BRPI0511631B1

BRPI0511631B1 - "Ferramenta de furo descendente, e, método para localizar um conjunto de fundo de poço em um poço

Info

Publication number: BRPI0511631B1
Application number: BRPI0511631-7A
Authority: BR
Inventors: Gao Li; F. Rodney Paul
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2018-02-14
Also published as: WO2005119301A3; US20060122778A1; CA2565979C; US7219748B2; CA2565979A1; CN100443922C; US20050264293A1; CN1997915A; WO2005119301A2; BRPI0511631A; US7212132B2

Abstract

ferramenta de furo descendente, dispositivo de sinalização magnética de baixa freqüência, e, método para localizar um conjunto de furo de fundo em um poço. um aparelho de sinalização compreende um ímã e uma proteção móvel em relação ao ímã. a proteção é móvel em relação ao ímã entre uma primeira posição, na qual o ímã fica relativamente exposto, e uma segunda posição, na qual o ímã fica relativamente protegido. o aparelho pode incluir uma fonte de sinal de sincronização, uma fonte de sinal do sensor de furo descendente e/ou meio para modular o campo magnético em resposta ao sinal proveniente de qualquer fonte. um método de usar o aparelho de sinalização para localizar um conjunto de furo de fundo inclui mover a proteção de maneira a modular o campo magnético criado pelo ímã, detectar a modulação do campo magnético e determinar a localização do conjunto de furo de rindo usando a informação coletada. o bha pode ser localizado usando medições de deslocamento ou amplitude de fase. receptores que detectam o campo magnético modulado podem ficar na superfície terrestre ou abaixo dela.

Description

(54) Título: FERRAMENTA DE FURO DESCENDENTE, E, MÉTODO PARA LOCALIZAR UM CONJUNTO DE FUNDO DE POÇO EM UM POÇO (51) Int.CI.: G01V 3/08; E21B 47/12; E21B 7/00 (30) Prioridade Unionista: 28/05/2004 US 10/856,439 (73) Titular(es): HALLIBURTON ENERGY SERVICES, INC.

(72) Inventor(es): LI GAO; PAUL F. RODNEY “FERRAMENTA DE FURO DESCENDENTE, E, MÉTODO PARA

LOCALIZAR UM CONJUNTO DE FUNDO DE POÇO EM UM POÇO”

CAMPO GERAL DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a métodos e aparelhos para 5 sinalização de um ou mais locais para um outro usando campos magnéticos de baixa frequência. A invenção pode ser usada para transmitir um sinal de uma localização próxima a uma broca de perfuração em uma operação de perfuração de poço para um receptor na superfície da terra, ou para um receptor em uma localização diferente na coluna de perfuração no mesmo poço, ou para um receptor em um outro poço. Esses e outros recursos da invenção estão descritos com detalhes a seguir.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Na prática comum, quando se deseja produzir hidrocarbonetos de uma formação subsuperficial, um poço é perfurado da superfície até que ele intercepte a formação desejada. Conforme mostrado na figura 1, uma operação de perfuração típica implica em um sistema operacional de superfície 50, uma coluna de trabalho 100 que pode compreender tubulação espiralada ou comprimentos montados de tubo de perfuração convencional, e um conjunto de fundo de poço (BHA) 200. O sistema de superfície 50 tipicamente inclui uma plataforma de perfuração 10 na superfície 12 de um poço, suportando a coluna de perfuração 100. O BHA 200 é anexado na extremidade mais de baixo da coluna de perfuração 100. O sistema operacional 50 fica posicionado na superfície adjacente ao poço 12 e geralmente inclui uma cabeça de poço disposta em cima de uma perfuração de poço 18 que se estende para baixo na formação terrestre 20. O furo de sondagem 18 se estende da superfície 16 até a base do furo de sondagem 30 e pode incluir revestimento 22 nas suas zonas superiores.

