração está girando enquanto perfura, se o conjunto 200 for usado para uma aplicação MWD, ou quando a ferramenta de teste de cabo estiver sendo abaixada no furo de sondagem 8, se o conjunto 200 for usado para uma aplicação de teste de cabo. A figura 7A mostra o conjunto 200 na posição completamente retraída, com o tubo do raspador 278 na posição estendida.

Mediante um comando apropriado para o conjunto da sonda 200, uma força é aplicada na parte de base 234 do pistão externo 230, preferivelmente usando fluido hidráulico. O pistão externo 230 levanta em relação à luva do adaptador 220, com a parte de base do pistão externo deslizando ao longo da superfície da luva 227.0 anel de retenção 256 e a luva de captura 254 forçam o pistão 240 para cima ao longo do pistão externo 230, pela pressão na parte de base do pistão 244. Conforme visto na figura TV, o esnórquel 260 permanece assentado na chapa da haste 210 enquanto o pistão externo 230 e o pistão 240 começam levantar, até que o anel de retenção 277 faça contato com a borda de retenção 273 do retentor do tubo do raspador 270. Neste ponto, a força hidráulica para cima continua ser aplicada nas partes de altemação do conjunto 200, e o reservatório de fluido 334 se expande e enche até que a parte de base do pistão externo 234 se assente no ombro da luva do adaptador 332, conforme mostrado na figura 7C. Então, fluido hidráulico é direcionado para o reservatório 336, fazendo com que o pistão 240 e o esnórquel 260 se estendam para fora, com a parte de base do pistão 244 deslizando ao longo da superfície do pistão externo 236. Finalmente, a parte de base do pistão 244 se assenta no ombro do pistão externo 342, conforme mostrado na figura 7D. De novo, tipicamente, o esnórquel 260 e o bloco de vedação 280 (figura 7C) fazem contato com a parede do furo de sondagem antes de atingir a total extensão, conforme previamente descrito. O estabilizador da ferramenta, ou outro dispositivo desse tipo, reagirá à força de extensão da sonda.

Antes de atingir a posição mostrada na figura 7D, o bloco de vedação 280 é preferivelmente encaixada na parede do furo de sondagem (não mostrado). Para formar uma vedação com o bloco de vedação 280, o conjunto da sonda 200 continuará pressurizar os reservatórios 334, 336 até que os reservatórios atinjam uma pressão máxima. Altemativamente, se o bloco de vedação 180 entrar em contato com a parede do furo de sondagem antes de o conjunto da sonda 200 estar completamente estendido, o conjunto da sonda 200 continuará aplicar pressão no bloco de vedação 280 até a pressão máxima previamente mencionada. A pressão máxima aplicada pelo conjunto da sonda 200 pode ser, por exemplo, 1.200 psi (8.274 MPa). A medida que fluido hidráulico continua ser bombeado através dos reservatórios 334, 336, o esnórquel 260 desliza ao longo das superfícies 248, 241 à medida que fluido hidráulico é direcionado para o reservatório 338 e esta força de extensão do esnórquel aumenta. Esta força de extensão do esnórquel tem que superar a força de retração que está sendo aplicada no lado de retração da parte de base do esnórquel 262 voltada para o ombro do pistão 352. Previamente, a força de retração, provida pelo acumulador de retração 424 e as válvulas de retração, era maior que a força de extensão, mantendo assim o esnórquel 260 na posição de retração. Entretanto, a força de extensão continua aumentar até que ela supere a força de retração, por exemplo, a 900 psi (6.206 MPa). A parte de base do esnórquel 262 finalmente se assenta no ombro do pistão 352, conforme mostrado na figura 7E. O esnórquel 260 se estendeu de maneira tal que a extremidade externa da extensão do esnórquel 266, extremidade de entrada 294 da tela 290 e o topo do raspador 288 se estenderam além da superfície do bloco de vedação 283 através da abertura do bloco de vedação 286. O tubo do raspador 278 e o raspador 288 estão ainda na posição estendida, vista na figura 7E. Se o bloco de vedação 280 estiver encaixada na parede do furo de sondagem, a extensão do esnórquel 266, extremidade de entrada da tela 294 e o topo do raspador 288 perfuram o depósito de sólidos que foi isolado, e preferivelmente atravessam toda a camada de depósito de sólidos e penetram na formação 9.

Conforme previamente descrito, a extensão da extensão do esnórquel 266 ao interior do depósito de sólidos e de formação faz com que contaminantes e detritos se acumulem na tela 290, que pode afetar a amostragem de fluidos de formação. O raspador flutuante 288 é usado para limpar os detritos de uma maneira similar à descrita com relação ao conjunto de sonda de formação 50. Uma força descendente é aplicada no tubo do raspador 278, preferivelmente, aplicando-se uma força de fluido hidráulico para baixo no flange 372 do tubo do raspador 278. A cavidade formada pelo tubo do raspador 278 e a superfície interna do esnórquel 269 é cheia com fluido hidráulico à medida que o tubo do raspador 278 se move para baixo, até que o flange do tubo 372 se assente no retentor do tubo do raspador 270. A medida que o raspador 288 é puxado para dentro da extensão do esnórquel 266 durante este processo, o raspador 288 passa através da tela 290, agitando e removendo detritos que se acumularam na tela 290 através de encaixe por atrito entre o raspador 288 e a tela 290, conforme previamente descrito. Também, foi previamente descrito uma modalidade alternativa incluindo uma tela rotativa 290, igualmente aplicável aqui. Quando o tubo do raspador 278 está completamente retraído, as aberturas 289 se alinham radialmente com a extremidade de saída da tela 296 de maneira tal que comunicação fluídica seja possível entre o furo da tela 292 e a passagem 279 do tubo do raspador 278. Esta ação do raspador 288 que remove detritos é preferivelmente realizada como parte da seqüência de retração do conjunto de sonda de formação 200, conforme descrito a seguir.

Para retrair o conjunto da sonda 200, forças, ou diferenciais de pressão, podem ser aplicadas no conjunto da sonda 200 em direções opostas em relação às forças de extensão. Simultaneamente, as forças de extensão podem ser reduzidas ou interrompidas para ajudar na retração da sonda.

Primeiramente, e preferivelmente, um diferencial de pressão é aplicado através do flange 372 do tubo do raspador 278 aumentando-se a pressão de fluido hidráulico na base do flange 372. Isto estende o tubo do raspador 278 até que o raspador 288 fique completamente estendido novamente, varrendo a tela 290 à medida que o raspador 288 passa através dela. Em seguida, uma força hidráulica é aplicada na parte de base do esnórquel 262 no ombro 352 para empurrar o conjunto do esnórquel 260 para baixo até que a borda de retenção 273 do retentor do tubo do raspador 270 se assente no anel de retenção 277, dessa forma retraindo completamente o conjunto do esnórquel 260. Em seguida, uma força hidráulica é aplicada para baixo na parte de base do pistão 244 no ombro 342 até que a parte de base 244 se assente na luva de captura 254 e no anel de retenção 256 adjacente à parte de base do pistão externo 234. A partir desta posição, um fluido hidráulico é inserido no ombro da luva do adaptador 332 na parte de base do pistão externo 234 para forçar o pistão externo 230 para baixo. O pistão externo 230 então se assenta na base 207 da abertura 204, e o conjunto pistão 240/esnórquel 260 se assenta na chapa da haste 210, dessa forma retraindo completamente o conjunto da sonda 200. Quando o pistão 240 faz contato com a chapa de haste 210, a chave de retração da sonda 276 é disparada da maneira supradescrita, sinalizando uma retração bem sucedida do conjunto 200.