A produtividade das formações pode variar bastante, tanto vertical como horizontalmente. Por exemplo, na figura 1, a formação 21 pode

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 10/27 ser uma formação de produção (estrato), enquanto a formação 20 acima dela pode ser uma formação de não produção. A(s) formação(s) alvo(s) tipicamente foi(ram) mapeadas usando várias técnicas antes do início das operações de perfuração, e um objetivo da operação de perfuração é guiar a broca de perfuração de maneira que ela permaneça na formação alvo. Assim, em muitos poços, a parte inferior do furo de sondagem desvia da vertical e pode até mesmo atingir uma direção substancialmente horizontal. Nessas circunstâncias, é desejável perfurar o poço de maneira tal que o furo de sondagem 18 permaneça dentro da formação produtora 21.

Similarmente, algumas vezes é desejável guiar a perfuração de um poço de maneira tal que ele fique paralelo a um outro poço. Este é o caso em perfuração de drenagem por gravidade assistida por vapor (SAGD), na qual vapor injetado através de um de um par de poços paralelos aquece a formação nas proximidades dos poços, reduzindo a viscosidade dos fluidos da formação e permitindo que eles sejam drenados para o segundo poço. O segundo poço funciona assim como um poço de produção, e tipicamente é perfurado de maneira tal que ele fique disposto abaixo do poço de injeção.

Em decorrência desta perfuração desviada direcional ou horizontal, a broca de perfuração pode atravessar uma distância lateral dimensionável entre a cabeça do poço e a base do furo de sondagem. Por este motivo, e em virtude de o grau de curvatura do furo de sondagem geralmente não ser conhecido precisamente, torna-se também difícil saber a verdadeira profundidade vertical da base do furo de sondagem. Consequentemente, é preferível rastrear a posição da broca o mais precisamente possível a fim de aumentar a probabilidade de penetrar com sucesso a formação alvo.

Isto é particularmente desejável para localizar precisamente a posição do conjunto de fundo de poço (BHA) durante a perfuração para que correções possam ser feitas enquanto a perfuração está em andamento. A determinação da localização precisa da broca de perfuração à medida que ela

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 11/27 progride através da formação e a comunicação dessa informação da localização no fundo do poço com a superfície são problemas significativos que até então não foram devidamente abordados. Ambos os objetivos se tornam mais difíceis pela própria operação de perfuração, que envolve pelo menos rápido fluxo de fluido, partes móveis e vibrações.

Vários métodos são tradicionalmente combinados para se atingirem essas metas. Giroscópios e vários tipos de sensores têm sido usados para rastrear o movimento da broca e/ou posição da broca. Telemetria eletromagnética (EM) é uma técnica usada para transmitir informação, tanto para a superfície como para um outro local acima na perfuração. Outras técnicas de transmissão envolvem sinalização de pulsos de lama ou acústica usando a coluna de perfuração como a portadora de sinal. Entretanto, as técnicas atuais não são muito precisas ou rápidas e podem resultar em cálculos errôneos da posição do BHA. Consequentemente, é desejável fornecer uma técnica para determinar a posição de uma broca em uma formação subterrânea que elimine ou que pelo menos reduza substancialmente os problemas, limitações e desvantagens normalmente associadas com técnicas de rastreamento de broca conhecidas.

SUMÁRIO DE MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO

A presente invenção fornece métodos e aparelhos para sinalizar de uma localização uma outra usando campos magnéticos de baixa frequência. A invenção tem muitas aplicações e pode ser usada, por exemplo, para localizar a posição do conjunto de fundo de poço durante a perfuração. A invenção pode ser usada para transmitir um sinal de uma localização próxima a uma broca de perfuração em uma operação de perfuração de poço para um receptor na superfície da terra, ou para um receptor em uma localização diferente na coluna de perfuração no mesmo poço, ou para um receptor em um outro poço. A invenção pode também ser usada para gerar um sinal na superfície da terra que pode ser detectado em uma localização no fundo do

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 12/27 poço, ou como um transmissor de telemetria para comunicação de sinal de baixa frequência.

Em algumas modalidades, o aparelho da presente invenção é particularmente útil como uma ferramenta para transmitir um sinal do local da broca que pode ser detectado na superfície e usado para determinar a localização da broca. A presente invenção evita as deficiências de dispositivos anteriores e oferece uma maneira alternativa para determinar a posição do HHA. Em modalidades preferidas, a invenção inclui colocar um aparelho de sinalização na broca e rastrear sua posição durante todo o processo de perfuração. Para este método funcionar, a fonte de sinal tem que ser intensa e estável o bastante mesmo para poços profundos ou de alcance estendido.

Em certas modalidades, um sinal de sincronização e o uso do dito sinal de sincronização é provido e usado para controlar modulação do campo magnético criado pelo ímã. O controle da modulação do campo magnético pode incluir duplicar a frequência da quadratura do sinal de sincronização, ou tomar o seu valor absoluto. O campo magnético modulado pode ser detectado por receptores que podem detectar um deslocamento de fase entre o dito sinal de sincronização e o dito campo magnético modulado e/ou variações de amplitude no dito campo magnético modulado. Existe uma pluralidade de receptores espaçados do dito conjunto de fundo de poço, e os receptores podem ficar localizados na superfície da terra, ou abaixo dela.

Em modalidades alternativas, a invenção pode também ser usada para gerar um sinal na superfície da terra que pode ser detectado em uma localização no furo descendente.

Em algumas modalidades da presente invenção, a fonte de sinal pode ser um ímã permanente de terras raras usado em conjunto com uma proteção feita de liga magnética macia de alta permeabilidade. Controlando-se precisamente o movimento da proteção, o ímã permanente pode ser feito para funcionar como uma fonte de sinal oscilante precisa que pode ser rastreada

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 13/27 por magnetômetros na superfície para monitorar a posição precisa do BHA.

Em modalidades alternativas, a frequência e/ou fase, etc. do movimento da proteção podem ser moduladas em resposta aos dados adquiridos pelos instrumentos de furo descendente usando esquemas de codificação digital bem conhecidos, transformando a fonte de sinal em um transmissor que pode comunicar dados LWD com os receptores de superfície.

Em certas modalidades, a presente invenção compreende um ímã e uma proteção móvel em relação ao dito ímã entre uma primeira posição, na qual do dito ímã fica relativamente exposto, e uma segunda posição, na qual o dito ímã fica relativamente protegido. O ímã pode ser um eletroímã. O presente sistema pode compreender adicionalmente meios para fornecer um sinal de sincronização e meios para controlar o movimento da proteção em resposta ao sinal de sincronização de maneira a modular o campo magnético criado pelo ímã. O meio para controlar o movimento da proteção pode incluir meios para duplicar a frequência do sinal de sincronização tomando o seu valor absoluto ou extraindo sua raiz quadrada. O aparelho pode incluir adicionalmente um sensor de furo descendente que gera um sinal e meios para modular o campo magnético em resposta ao sinal proveniente do sensor de furo descendente.

Assim, as modalidades da invenção sumarizadas anteriormente compreendem uma combinação de recursos e vantagens que as habilita a superar vários problemas de dispositivos, sistemas e métodos da tecnologia anterior. As várias características supradescritas, bem como outros recursos, ficarão prontamente claras aos versados na técnica mediante leitura da descrição detalhada seguinte das modalidades preferidas da invenção, e pela referência aos desenhos anexos.

Deve-se perceber que a presente invenção está descrita no contexto de um ambiente de poço com propósitos explanatórios, e que a presente invenção não está limitada ao furo de sondagem particular assim

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 14/27 descrito, percebendo-se que a presente invenção pode ser usada em uma variedade de perfurações de poços.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Para uma descrição mais detalhada das 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 coluna de perfuração incluindo um conjunto de fundo de poço (BHA) em um poço subterrâneo;

A figura 2 é uma vista em perspectiva simplificada de uma fonte de sinal de acordo com uma modalidade preferida da invenção;