Nota-se que o conjunto de sonda de formação 50 pode estender somente a extremidade externa da parte de extensão do pistão 119 além da extremidade externa da luva 94 a uma distância que é menor que o comprimento do pistão 96. O comprimento do pistão 96 é definido como a distância entre a extremidade mais superior da parte de extensão 119 e a extremidade mais inferior da parte de base 118. Em comparação, o conjunto da sonda 200 pode estender a extremidade externa da parte superior do pistão 250 além da extremidade externa da luva 220 a uma distância que excede o comprimento do pistão 240. Portanto, o recurso telescópico do conjunto da sonda 200, isto é, os pistões concêntricos 230, 240, permite que o bloco de vedação 280 encaixe uma parede do furo de sondagem que está signifícativamente mais afastada do colar 202 do que o comprimento do pistão 240.

Referindo-se agora à figura 14, será descrito um exemplo de como os conjuntos de sonda podem ser usados para testar uma formação. A seqüência de teste 700 pode começar (caixa 702) mediante um comando para a ferramenta 10 da superfície do furo de sondagem, por exemplo, ou do suporte lógico da ferramenta embutido. Em uma primeira modalidade, o pistão 96 e o bloco de vedação 180 pode ser estendidos (caixa 704). Em uma modalidade adicional, o pistão 230 pode ser estendido (caixa 703) para fornecer o efeito telescópico previamente descrito. A parede do furo de sondagem é contatada pelo bloco de vedação 180 (caixa 706). Em seguida, um volume que envolve o esnórquel 98 é selado (caixa 708). Em uma modalidade adicional, o bloco de vedação 180 pode ser cheio com um fluido (caixa 707), conforme previamente descrito. Continuando com a seqüência 700, o esnórquel 98 pode ser estendido (caixa 710), e a parede do furo de sondagem contatada pelo esnórquel 98 (caixa 712). O raspador 160 pode agora ser retraído (caixa 714), causando agitação e remoção de contaminantes do esnórquel 98. Uma propriedade de formação pode então ser medida (caixa 716). Em uma modalidade adicional, contaminantes podem ser filtrados (caixa 715), tal como por uma tela 100. Depois da medição de uma propriedade de formação, o esnórquel 98 é retraído (caixa 718), o pistão 96 e o bloco de vedação 180 são retraídos (caixa 720) e o raspador 160 é estendido (caixa 722). A extensão do raspador 160 pode também servir para remover contaminantes do esnórquel 98. A seqüência 700 termina (caixa 724) com uma propriedade de formação tendo sido medida para os usos aqui descritos adicionalmente.

Em uma modalidade alternativa da ferramenta 10, os conjuntos de sonda de formação 50, 200 podem ficar localizados em qualquer lugar na ferramenta. Referindo-se agora à figura 3B, o conjunto de sonda de formação 50 pode, em vez disso, ficar disposto na pá 37 do estabilizador 36. A válvula equalizadora 60, válvula de interrupção 74 e pistões de rebaixamento 70, 72 podem permanecer na mesma posição mostrada na figura 3B, embora seja preferível que eles fiquem em proximidade imediata com o conjunto de sonda de formação 50 e, portanto, podem se mover para perto do estabilizador 36. A localização dos conjuntos de sonda de formação 50, 200 na pá do estabilizador 37 permite que os conjuntos sejam colocados próximos da parede do foro de sondagem, enquanto são ainda montados em uma parte robusta da ferramenta. Adicionalmente, as outras pás dos estabilizador 36 podem ser usadas para apoiar conjuntos de sonda de formação 50, 200 à medida que eles se estendem e fazem pressão na parede do furo de sondagem.

Mesmo se os conjuntos de sonda de formação 50, 200 não ficarem dispostos no estabilizador 36, as pás do estabilizador 36 são preferivelmente usadas para apoiar os conjuntos de sonda de formação que se estendem 50, 200. Para fornecer uma força de vedação suficiente para o bloco de vedação da sonda, uma força reativa tem que ser aplicada na ferramenta para contrabalançar a força da sonda que se estende. Altemativamente, se não for usado um estabilizador, pistões de centralização tais como os ilustrados e descritos no pedido de patente U.S. 10/440.593, depositado em 19 de maio de 2003 e intitulado "Method and Apparatus for MWD Formation Testing", por meio deste incorporado pela referência com todos os propósitos, podem ser usados.

Com relação a qualquer das modalidades de conjunto da sonda supradescritas, um indicador de posição do conjunto da sonda pode ser incluído no conjunto da sonda para medir a distância que o conjunto da sonda se estendeu a partir de sua posição completamente retraída. Inúmeros sensores podem ser usados para detectar a posição do conjunto da sonda à medida que ele se estende. Em uma modalidade, o indicador de posição do conjunto da sonda pode ser uma medida do volume de fluido hidráulico usado para estender o conjunto da sonda. Se o conjunto da sonda for configurado para usar fluido hidráulico e diferenciais de pressão para estender, conforme está descrito nas modalidades apresentadas, o volume de fluido bombeado para o conjunto da sonda pode ser medido. Com diâmetros conhecidos para as luvas do adaptador e pistões, a distância que os pistões se estenderam pode ser calculada usando o volume de fluido que foi bombeado no conjunto da sonda. Para tomar esta medição mais precisa, certas características do conjunto da sonda podem ser levadas em conta, tal como a compressão do bloco de vedação à medida que ela é comprimida contra a parede do furo de sondagem.

Em uma outra modalidade do indicador de posição do conjunto da sonda, um sensor ótico ou acústico pode ficar disposto no conjunto da sonda, tal como em uma abertura formada na superfície do pistão 141 do conjunto de sonda de formação 50, ou superfície do pistão 242 do conjunto da sonda 200, O sensor ótico ou acústico pode medir a distância que o pistão se move a partir de um ponto de referência conhecido, tal como a posição do pistão quando o conjunto da sonda está completamente retraído. Tais dispositivos são bem conhecidos pelos versados na técnica.

Também em uma outra modalidade, um potenciômetro, ou dispositivo de medição de resistência, ou outro dispositivo desse tipo bem conhecido pelos versados na técnica, podem ser usados para detectar movimento das partes altemantes dos conjuntos de sonda por mecanismos elétricos. O potenciômetro ou dispositivo de medição de resistência pode medir a tensão ou resistência, e tal informação pode ser usada para calcular a distância. A medição de distância obtida pelo indicador de posição da sonda pode ser usada com inúmeros propósitos. Por exemplo, a bitola do furo de sondagem pode ser calculada usando esta medição, obtendo-se assim uma medição precisa do diâmetro do furo de sondagem, Altemativamente, múltiplas sondas podem ser espaçadas radialmente em tomo da coluna de perfuração ou instrumento de cabo, e medições podem ser feitas com as múltiplas sondas para se obter o diâmetro e forma do furo de sondagem. Tendo-se uma medição precisa da bitola do furo de sondagem é possível que o perfurador saiba onde pode estar ocorrendo ruptura ou colapso do furo de sondagem. A medição da bitola pode também ser usada para ajudar os sensores na correta avaliação de formação. Por exemplo, medições de resistividade são afetadas pelo tamanho do furo de sondagem. Correções nêutrons aplicadas a uma ferramenta de nêutrons são também afetadas, bem como correções de densidade aplicadas a uma ferramenta de densidade. Outras ferramentas sensores podem também ser afetadas. Uma medição de bitola do furo de sondagem precisa ajuda corrigir essas ferramentas, bem como qualquer outro processo de perfuração, produção e completação que exige característica de tamanho do furo de sondagem, tal como cimentação.

Em uma outra modalidade, o indicador de posição da sonda pode ser usado para corrigir mudanças no volume da linha de escoamento da sonda. Linhas de escoamento, tais como as linhas de escoamento 91, 93 nas figuras 6A, 6B e 9, são suscetíveis a variações de volume à medida que o bloco de vedação da sonda se comprime e descomprime. Particularmente, quando o bloco de vedação é encaixado na parede do furo de sondagem e um teste de formação está em andamento, a pressão de rebaixamento dos fluidos de formação faz com que o bloco de vedação comprima e o volume a linha de escoamento aumente. O volume da linha de escoamento é usado em diversos cálculos de formação, tal como mobilidade; permeabilidade pode então ser calculada usando a viscosidade e densidade do fluido de formação. Para corrigir este alteração de volume e obter uma medição do volume da linha de escoamento precisa, pode-se utilizar o posicionamento da sonda. Adicionalmente, embora o volume da linha de escoamento total seja conhecido, se a sonda não se estender completamente antes de encaixar na parede do faro de sondagem, somente uma parte do volume da linha de escoamento é usada e essa quantidade pode não ser conhecida. Portanto, a posição da sonda pode ser usada para corrigir a parte do volume da linha de escoamento que não está sendo usada.