A figura 3 é uma vista seccional transversal da fonte de sinal da figura 2 incorporada em uma ferramenta de furo descendente;

As figuras 4 e 5 são vistas de extremidade de uma fonte de 15 sinal de acordo com uma primeira modalidade alternativa em posições fechada e aberta, respectivamente;

A figura 6 é uma vista simplificada de uma luva fendada que pode ser usada em certas modalidades da presente invenção;

A figura 7 é um gráfico que ilustra a dependência da 20 magnetização com a temperatura, onde Ms é a magnetização de saturação;

A figura 8 é um diagrama esquemático que ilustra uma modalidade de um sistema que incorpora uma fonte de sinal de acordo com a presente invenção; e

As figuras 9A-D são gráficos que ilustram um sinal 25 transmitido (A), o mesmo sinal depois da quadratura (B), o sinal quadrado depois da filtragem (C) e uma comparação de todos os três modos através de um ciclo do sinal original (D).

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Na discussão seguinte e nas reivindicações, os termos

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 15/27 incluindo e compreendendo são usados de uma maneira generalizada, e assim devem ser interpretados para significar incluindo, mas sem limitações. Também, é feita referência a para cima e para baixo com propósitos de facilitar a descrição, para cima significando em direção à superfície da perfuração de poço, e para baixo significando em direção ao fundo da perfuração de poço. Além do mais, na discussão e reivindicações que se seguem, algumas vezes é declarado que certos componentes ou elemento são eletricamente conectados. Entende-se por isto que os componentes são direta ou indiretamente conectados de maneira tal que uma corrente ou sinal elétrico possam ser comunicados entre eles.

De acordo com a presente invenção, o intenso momento magnético do ímã permanente de terras raras é usado juntamente com a proteção feita de ligas magnéticas macias de alta permeabilidade. Controlando-se precisamente o movimento do campo, o ímã permanente é transformado em uma fonte de sinal oscilante precisa que pode ser rastreada por magnetômetros na superfície para um monitoramento de posição preciso do BHA. Alternativamente, a velocidade/fase, etc. do movimento da proteção pode ser modulada com dados adquiridos pelos instrumentos de furo descendente através de esquemas de codificação digital bem conhecidos, e assim transformar a fonte de sinal em um transmissor que pode comunicar dados LWD aos receptores de superfície.

Referindo-se agora às figuras 2 e 3, uma modalidade preferida de uma fonte de sinal 10 de acordo com a presente invenção inclui um ímã permanente 12, uma proteção magnética 14 e um meio de acionamento 16 para deslocar a proteção 14 em relação ao ímã 12. A proteção magnética 14 é deslizável axialmente a favor e contra o encaixe em volta do ímã 12, conforme indicado pela seta 26. O meio de acionamento 16 encaixa uma extremidade da proteção 14 e fornece força motriz necessária para avançar e retrair a proteção. Referindo-se agora particularmente à figura 3, a fonte de

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 16/27 sinal 10 é preferivelmente montada dentro de um colar de perfuração não magnético cilíndrico 20, juntamente com um meio de acionamento 30. O conjunto formado desta maneira preferivelmente tem um furo central 22 através dele de maneira tal que o colar de perfuração possa ser incluído em uma coluna de perfuração.

Na modalidade mostrada nas figuras 2 e 3, o ímã 12 é em geral cilíndrico e a proteção 14 igualmente compreende uma concha cilíndrica. A proteção 14 preferivelmente inclui uma tampa de extremidade 17 e uma superfície interna cilíndrica 15 que tem um diâmetro apenas ligeiramente maior que o diâmetro externo do ímã 12. A proteção 14 é preferivelmente móvel entre primeira e segunda posições nas quais o ímã 12 é, respectivamente, exposto e protegido.

Na figura 3, a proteção 14 está mostrada em uma posição intermediária, com o ímã 12 parcialmente exposto e parcialmente protegido.