As modalidades do indicador de posição supradescritas podem também ser aplicadas nos conjuntos de pistão de rebaixamento, descritos com mais detalhes a seguir, para saber onde no cilindro oi pistão de rebaixamento está localizado, e como o pistão está se movendo. Cálculos do volume e diâmetro podem ser usados para obter a distância deslocada, ou sensores podem ser usados da maneira supradescrita. Assim, a distância exata que o pistão se moveu pode ser obtida, em vez de se basear no volume de fluido usado para atuar o pistão como uma indicação da distância deslocada. Adicionalmente, a constância do de rebaixamento pode ser obtida a partir do indicador de posição. A taxa pode ser calculada a partir da distância medida, e a constância da taxa pode ser usada para corrigir outras medições.

Por exemplo, para se obter um melhor entendimento da permeabilidade de formação ou do ponto de bolha dos fluidos de formação, uma pressão de referência pode ser escolhida para rebaixamento e, em seguida, a distância que o pistão de rebaixamento se moveu antes de essa pressão de referência ser atingida pode ser medida pelo indicador de posição do pistão de rebaixamento. Se o ponto de bolha for atingido, a distância que o pistão se moveu pode ser registrada e transmitida à superfície, ou ao suporte lógico na ferramenta, para que o pistão possa ser comandado para mover menos, e evitar assim o ponto de bolha.

Sensores destinados a outros propósitos podem também ficar dispostos nos conjuntos de sonda. Por exemplo, um sensor de temperatura, conhecido pelos versados na técnica, pode ficar disposto no conjunto da sonda para medir temperatura do espaço anular ou de formação. Em uma modalidade, o sensor de temperatura pode ser colocado nas extensões esnórquel 126, 266. Na posição retraída do conjunto da sonda, o sensor ficaria adjacente ao ambiente do espaço anular, e a temperatura do espaço anular podería ser medida. Na posição estendida do conjunto da sonda, o sensor ficaria adjacente à formação, permitindo a medição da temperatura de formação. Tais medições de temperatura poderíam ser usadas para uma variedade de propósitos, tais como para cálculos de produção e completação, ou cálculos de avaliação tais como de permeabilidade e resistividade. Esses sensores podem também ser colocados adjacentes aos conjuntos de sonda, tal como nas pás do estabilizador ou pistões de centralização.

Referindo-se de volta às figuras 3B e 5, pode-se perceber que o colar da sonda 12 também aloja conjuntos de pistão de rebaixamento 70, 72 e conjunto de válvula de interrupção de rebaixamento 74. Referindo-se agora à figura 11, o conjunto do pistão de rebaixamento 70 geralmente inclui vedação anular 502, pistão 506, embolo 510 e tampa de extremidade 508. O pistão 506 é recebido de forma deslizante no cilindro 504 e no embolo 510, que é integral com o pistão 506 e que se estende a partir dele, é recebido de forma deslizante no cilindro 514. Na figura 11, o pistão 506 está na sua posição rebaixada, mas é tipicamente predisposto para sua posição mais superior ou apoiada no ombro 516. Uma mola de predisposição (não mostrada) predispõe o pistão 506 para a posição apoiada, e fica disposta na parte do cilindro inferior 504b entre o pistão 506 e a tampa de extremidade 508. Linhas hidráulicas separadas (não mostradas) interconectam o cilindro 504 acima e abaixo do pistão 506 nas partes 504a, 504b para mover o pistão 506 tanto para cima como para baixo dentro do cilindro 504, conforme descrito com detalhes a seguir. O embolo 510 é disposto de forma deslizante no cilindro 514 coaxial com o cilindro 504. O cilindro 512 é a parte superior do cilindro 514 que está em comunicação fluí dica com a passagem longitudinal 93 (vista esquematicamente na figura 9) que interconecta com o conjunto da válvula de interrupção de rebaixamento 74, pistão de rebaixamento 72, conjunto de sonda de formação 50, 200 e válvula equalizadora 60. O cilindro 512 é inundado com fluido de perfuração por meio de sua interconexão com a passagem 93. O cilindro 514 é cheio com fluido hidráulico por baixo da vedação 513 por meio de sua interconexão com o circuito hidráulico 400. A tampa de extremidade 508 aloja uma chave de contato (não mostrada) que tem um contato que fica voltado para o pistão 506. Um arame 515 é acoplado na chave de contato. Um embolo 511 fica disposto no pistão 506. Quando o rebaixamento do conjunto do pistão 70 está completo, conforme mostrado na figura 11, o pistão 506 atua a chave de contato fazendo com que o êmbolo 511 encaixe o contato da chave de contato, que faz com que o arame 515 acople no terra do sistema por meio da chave de contato no êmbolo 511 no pistão 506 na tampa de extremidade 508 que está em comunicação com o terra do sistema (não mostrado).

Referindo-se à figura 12, está mostrado um segundo conjunto de pistão de rebaixamento 72. O pistão de rebaixamento 72 é similar ao pistão 70, com a diferença mais notável sendo que o volume de rebaixamento é maior e o conjunto não inclui uma mola de predisposição. O conjunto do pistão de rebaixamento 72 em geral inclui sede anular 532, pistão 536, êmbolo 540 e tampa de extremidade 538. O pistão 536 é recebido de forma deslizante no cilindro 534 e no êmbolo 540, que é integral com o pistão 536, e se estende a partir dele, é recebido de forma deslizante no cilindro 544. O êmbolo 540 e o cilindro 544 têm maiores diâmetros do que as partes correspondentes do pistão 70. Na figura 12, o pistão 536 está na sua posição rebaixada, mas é tipicamente mantido na sua posição mais superior ou apoiada no ombro 546 por força hidráulica. Linhas hidráulicas separadas (não mostradas) interconectam o cilindro 534 acima e abaixo do pistão 536 nas partes 534a, 534b para mover o pistão 536 tanto para cima como para baixo dentro do cilindro 534 da maneira descrita com mais detalhes a seguir. O embolo 540 é disposto de forma deslizante no cilindro 544 coaxial com o cilindro 534. O cilindro 542 é a parte superior do cilindro 544 que está em comunicação com a passagem longitudinal 93 (visto esquematicamente na figura 9) que interconecta com o conjunto da válvula de interrupção de rebaixamento 74, pistão de rebaixamento 70, conjunto de sonda de formação 50, 200 e válvula equalizadora 60. O cilindro 542 é inundado com fluido de perfuração por meio de sua interconexão com a passagem 93. O cilindro 544 é cheio com fluido hidráulico por baixo da vedação 543 por meio de sua interconexão com o circuito hidráulico 400. A tampa de extremidade 538 aloja uma chave de contato 548 que tem um contato 550 que fica voltado para o pistão 536. Um arame 545 é acoplado na chave de contato 548. Um embolo 541 fica disposto no pistão 536. Quando o rebaixamento do conjunto do pistão 72 está completo, conforme mostrado na figura 12, o pistão 536 atua a chave de contato 548, fazendo com que o êmbolo 541 encaixe o contato 550, que faz com que o arame 545 acople no terra do sistema por meio da chave de contato 548 no êmbolo 541 no pistão 536 na tampa de extremidade 538 que está em comunicação com o terra do sistema (não mostrado).