O comprimento da seta 26 ilustra uma faixa aproximada de movimento da proteção 14. À medida que a proteção 14 se move ao longo do comprimento do ímã 12, a fração do ímã 12 que fica exposta muda. Correspondentemente, o campo magnético que emana do ímã 12 muda à medida que a proteção 14 atenua o mesmo. Quando o ímã 12 está completamente dentro da proteção 15, o campo magnético que emana da ferramenta 100 estará no seu mínimo. Em certas modalidades, o movimento da proteção 14 em relação ao ímã 12 pode ser controlado de maneira a produzir uma modulação senoidal do campo magnético que se estende além da ferramenta. Da mesma forma, o movimento da proteção 14 pode ser controlado de maneira tal que o campo magnético realize o ciclo na forma de dente de serra, ou de acordo com qualquer função ou modulação preferida.

Em uma modalidade alternativa da invenção, representada nas figuras 4 e 5, a proteção consiste de duas ou mais seções circunferenciais parciais 40, 42. As seções 40, 42 são preferivelmente configuradas de maneira

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 17/27 tal que juntas elas possam ser fechadas para formar uma proteção que encerra a circunferência do ímã 13.

Ainda em uma outra modalidade, mostrada na figura 6, a proteção pode compreender duas ou mais conchas cilíndricas concêntricas, cada qual tendo no geral a configuração mostrada em 50 e cada qual tendo uma pluralidade de fendas longitudinais 52 através dela. O ímã fica disposto dentro da concha mais interna. Quando as conchas concêntricas ficam posicionadas de maneira tal que as fendas em cada concha fiquem alinhadas com as fendas em uma(s) outra(s) concha(s), o ímã fica exposto.

Similarmente, quando as conchas são posicionadas de maneira tal que as fendas não se alinhem, o ímã é protegido.

Entende-se que as configurações aqui mostradas são meramente ilustrativas da maneira na qual o material do ímã e a proteção poderiam ser configurados. Vários outros arranjos dos componentes da ferramenta são entendidos pelos versados na técnica.

Imã

A fim de se ter a mais alta energia magnética disponível, ímãs permanentes a base de terras raras, tais como Nd/Fe/B e Sm/Co, são preferidos. Com uma energia magnética (BxH)max acima de 200 kJ/m³, Itens de Nd/Fe/B são os ímãs permanentes mais potentes disponíveis hoje em dia. Ímãs de Sm/Co tipicamente têm uma menor energia magnética, a cerca de 150 kJ/m3.

Como é de conhecimento, ímãs permanentes são feitos de materiais ferromagnéticos. Uma das características de materiais ferromagnéticos é a existência de uma temperatura crítica (Tc) denominada temperatura Curie. Acima desta temperatura, materiais ferromagnéticos perdem sua magnetização e tornam-se paramagnéticos. A transição é gradual em uma faixa de temperatura; mesmo antes de a temperatura do ímã atingir sua temperatura Curie, o ímã começa a perder sua magnetização. Este

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 18/27 comportamento pode ser descrito pela teoria de campo molecular que dá a dependência de temperatura representada na figura 7. Consequentemente, se um ímã permanente tiver que manter 80 % de sua magnetização no ambiente de furo descendente, ele tem que operar a temperaturas não superiores a 0,7 x

Tc, onde Tc é a temperatura Curie. Para Sm2Con, Tc é 700-800 ^oC, ao passo que é 300-350 ^oC para Hd2Fe^B. Portanto, para poços profundos onde a temperatura do fundo do poço é alta, ímãs de Sm2Co17 são preferidos. Proteção

A fim de modular a intensidade do ímã permanente, a proteção 10 14 é preferivelmente feita de uma liga magneticamente macia, tais como

Mumetal® (Ni/Fe/Cu/Mo) ou Supermalloy, com alta permeabilidade magnética. Vários metais magneticamente macios adequados são conhecidos na tecnologia, incluindo CO-NETIC AA®, que tem uma alta permeabilidade magnética e fornece alta atenuação, e NETC S3-6®, que tem uma alta taxa de indução de saturação que o torna particularmente útil para aplicações envolvendo campos magnéticos intensos. NETIC S3-6 e CO-NETIC AA são marcas registradas da Magnetic Shield Corpo., 740 N. Thomas Drive, Bensenville, IL 60106. Em modalidades onde se deseja obter relações de atenuação muito altas em um campo muito intenso, pode ser preferível usar ambas as ligas. Nesses casos, a liga NETIC S3-6 é preferivelmente posicionada mais próxima da fonte do campo de maneira a proteger a liga CO-NETIC AA de saturação. Metais alternativos que são adequados para uso na proteção 14 incluem, mas sem limitações, Amumetal® e Amunickel® da Amunreal Manufacturing Corp., 4737 Darrah Stret, Philadelphia, PA 19124,

USA.

Motor

A força motriz para mover a proteção 14 em relação ao ímã 12 é preferivelmente provida por meio motriz 30, que fica alojado dentro do colar de perfuração 20. O meio motriz 30 é preferivelmente um motor

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 19/27 elétrico, mas pode ser qualquer outro dispositivo motriz mecânico adequado.

Deve-se entender que, dependendo do tipo de fonte de energia selecionada, pode ser necessário fornecer meio de engrenagem e similares a fim de permitir que o meio motriz 30 produza o movimento desejado da proteção 14, quer seja rotacional, translacional ou outro.

Uso do Transmissor de Furo descendente

Conforme mencionado antes, um uso preferido para um transmissor do tipo aqui revelado é como uma fonte de campo para um sistema de posicionamento absoluto de furo descendente. O propósito de um sistema como esse é permitir uma determinação precisa da posição do conjunto de fundo de poço. Isto pode ser feito usando a presente fonte de sinal para gerar um sinal de frequência ultrabaixa (0,1 Hz a 0,01 Hz, dependendo da profundidade, com maiores profundidades exigindo menores frequências) que é extremamente estável e precisamente sincronizado com um relacionamento de superfície. O transmissor em si pode ser um transmissor do tipo aqui revelado ou um eletroímã grande. Um sinal de sincronização altamente estável possibilita operar em uma largura de banda muito estreita, que, por sua vez, possibilita receber o sinal com um mínimo de ruído e melhora a qualidade da telemetria resultante.

Quando a presente invenção é usada para auxiliar na localização de um conjunto de fundo de poço, por exemplo, ele fica preferivelmente posicionado na coluna de perfuração adjacente ao BHA. Os presentes dispositivos de sinalização podem não estar em contato físico com o BHA, mas quanto maior a distância entre o BHA e o aparelho de sinalização, tanto menos precisa será a informação relacionada à localização do BHA. Em virtude de a localização precisa da fonte de sinal ser obtida por uma combinação de medições de deslocamento de fase e amplitude, o sincronismo é particularmente importante nesta modalidade.

Em outras modalidades, a fonte de sinal de furo descendente

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 20/27 não precisa estar sincronizada com um sinal de sincronização. Este tipo de sistema pode ser usado quando se desejar gerar um sinal na superfície da terra que pode ser detectado em uma localização no fundo do poço, ou quando o sistema for usado como um transmissor de telemetria para comunicação de sinal de baixa frequência. Ainda em outras modalidades, um arranjo de três ou mais sensores de superfície pode ser usado para localizar a fonte de sinal usando técnicas de triangulação, com ou sem uma fonte de sincronização.

A despeito da exigência de estabilidade de frequência, não é necessário levar um relógio de precisão (bom a cerca de 1 mili-segundo em

200 horas) no furo descendente. No entanto, em algumas modalidades, um relógio de furo descendente pode ser preferido. Em uma modalidade, ilustrada na figura 8, um relógio de precisão 100 fica localizado na superfície da terra. O relógio 100 é usado para sincronizar um sistema que inclui uma fonte de sinal de furo descendente de acordo com a presente invenção. Na modalidade mostrada na figura 8, o relógio 100 é eletricamente conectado a um transmissor de onda senoidal de superfície 112, que, por sua vez, é eletricamente conectado a uma antena de superfície 114. O relógio 100 pode ser um relógio atômico, um relógio obtido do sistema GPS, um sistema supercontrolado de osciladores ou qualquer outro relógio de precisão adequado.