Entende-se que os pistões de rebaixamento podem variar de tamanho, de maneira tal que seus volumes variem. Os pistões podem também ser configurados para rebaixamento a pressões variadas. A modalidade supradescrita inclui dois conjuntos de pistões de rebaixamento, mas a ferramenta de teste de formação pode incluir mais ou menos do que dois. O circuito hidráulico 400 usado para operar conjuntos de sonda de formação 50, 200, válvula equalizadora 60 e pistões de rebaixamento 70, 72 está mostrado na figura 9. Um controlador a base de microprocessador 402 é acoplado eletricamente a todos os elementos controlados no circuito hidráulico 400 ilustrado na figura 9, embora as conexões elétricas a tais elementos sejam convencionais e não estejam ilustradas, a não ser esquematicamente. O controlador 402 fica localizado no módulo eletrônico 20, mostrado na figura 2A, embora ele possa ficar alojado em qualquer lugar na ferramenta 10 ou no conjunto de furo de fundo 6. O controlador 402 detecta os sinais de controle transmitidos de um controlador principal 401 alojado no sub MWD 13 do conjunto de furo de fundo 6 que, por sua vez, recebe instruções transmitidas da superfície por meio de telemetria de pulso de lama, ou qualquer dos vários outros mecanismos convencionais para transmitir sinais para ferramentas de furo descendente.

Quando o controlador 402 recebe um comando para iniciar teste de formação, a coluna de perfuração pára de girar, se a ferramenta 10 estiver disposta em uma coluna de perfuração. Conforme mostrado na figura 9, o motor 404 é acoplado na bomba 406 que extrai fluido hidráulico do reservatório hidráulico 408 através de uma tela reparável 410. Conforme será descrito, a bomba 406 direciona fluido hidráulico para o circuito hidráulico 400 que inclui conjunto de sonda de formação 50, 200 (qualquer um pode ser usado indiferentemente), válvula equalizadora 60, pistões de rebaixamento 70, 72 e válvulas solenóides 412, 414, 416, 418, 420, 422. Entende-se que, embora a descrição seguinte faça referência somente ao conjunto de sonda de formação 50, o circuito hidráulico descrito pode ser usado para operar o conjunto de sonda de formação 50 ou conjunto de sonda 200. A operação do testador de formação 10 é mais bem entendida com referência à figura 9 em conjunto com as figuras 6A-6B, 7A-F, 11 e 12. Em resposta a um sinal de controle elétrico, o controlador 402 energiza a válvula solenóide de retração 412 e a válvula 414, e dá partida no motor 404. A bomba 406 então começa pressurizar o circuito hidráulico 440 e, mais particularmente, carrega o acumulador de retração da sonda 424. O ato de carregar o acumulador 424 também garante que o conjunto de sonda de formação 50 seja retraído, que a válvula equalizadora 60 seja aberta e que os pistões de rebaixamento 70, 72 fiquem nas suas posições apoiadas iniciais descritas com referência às figuras 11 e 12. Quando a pressão no sistema 400 atinge um valor predeterminado, tal como 1.800 psi (12.402 MPa), detectada pelo transdutor de pressão 426a, o controlador 402 (que monitora continuamente a pressão no sistema) energiza a válvula solenóide de extensão 416 que faz com que o conjunto de sonda de formação 50 comece se estender em direção à parede do furo de sondagem 16. Simultaneamente, a válvula de retenção 428 e válvula de escape 429 selam o acumulador de retração da sonda 424 a uma carga de pressão entre aproximadamente 500 e 1.250 psi (3.448 a 8.619 MPa). A válvula solenóide 412 está ainda energizada. O conjunto de sonda de formação 50 se estende, conforme previamente descrito, da posição mostrada na figura 6A até uma posição de total extensão, mostrada na figura 6B (exceto com o esnórquel ainda retraído), onde o bloco de vedação 180 encaixa o depósito de sólidos 49 na parede do furo de sondagem 16. Neste ponto, a válvula solenóide de retração 412 é desenergizada, permitindo assim que o esnórquel 98 seja estendido e o raspador 160 seja retraído. Compressão hidráulica continuando ser suprida ao lado de extensão do pistão 96 e esnórquel 98 para o conjunto de sonda de formação 50, o esnórquel pode então penetrar no depósito de sólidos e o raspador retraído, conforme mostrado na figura 6B (e as figuras 7E-7E para o conjunto 200). As extensões para fora dos pistões 96 e esnórquel 98 continuam até que o bloco de vedação 180 encaixe a parede do furo de sondagem 16, conforme previamente descrito com relação ao conjunto de sonda de formação 50. Este movimento combinado continua até que a pressão no lado de extensão do pistão 96 e esnórquel 98 atinja uma magnitude predeterminada, por exemplo, 1.200 psi (8.274 MPa), controlada pela válvula de escape 417, fazendo com que o bloco de vedação 180 seja comprimido. Neste ponto, ocorre um segundo estágio de expansão, com o esnórquel 98 então se movendo dentro dos cilindros 120 no pistão 96 para penetrar no depósito de sólidos 49 na parede do foro de sondagem 16 e receber fluidos de formação ou fazer outras medições. A desenergização da válvula solenóide 412 também fecha a válvula equalizadora 60, isolando assim a passagem de fluido 93 do espaço anular. Desta maneira, a válvula 412 garante que a válvula 60 se fecha somente depois que o bloco de vedação 140 tiver entrado em contato com o depósito de sólidos 49 que reveste a parede do foro de sondagem 16. A passagem 93, agora fechada para o espaço anular 15, está em comunicação fluídica com os cilindros 512, 542 nas extremidades superiores dos cilindros superiores 514, 544 nos conjuntos de pistão de rebaixamento 70, 72, mais bem mostrado nas figuras 11 e 12.

Com a válvula solenóide de extensão 416 ainda energizada, e o circuito hidráulico 400 aproximadamente a 1.200 psi (8.274 MPa), o acumulador de extensão da sonda 430 foi carregado, e o controlador 402 energíza a válvula solenóide 414, A energização da válvula 414 fecha a seção de extensão do circuito hidráulico, mantendo assim a seção de extensão a aproximadamente 1.200 psi (8.274 MPa) e permitindo que o rebaixamento comece. Com a válvula 414 energizada, pressão pode ser adicionada ao circuito de rebaixamento, que em geral inclui acumulador de rebaixamento 432, válvulas solenóídes 418,420,422 e conjuntos de pistão de rebaixamento 70,72. O controlador 402 agora energiza a válvula solenóide 420, que permite que fluido pressurizado entre na parte 504a do cilindro 504, fazendo com que o pistão de rebaixamento 70 se retraia. Quando isso ocorre, o embolo 510 se move dentro do cilindro 514 de maneira tal que o volume da passagem de fluido 93 aumente no volume da área do êmbolo 510 vezes o comprimento de seu curso ao longo do cilindro 514. O volume do cilindro 512 é aumentado por este movimento, aumentando assim o volume de fluido na passagem 93. Preferivelmente, esses elementos são dimensionados de maneira tal que o volume da passagem de fluido 93 seja aumentado preferivelmente 30 cm3 no máximo em decorrência de o pistão 70 ser retraído.

Se o pistão de rebaixamento 70 parar, por exemplo, por causa da necessidade apenas de um de rebaixamento parcial, ou de um rebaixamento parcial mau sucedido, o controlador 402 pode energizar a válvula solenóide 418 para pressurizar o conjunto da-válvula de interrupção de rebaixamento 74. A pressurização do conjunto da válvula 74 faz com que o pistão de rebaixamento 70 pare de rebaixar de fluidos de formação. Agora, o conjunto da válvula 74 e o pistão de rebaixamento 70 foram pressurizados até aproximadamente 1.800 psi (12.402 MPa). Isto garante que o conjunto da válvula de interrupção 74 mantenha o pistão de rebaixamento 70 na sua posição rebaixada, ou parcialmente rebaixada, de maneira tal que os fluidos de formação extraídos fiquem retidos e não sejam inadvertidamente expelidos.

Quando se desejar continuar rebaixar com o pistão de rebaixamento 70, a válvula solenóide 418 pode ser desenergizada, desligando assim a válvula de interrupção 74. O rebaixamento com o pistão de rebaixamento 70 então começa até que o volume do cilindro 514 seja cheio. O rebaixamento do pistão de rebaixamento 70 pode continuar interrompido usando as válvulas 418 e 74. Tais interrupções podem ser necessárias para mudar os parâmetros de rebaixamento, tal como taxa e volume de rebaixamento. O controlador 402 pode ser usado para comandar o pistão de rebaixamento 70 para rebaixar de fluidos a diferentes taxas e volumes. Por exemplo, o pistão de rebaixamento 70 pode ser comandado para rebaixamento fluidos a 1 cm3 por segundo para 10 cm3 e então esperar 5 minutos. Se os resultados deste teste forem insatisfatórios, um sinal descendente pode ser transmitido usando telemetria de pulso de lama, ou uma outra forma de comunicação de furo descendente, programando o controlador 402 para comandar o pistão 70 para agora rebaixar de fluidos a 2 cm3 por segundo para 20 cm e em seguida esperar 10 minutos, por exemplo. O primeiro teste pode ser interrompido, parâmetros alterados e o teste pode ser reiniciado com os novos parâmetros que foram transmitidos da superfície para a ferramenta. Essas mudanças de parâmetros podem ser feitas enquanto o conjunto de sonda de formação 50 está estendido.

Enquanto o pistão de rebaixamento 70 está parado, o controlador 402 pode energizar a válvula solenóide 422 que permite que fluido pressurizado entre na parte 534a do cilindro 534 fazendo com que o pistão de rebaixamento 72 retraia. Quando isso ocorre, o êmbolo 540 se move dentro do cilindro 534 de maneira tal que o volume da passagem de fluido 93 aumente no volume da área do êmbolo 540 vezes o comprimento de seu curso ao longo do cilindro 544. O volume do cilindro 542 é aumentado por este movimento, aumentando assim o volume de fluido na passagem 93. Preferivelmente, esses elementos são dimensionados de maneira tal que o volume da passagem de fluido 93 seja aumentado em 55 cm3 em decorrência de o pistão 72 ser retraído. Preferivelmente, o pistão de rebaixamento 82 não tem o recurso de parada e início do pistão 70, e é capaz de rebaixar de mais fluidos a uma taxa mais alta. Assim, o pistão de rebaixamento 72 pode ser configurado para rebaixar de fluidos a taxas de 3,8 ou 7,7 cm3 por segundo, por exemplo. Entretanto, deve-se entender que qualquer pistão 70,72 pode ter diferentes tamanhos, e o pistão 72 pode também ser configurado para ter o recurso de parada e início por meio do conjunto da válvula de interrupção. Assim, o circuito hidráulico 400 pode ser configurado para operar múltiplos pistões 70 e/ou múltiplos pistões 72. Também, os pistões 70, 72 podem ser operados em qualquer ordem, A capacidade de controlar pistões de rebaixamento 70, 82 supradescrita também permite que o operador purgue fluidos nos conjuntos de pistão de rebaixamento e linhas de escoamento da sonda. Por exemplo, se um volume de pré-teste for extraído para a sonda, ele pode ser purgado atuando-se nos pistões de rebaixamento nas direções opostas. Isto pode ser usado para limpar qualquer detrito acumulado nas linhas de escoamento e conjunto de sonda.

Manter as linhas de escoamento limpas é importante para proteger instrumentos na ferramenta de teste, e para manter a integridade dos testes de formação purgando fluidos antigos deixados nas linhas de escoamento. Assim, em uma outra modalidade para manter as linhas de escoamento limpas, um filtro mecânico pode ser colocado nas linhas de escoamento, tal como em qualquer lugar ao longo das linhas de escoamento 91, 93 nas figuras 6A, 6B e 9. Altemativamente, as linhas de escoamento podem ser purgadas abrindo-se a válvula equalizadora 60, bombeando fluidos presentes nas linhas de escoamento, fechando então a válvula equalizadora 60 em preparação para uma outra seqüência de rebaixamento.

A medida que o pistão de rebaixamento 70 é atuado, 30 cm de fluido de formação será assim extraído pela passagem central 127 do esnórquel 98 e através da tela 100. O movimento do pistão de rebaixamento 70 dentro de seu cilindro 504 diminui a pressão na passagem fechada 93 para uma pressão abaixo da pressão de formação, de maneira tal que o fluido de formação seja extraído através da tela 100 e para as aberturas 166, através do esnórquel 98, e em seguida através da passagem da haste 108 para a passagem 91 que está em comunicação fluídica com a passagem 93 e parte do mesmo sistema de fluido fechado. No total, câmaras de fluido 93 (que incluem o volume de várias passagens de fluido interconectadas, incluindo passagens no conjunto de sonda de formação 50, passagens 91, 93, as passagens 93 interconectando os pistões de rebaixamento 70,72 e válvula de interrupção de rebaixamento 74) preferivelmente têm um volume de aproximadamente 63 cm3. Se o pistão de rebaixamento 72 for também ativado, este volume deve aumentar aproximadamente 30 cm3, até aproximadamente 90 cm3 no total. A lama de perfuração no espaço anular 15 não é extraída para o esnórquel 98 em virtude de o bloco de vedação 180 selar no depósito de sólidos. O esnórquel 98 serve como um conduto através do qual o fluido de formação pode passar e a pressão do fluido de formação pode ser medida na passagem 93 enquanto o bloco de vedação 180 serve como uma vedação para impedir que fluidos anulares entrem no esnórquel 98 e invalidem a medição de pressão de formação.

Referindo-se momentaneamente à figura 6B, fluido de formação é extraído primeiramente para o furo central 132 da tela 100. Ele passa então através de fendas 134 no segmento fendado da tela 133 de maneira tal que partículas no fluido sejam filtradas do fluxo e não sejam extraídas para a passagem 93. O fluido de formação então passa entre a superfície externa da tela 100 e da superfície interna da extensão do esnórquel 126 onde ele em seguida passa através da extremidade de saída 135, aberturas 166 no raspador 160, tubo do raspador 150 e para a passagem central 108 da haste 92. A tela 100 (e tela 290 do conjunto 200) pode ser otimizada para aplicações particulares. Por exemplo, se for obtido conhecimento anterior de formação, então a tela pode ser adequada ao tipo de rocha ou sedimento que está presente na formação. Um tipo de tela ajustável é um enchimento de cascalho, que pode ser usado em substituição ou em conjunto com o tela fendado 100. Em geral, o enchimento de cascalho são duas telas cilíndricos longitudinais de diferentes diâmetros. As telas são dispostas concentricamente e o espaço anular é cheio com a tela de enchimento de cascalho, ou de um tamanho de areia conhecido. A despeito do tipo de formação encontrado, o enchimento de cascalho pode ser adequado para ter uma relação de 10 para 1 do tamanho da areia de formação para o tamanho do enchimento de cascalho, que é a relação do tamanho de partícula de formação para o tamanho de partícula de cascalho preferível. Com esta relação, espera-se que o enchimento de cascalho tenha a capacidade de filtrar partículas de formação de até 1/10° do tamanho do diâmetro de partícula de formação nominal encontrado. Com esta modalidade, o tamanho de areia do enchimento de cascalho pode ser adequado à aplicação visada específica.

Também em uma outra modalidade, as telas 100, 290, da maneira que elas estão ilustradas nas figuras 6B, 7F, podem ser otimizadas ajustando-se o tamanho e número de fendas exigidas para uma aplicação particular. As fendas, ou entalhes, estão ilustradas esquematicamente como segmento intemamente fendado 133 que tem fendas 134 na figura 6B, e o segmento intemamente fendado 293 que tem fendas 295. O tamanho e número de entalhes pode ser adequado à formação particular que se espera ser interceptada, e o tamanho de partícula de areia nominal da areia produzida. Por exemplo, mais entalhes com menores aberturas podem ser usados para menor tamanho nominal de partícula de formação.