Ainda referindo-se à figura 8, um sinal da antena de superfície

114 é transmitido através da terra e é recebido em um receptor de furo descendente 120. O sinal recebido do receptor de furo descendente 120 preferivelmente passa por um pré-amplificador 122 para um conversor digital-analógico e em seguida pelo dispositivo de processamento de sinal que usa o sinal recebido para sincronizar o sistema de furo descendente. Em uma modalidade preferida, o dispositivo de processamento de sinal compreende uma CPU 124 que aplica um algoritmo de quadratura e um filtro passa baixa no sinal recebido. A CPU 124 também implementa lógica de controle que aciona o relógio do sistema de furo descendente. A saída do filtro passa baixa

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 21/27 é preferivelmente transmitida a um conversor digital-analógico (D/A) 126. A saída do conversor D/A 126 é preferivelmente amplificada por um amplificador 128 e em seguida usada para controlar o meio de acionamento

30. Em modalidades onde é usado um eletroímã, a saída do conversor D/A pode ser usada para operar o eletroímã, preferivelmente, com amplificação.

Independente da fonte do sinal de acionamento, a fonte de sinal 100 finalmente gera um sinal 130 que compreende um campo magnético variável. O sinal 130 é detectado por um dispositivo de detecção 140, que preferivelmente compreende um arranjo de pelo menos dois receptores 142,

144, 146, 148. O dispositivo de detecção 140 pode ou não ficar localizado próximo à antena 114. Se for usada uma fonte de sincronização de superfície, a fase e/ou amplitude do sinal recebido 130 podem ser usadas para localizar a fonte de sinal. Erros induzidos por sincronismo podem ser atenuados usando um circuito de laço de travamento de fase digital ou outro meio adequado. Em modalidades alternativas, a frequência e/ou fase de sinais 130 pode ser modulada de maneira a transmitir sinais do fundo do furo de sondagem para a superfície, tais como, por exemplo, sinais indicativos de medições feitas pelos sensores de furo descendente e/ou equipamento MWD.

O relógio 100 é preferivelmente usado para gerar uma onda senoidal na metade da frequência do sinal que deve ser transmitido pelo transmissor de furo descendente (figura 9A). Em uma modalidade alternativa, o sinal do relógio pode ser induzido diretamente na coluna de perfuração e detectado como um campo elétrico através de uma folga de isolamento no conjunto de fundo de poço ou por qualquer outro dispositivo de detecção de corrente. Sabe-se bem que, se um sinal senoidal for quadrado, o sinal resultante contém somente os harmônicos pares do sinal fundamental. Em particular, a representação da série de Fourier de uma onda senoidal retificada é dada pela equação (1) e está ilustrada na figura 9B.

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 22/27 π

Se ο procedimento for realizado usando componentes eletrônicos analógicos ou componentes eletrônicos digitais, o conceito é o mesmo: tomar o valor absoluto do sinal recebido (ou quadrá-lo) e passá-lo no filtro passa baixa. A frequência fundamental do sinal resultante será exatamente o dobro em relação ao do transmissor na superfície da terra. O sinal conterá harmônicos de ordem superior que podem ser filtrados no fundo do poço, se desejado (quanto mais alta a ordem do harmônico, tanto mais este sinal será atenuado à medida que ele se propaga através da terra, de volta para a superfície da terra). A figura 8 ilustra uma possível maneira de realizar um procedimento preferido usando basicamente componentes eletrônicos digitais. Deve-se perceber que as funções digitais poderíam ser substituídas com funções analógicas, se desejado, mas, uma vez que as frequências usadas são muito baixas, o processamento do sinal exigido está bem de acordo com as capacidades da presente tecnologia.