Em uma modalidade adicional, o ajuste supramencionado do tamanho da fenda pode ser obtido em tempo real. Na modalidade anterior, o tamanho da fenda é estabelecido mediante desdobramento da ferramenta 10 no furo de sondagem. O tamanho da fenda permanece inalterado enquanto a ferramenta 10 é desdobrada. O tamanho da fenda pode ser ajustado na superfície do furo de sondagem substituindo as telas 100, 290, ou ajustando-se manualmente os tamanhos das fendas, mas não pode ser ajustado em tempo real, ou enquanto a ferramenta 10 é desdobrada no fundo do poço. Na modalidade atual, a detecção do tipo de formação realmente interceptada pode ser obtida por meio de vários aparelhos e métodos aqui revelados. Se o valor de formação detectado, tal como tamanho de partícula, diferir de um valor predeterminado, o tamanho da fenda pode ser ajustado sem desengatar a ferramenta 10 do furo de sondagem, e o tamanho da fenda pode ser ajustado movendo-se dois elementos cilíndricos fendados dispostos concentricamente um em relação ao outro, por exemplo, ou ajustando-se mecanismos obturadores adjacentes às fendas.

Referindo-se novamente à figura 9, com o bloco de vedação 180 selada na parede do furo de sondagem, a válvula de retenção 434 mantém a pressão desejada que age no pistão 96 e no esnórquel 98 para manter a devida vedação do bloco de vedação 180. Adicionalmente, em virtude de o acumulador da vedação da sonda 403 estar completamente carregado, caso a ferramenta 10 se mova durante o rebaixamento, volume de fluido hidráulico adicional pode ser suprido ao pistão 96 e ao esnórquel 98 para garantir que o bloco de vedação 180 permaneça hermeticamente selada na parede do furo de sondagem. Além do mais, caso a parede do foro de sondagem 16 se mova nas proximidades do bloco de vedação 180, o acumulador da vedação da sonda 430 suprirá volume de fluido hidráulico adicional ao pistão 96 e esnórquel 98 para garantir que o bloco de vedação 180 permaneça hermeticamente selada na parede do furo de sondagem 16. Sem o acumulador 430 no circuito 400, o movimento da ferramenta 100 ou parede do furo de sondagem 16, e assim do conjunto de sonda de formação 50, resultaria em uma perda de vedação no bloco de vedação 180 e uma falha no teste de formação.

Com os pistões de rebaixamento 70, 72 nas suas posições completa ou parcialmente retraídas e em qualquer lugar de um a 99 cm de formação de fluido de formação extraído para o sistema fechado 93, a pressão estabilizará, permitindo que transdutores de pressão 426b,c detectem e meçam a pressão de fluido de formação. A pressão medida é transmitida ao controlador 402 na seção dos componentes eletrônicos, onde a informação é armazenada na memória e, altemativamente, ou adicionalmente, é comunicada ao controlador principal 401 na ferramenta MWD 13 abaixo do testador de formação 10, onde ela pode ser transmitida à superfície por meio de telemetria de pulso de lama ou por qualquer outro mecanismo de telemetria convencional.

Quando o rebaixamento é completado, os pistões 70, 72 atuam suas chaves de contato previamente descritas. Quando a chave de contato 550, por exemplo, é atuada, o controlador 402 responde desligando o motor 404 e a bomba 406 para economia de energia. A válvula de retenção 436 aprisiona a pressão hidráulica e mantém os pistões 70, 72 nas suas posições retraídas. No caso de qualquer vazamento de fluido hidráulico que possa permitir que os pistões 70, 72 comecem se mover em direção às suas posições apoiadas originais, o acumulador de rebaixamento 432 proverá o volume de fluido necessário para compensar qualquer tal vazamento e manter assim força suficiente para reter os pistões 70,72 nas suas posições retraídas.

Durante este intervalo, o controlador 402 monitora continuamente a pressão na passagem de fluído 93 por meio de transdutores de pressão 426 b,c. Quando a pressão medida estabilizar, ou depois de um intervalo de tempo predeterminado, o controlador 402 desenergiza a válvula solenóide de extensão 416. Quando isto ocorre, pressão é removida do lado fechado da válvula equalizadora 60 e do lado de extensão do pistão da sonda 96. A válvula equalizadora 60 retomará para seu estado normalmente aberto e o acumulador de retração da sonda 424 fará com que o pistão 96 e o esnórquel 98 retraiam, de maneira tal que o bloco de vedação 180 fique desencaixado da parede do foro de sondagem. Em seguida, o controlador 402 novamente aciona o motor 404 para acionar a bomba 406 e novamente energiza a válvula solenóide 412. Esta etapa garante que o pistão 96 e o esnórquel 98 sejam completamente retraídos e que a válvula equalizadora 60 fique aberta. Dado este arranjo, a ferramenta de formação tem um mecanismo redundante de retração da sonda. A força de retração ativa é provida pela bomba 406. Uma força de retração passiva é suprida pelo acumulador de retração da sonda 424 que é capaz de retrair a sonda mesmo no caso de se perder potência. É preferível que o acumulador 242 seja carregado na superfície antes de ser empregado no fundo do poço para fornecer pressão para reter o pistão e o esnórquel no alojamento 12.

Entende-se que a válvula equalizadora 60 pode ser aberta de uma maneira similar em outros momentos durante o encaixe da sonda na parede do furo de sondagem. Se o bloco de vedação da sonda correr perigo de se aderir na parede do furo de sondagem, a sucção pode ser rompida, abrindo-se a válvula equalizadora 60 da maneira supradescrita.

Depois de uma pressão predeterminada, por exemplo 1.800 psi (12.402 MPa), ser detectada pelo transdutor de pressão 426a e comunicada ao controlador 402 (indicando que a válvula equalizadora está aberta e que o pistão e o esnórquel estão completamente retraídos), o controlador 402 desenergiza as válvulas solenóides 418, 420, 422 para remover pressão dos lados 504a, 534a dos pistões de rebaixamento 70, 72, respectivamente. Com a válvula solenóide 412 permanecendo energizada, pressão positiva é aplicada nos lados 504b, 534b dos pistões de rebaixamento 70, 72 para garantir que os pistões 70, 72 retomem para suas posições originais. O controlador 402 monitora a pressão por meio do transdutor de pressão 426a e, quando uma pressão predeterminada é atingida, o controlador 402 determina que os pistões 7, 72 retomaram completamente e desliga o motor 404 e a bomba 406 e desenergiza a válvula solenóide 412. Com todas válvulas solenóides retomadas para suas posições originais e com o motor 404 desligado, a ferramenta 10 volta para sua condição original. O circuito hidráulico 400, descrito e ilustrado na figura 9, pode também agir como um circuito regenerativo enquanto estende o conjunto da sonda. Com tanto a válvula de retração 412 como a válvula de extensão 416 energizadas ou atuadas, da maneira supradescrita, e a diferença nas áreas entre a menor área no lado de retração do pistão da sonda, tal como o pistão 96 ou o pistão 240, e a maior área no lado de extensão do pistão, existe um Λ efeito líquido de extensão do conjunto da sonda. A medida que o pistão continua se estender com a válvula de retração ainda aberta, existe um refluxo de fluido hidráulico através da válvula de retração 412 por causa da falta de uma válvula de retenção atrás da válvula de retração 412. Este caminho de refluxo praticamente desimpedido para o fluido hidráulico pressurizado escoar para a válvula de extensão 416, adicionando à pressão no lado de extensão do circuito e aumentando a taxa na qual a sonda pode se estender.

Durante a extensão do conjunto da sonda, usando o circuito hidráulico 400, pode-se perceber que o volume total do fluido hidráulico que precisa ser deslocado pela bomba 406 e, conseqüentemente, o número de revoluções do motor 404, é reduzido, comparado com um circuito não regenerativo. A natureza regenerativa do circuito 400 também permitir que o limpador o raspador móvel, tal como o raspador 160, permaneça estendido durante a extensão do conjunto da sonda, especialmente à medida que o conjunto do esnórquel está penetrando no depósito de sólidos e na formação, e existe uma força extra empurrando de volta o raspador móvel. Conforme se pode ver nas figuras 6A, 6B e 7A-7F, a área do lado de extensão do conjunto do raspador, por exemplo, a base do flange 372 do tubo do raspador 278 na figura 7F, é maior que a área do lado de retração, ou o lado superior do flange 372. Assim, com ambas as válvulas 412 e 416 atuadas, a mesma pressão hidráulica age em diferentes áreas, fazendo com que o elemento limpador se estenda e o fluido pressurizado regenere no lado de extensão do tubo do raspador 278, conforme previamente descrito.

Adicionalmeníe, conforme mencionado antes, a regeneração de pressão no circuito 400 permite extensão mais rápida do conjunto da sonda. Além do mais, a pressão regenerada ajuda no controle da atuação da válvula equalizadora.

Um conjunto acumulador do reservatório hidráulico 600 é disposto no colar da sonda 12, conforme mostrado na figura 101. O conjunto acumulador do reservatório 600 mantém uma pressão acima do espaço anular ou pressão do ambiente em volta em todo o sistema hidráulico da ferramenta 10. Esta condição no sistema hidráulico compensa alterações de pressão e temperatura na ferramenta. Também, a pressão provida pelo conjunto 600 faz com que a bomba 406 (figura 9) comece operar a partir da pressão do espaço anular, reduzindo assim a carga de trabalho que seria exigida para dar partida na bomba 406 na pressão atmosférica. Assim, o conjunto acumulador 600 pode ser usado para comunicar pressão do espaço anular no sistema hidráulico da ferramenta. Conforme se pode perceber a seguir, o conjunto 600 é autocontido e facilmente substituído no campo. O conjunto 600 em geral inclui um corpo 602 que tem uma superfície superior 632, superfície inferior 634 (figura 10C) e tampa de extremidade 604 na extremidade 606, diversas asas de travamento 608 e aberturas de fluido de perfuração 618, 620 na extremidade 622. A superfície superior 632 inclui aberturas de fluido adicionais 628, 630 cobertas por uma tela 639, ilustrada na figura 10F. À tela 639 é mantida no lugar pelo anel de retenção 637, e impede que partículas grandes no fluido de perfuração entrem nos cilindros e interfiram na altemação dos pistões. A tampa de extremidade 604 inclui um tampão de pressão 638 para conectar o conjunto 600 no colar da sonda 12, que ajuda travar o conjunto 600 no lugar, conforme ilustrado na figura 10H. A tampa de extremidade 604 também inclui válvulas de retenção de fluido hidráulico 640, 642 para comunicação fluídica com o circuito hidráulico da ferramenta, e para reter fluido para o conjunto 600 e o sistema hidráulico da ferramenta quando o conjunto 600 é removido do colar 12.

Referindo-se rapidamente à figura 10F, pode-se perceber que o lado de dentro do conjunto 600 é dividido em dois cilindros 626, 646. A figura 10C ilustra o cilindro 626 retendo um pistão 636 que separa o cilindro 626 na parte de fluido hidráulico 626a e parte de fluido de perfuração 626b. O pistão 636 é alternado entre a posição mostrada na figura 10C e a posição do pistão 656 mostrada na figura 10D. A mola 624 é retida na parte do cilindro 626b entre o pistão 636 e a extremidade 622. A mola 624 se estende além da extremidade do pistão 636b em tomo do pistão 636 e assenta na parte de maior diâmetro do pistão 633. A parte de maior diâmetro 633 é similar à parte de maior diâmetro 653 do pistão 656, ilustrada na figura 10G. Na extremidade 622, a abertura 620 permite que fluidos de perfuração entrem na parte do cilindro 626b e exerçam a pressão do espaço anular em volta no lado 636b do pistão 636. Em virtude de a mola 624 também exercer uma força no lado 636b, a pressão do fluido hidráulico na parte do cilindro 626a é maior que a pressão do espaço anular. A pressão do fluido hidráulico na parte do cilindro 626a é a pressão do espaço anular mais a pressão adicionada pela mola 624. A mola 624 pode exercer, por exemplo, uma pressão de aproximadamente 60-80 psi (414-827 MPa). O cilindro 646 da figura 10D opera de uma maneira similar ao cilindro 626. Fluido de perfuração entra na parte do cilindro 646b pela abertura 622, exercendo assim a pressão do espaço anular no lado 656b do pistão 656. A mola 644 então aumenta a pressão no pistão 656, fazendo com que fluido hidráulico no cilindro 646a e, portanto, o fluido hidráulico no sistema hidráulico da ferramenta, seja maior que a pressão do espaço anular. A mola 644 está mostrada na posição completamente comprimida na figura 10D.

Referindo-se agora à figura 10G, a extremidade do pistão alargada 656a inclui a vedação 659 para selar a lama de perfuração do fluido hidráulico do sistema, e o raspador 661 para limpeza do furo do cilindro 646 à medida que o pistão 656 se alterna. A mola 644 assenta na parte de maior diâmetro 643, A extremidade do pistão 636a é similar à extremidade do pistão 656a ilustrada na figura 10G.

Preferivelmente, os pistões 636, 656 alternam independentemente um do outro, mantendo ainda a pressão no sistema hidráulico da ferramenta. Também, ambos os pistões comunicam com todo o sistema hidráulico da ferramenta.

Referindo-se agora à figura 10H, o conjunto acumulador 600 está ilustrado colocado na posição no colar 12, mas não travado para baixo. Para encaixar o conjunto 600 na cavidade 601 no colar 12, o colar 600 fica disposto acima da cavidade 601, e asas de trava 608 (figura 10A) são alinhadas com os recessos 664. Os recessos 664 são em forma de L (não mostrados) com as partes inferiores do L se estendendo em direção à tampa de extremidade 604 e extremidade 603 da cavidade 601. O conjunto 600 é abaixado na cavidade 601, com as asas de trava 608 deslizando para baixo através do recesso 664 até que o conjunto 600 assente na base da cavidade 601 e a superfície superior 632 fique substancialmente alinhada com a superfície do colar 12. O conjunto 600 então se move em direção à extremidade da cavidade 603 de maneira tal que asas de trava 608 se movam para as partes inferiores de extensão dos recesso 664 e o tampão de pressão 638 (figura 10A) encaixe por pressão em uma abertura (não mostrada) disposta na extremidade 603 da cavidade 601. Este movimento para frente também faz com que uma folga 678 seja formada entre a extremidade da cavidade 605 e a extremidade do conjunto 622.