As figuras 9A-D ilustram as formas de onda, individualmente e em conjunto (9D), que resultam em uma técnica de processamento de sinal preferida que é adequada para uso na presente invenção. Entende-se que outras fontes de sinal de sincronização ou outras técnicas de processamento de sinal podem ser usadas na presente invenção e que o(s) sinal(s) não precisa(m) ser senoidal(s).

Vantagens

Comparado com fontes ativas usando fonte dipolar ativa energizada por corrente alternada, a nova fonte de sinal será mais intensa, mais estável e mais precisa. A presente fonte de sinal pode ser usada para localizar precisamente um BHA durante a perfuração. Ela pode também ser usada para melhorar a referência de profundidade em operações de sondagem por cabo, reduzindo erros relacionados com estiramento do cabo por causa da

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 23/27 expansão térmica, colagem/ferramentas de cabo coladas, etc. Conjuntamente com esquemas de codificação digital, a presente fonte de sinal pode também ser empregada como um transmissor para enviar ferramenta de furo descendente ou dados da formação aos receptores de superfície, e assim fornece um canal de comunicação adicional para LWD.

Embora certas modalidades preferidas tenham sido reveladas e descritas, entende-se que várias modificações podem ser feitas nela sem fugir do escopo da invenção. Por exemplo, o tipo, tamanho e configuração do ímã e da proteção podem variar. Similarmente, o modo de movimento da proteção em relação ao ímã pode ser alterado ou variado. Até o ponto em que as reivindicações incluem uma citação sequencial das etapas, entende-se que essas etapas não precisam ser completadas na ordem e que não é necessário completar uma etapa antes de iniciar uma outra.

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 24/27

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ferramenta de furo descendente que compreende:

um ímã (12);

uma proteção magnética (14) mecanicamente móvel em

5 relação ao ímã (12), caracterizada pelo fato compreende adicionalmente:

meios (10) para fornecer um sinal de sincronização (130); e meios (30) para controlar o movimento da proteção magnética (14) em resposta ao sinal (130) de maneira a modular o campo magnético criado pelo ímã (12).

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2. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ímã (12) compreende um ímã permanente e a proteção magnética (14) é móvel em relação ao ímã (12) entre uma primeira posição, na qual o ímã (12) fica relativamente exposto, e uma segunda posição, na qual o ímã (12) fica relativamente protegido.

15
3. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ímã (12) compreende um eletroímã.
4. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os meios (30) para controlar incluem um amplificador (128) para duplicar a frequência do sinal de sincronização.

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5. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os meios (10) para fornecer o sinal de sincronização (130) incluem adicionalmente um sensor de furo descendente que gera um sinal e meios para modular o campo magnético criado pelo ímã (12) em resposta ao sinal do sensor de furo descendente.

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6. Ferramenta de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a proteção magnética (14) é móvel em resposta ao sinal do sensor de maneira a modular o campo magnético criado pelo ímã (12).
7. Método para localizar um conjunto de fundo de poço (50) em um poço usando a ferramenta definida na reivindicação 1, caracterizado

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 25/27 pelo fato compreender as etapas:

a) mover mecanicamente a proteção magnética (14) de maneira a modular o campo magnético criado pelo ímã (12);

b) detectar a modulação do campo magnético; e

c) determinar a localização do conjunto de fundo de poço (50) usando informação coletada na etapa b).
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de:

d) controlar a modulação em resposta ao sinal de sincronização (130), incluindo duplicar a frequência do sinal de sincronização (130).
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a etapa b) inclui detectar:

um deslocamento de fase entre o sinal de sincronização (130) e o campo magnético modulado; e variações de amplitude no campo magnético modulado.
10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente prover uma pluralidade de receptores (142, 144, 146, 148) espaçados do conjunto de fundo de poço (50), em que a etapa b) inclui usar os sensores para detectar a modulação.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os receptores (142, 144, 146, 148) ficam localizados abaixo da, ou na, superfície da terra.

Petição 870170069120, de 15/09/2017, pág. 26/27

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