Para travar o conjunto 600 no lugar, uma cunha 670 é colocada na folga 678. A extremidade angulada 622 (ilustrada na figura 10C) recebe de forma casada o lado angulado 676 da cunha 670. A ação de cunhagem 601 dessas superfícies casadas garante que o conjunto 600 se mova completamente para frente na cavidade 601. Parafusos 674 e porcas 672 travam a cunha para baixo 670. Adicionalmente, peças de trava em forma de L 668 são colocadas nos recessos 664 e parafusos 666 são usados para travar as asas 608 para baixo. A posição travada final do conjunto 600 está ilustrada na figura 101. Orifícios de fluido 628, 630 comunicam com fluido de perfuração no espaço anular 15. Fluido que entra nas partes do cilindro 626b e 624b pelas aberturas 618, 620 são filtrados pelas fendas na cunha 670 (fendas não mostradas). A remoção do conjunto acumulador 600 exige um processo feito ao contrário do processo supradescrito. Durante a remoção do conjunto 600, válvulas de retenção 640, 642 fecham e mantêm óleo no sistema hidráulico da ferramenta. O conjunto 600 pode então ser limpo e/ou substituído. As válvulas de retenção 640, 642 abrem novamente uma vez que o conjunto 600 esteja travado na posição. Fluido hidráulico pode então ser adicionado para compensar qualquer perda de fluido, e preferivelmente fluido é adicionado até o ponto em que os pistões 636,656 são empurrados de volta para a posição ilustrada na figura 10D, Os comandos ascendentes e descendentes usados pela ferramenta 10 não são limitados à telemetria de pulso de lama. A título de exemplo, e não de limitação, outros sistemas de telemetria podem incluir métodos manuais, incluindo ciclos de bomba, bandas de fiuxo/pressão, rotação do tubo ou combinações destes. Outras possibilidades incluem métodos eletromagnéticos (EM), acústico e telemetria por cabo. Uma vantagem de usar métodos de telemetria alternativos se baseia no fato de que telemetria de pulso de lama (tanto ascendente como descendente) exige operação de bombeamento, mas outros sistemas de telemetria não. O receptor de furo descendente para comandos descendentes ou dados provenientes da superfície pode residir dentro da ferramenta de teste de formação ou dentro de uma ferramenta MWD 13 com a qual ele se comunica. Similarmente, o transmissor de furo descendente para comandos ascendentes ou dados provenientes do fundo poço podem residir dentro da ferramenta de teste de formação 10 ou dentro de uma ferramenta MWD 13 com a qual ele se comunica. Na modalidade preferida especificamente descrita, os receptores e transmissores são cada qual posicionados na ferramenta MWD 13, e os sinais do receptor são processados, analisados e transmitidos a um controlador principal 401 na ferramenta MWD 13 antes de ser transmitidos ao controlador local 402 na ferramenta de teste de formação 10. A discussão apresentada deve ser ilustrativa dos princípios e de várias modalidades da presente invenção. Embora a modalidade preferida da invenção e seu método de uso tenham sido mostrados e descritos, modificações dos mesmos podem ser feitas pelos versados na técnica sem fugir do espírito e preceitos da invenção. As modalidades aqui descrita são apenas exemplares, e não limitantes. Muitas variações e modificações da invenção e aparelho e métodos aqui revelados são possíveis e estão de acordo com o escopo da invenção. Dessa forma, o escopo de proteção não está limitado pela descrição apresentada, mas é limitada somente pelas reivindicações que se seguem, esse escopo incluindo todos equivalentes da matéria objeto das reivindicações.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Aparelho de furo descendente (10), compreendendo: um colar de perfuração (12) que tem uma superfície externa para interação com uma formação terrestre; um dispositivo de amostra extensível (50, 200) rebaixado por baixo da superfície externa em uma primeira posição de forma a se estender além da superfície externa até uma segunda posição; e». um elemento de amostragem acoplado no dispositivo de amostra extensível, o elemento de amostragem tendo um furo e uma extremidade de amostragem para se estender até uma posição além da segunda posição do dispositivo de amostra extensível, o furo para receber pelo menos fluido de formação proveniente de formação terrestre, caracterizado pelo fato de que compreende: meios ajustáveis disposto adjacente à extremidade de amostragem para impedir que contaminantes provenientes do furo de sondagem entrem no elemento de amostragem, em que os meios ajustáveis fornecem um bloco de vedação (180, 280) que tem uma abertura (186), acoplado no dispositivo de amostra extensível, em que o bloco de vedação (180, 280) é feito de um material flexível e compreende adicional mente uma cavidade interna para receber um volume ajustãvel de fluido, o volume ajustável de fluido compreendendo pelo menos um de fluido hidráulico, solução salina e gel de silicone.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma tela (100, 290) que tem um furo (132) acoplado na extremidade de amostragem; e um raspador (160, 288) disposto de forma recíproca dentro do furo (132) do elemento de amostragem para encaixar por atrito a tela (100, 290).

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o volume de fluido compreende um fluido eletro-reológico para receber uma corrente elétrica*

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a tela (100, 290) compreende pelo menos um de uma pluralidade de fendas (134, 295) e um enchimento de cascalho.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o tamanho das fendas (134, 295) e o diâmetro das partículas do enchimento de cascalho são ajustáveis.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicional mente pelo menos um cilindro de rebaixamento (70, 72) acoplado no dispositivo de amostra extensível (50, 200) para receber pelo menos fluido de formação proveniente de formação terrestre.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicional mente uma válvula equalizadora (60) acoplada ao dispositivo de amostra extensível (50, 200) para receber pelo menos fluido de formação proveniente de formação terrestre.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de amostra extensível (50, 200) compreende pelo menos uma luva (94) que tem uma abertura, cada abertura da pelo menos uma luva (94) para reter de forma deslizante um pistão (96).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o colar (12) inclui uma luva (94) que tem um furo; o dispositivo de amostra extensível (50, 200) compreende um primeiro pistão (96) que tem um furo (121), o primeiro pistão (96) sendo retido de forma deslizante dentro do furo da luva entre uma posição retraída e uma posição estendida e um segundo pistão (124) que tem um furo, o segundo pistão (124) sendo retido de forma deslizante dentro do primeiro furo do pistão (121) entre uma posição retraída e uma posição estendida; o elemento de amostragem compreende um esnórquel (98, 260) que tem um furo (127), o esnórquel (98, 260) sendo retido de forma deslizante dentro do segundo furo do pistão entre uma posição retraída e uma posição estendida; e a extremidade de amostragem compreende uma parte (126) do esnórquel (98, 260) que se estende além do segundo furo do pistão quando o esnórquel (9898, 260) está na posição estendida esnórquel.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o esnórquel (98, 260) compreende a tela (100, 290) que tem o furo (132), o aparelho compreendendo adicionalmente: um raspador (160, 288) disposto de forma recíproca dentro do furo do esnórquel (127) para encaixar por atrito a tela (100, 290); pelo menos um cilindro de rebaixamento (70, 72) que se comunica com o esnórquel (98, 260) para receber pelo menos fluido de formação proveniente de uma formação terrestre; e uma válvula equalizadora (60) que se comunica com o esnórquel (98, 260) para receber pelo menos fluido de formação proveniente de uma formação terrestre, em que o bloco de vedação (180, 280) está acoplado com o segundo pistão (124).

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma coluna de perfuração (5) para perfurar um furo de sondagem (8) na formação terrestre; uma broca de perfuração (7) acoplada em uma extremidade distai da coluna de perfuração (5); e em que o colar de perfuração (12) é acoplado na coluna de perfuração (5) próximo à broca de perfuração (7), o colar de perfuração (12) compreendendo adicionalmente uma pluralidade de sensores.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o colar de perfuração (12) compreende adicionalmente um estabilizador (36), e em que o dispositivo de amostra extensível (50, 200) é montado no estabilizador (36).

13. Método para amostrar uma formação (9), caracterizado pelo fato de que compreende: estender de dentro de um colar de perfuração (12) um primeiro pistão (96) radialmente para fora; estender um esnórquel (98, 260) de dentro do primeiro pistão (96), o esnórquel (98, 260) para fazer contato com uma parede do furo de sondagem em uma formação terrestre; remover contaminantes do esnórquel (98, 260); selar um volume em volta do esnórquel (98, 260) para impedir que contaminantes entrem novamente no esnórquel (98, 260) pela movimentação de um bloco de vedação (180, 280) acoplado em qualquer um do primeiro pistão (96) e do esnórquel (98, 260) para formar uma vedação com a parede do furo de sondagem, e em que formar uma vedação com a parede do furo de sondagem compreende encher uma cavidade no bloco de vedação (180, 280) com um volume ajustável de pelo menos um de fluido hidráulico, solução salina, gel de silicone e um fluido eletro-reológico; e medir uma propriedade de formação.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que remover contaminantes do esnórquel (98, 260) compreende encaixar de forma deslizante um raspador (160, 288) dentro do esnórquel (98, 260) para remover contaminantes.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente filtrar contaminantes adjacentes ao esnórquel (98, 260).