BRPI0822137B1

BRPI0822137B1 - conjunto de fundo de furo, e, método de perfilagem

Info

Publication number: BRPI0822137B1
Application number: BRPI0822137A
Authority: BR
Inventors: D Menezes Clive; S Bittar Michael
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2018-10-09
Also published as: GB2472155A; US8581592B2; WO2010074678A3; BRPI0822137A2; WO2010074678A2; GB201015245D0; AU2008365630A1; GB2472155B; CN102439260A; US20110234230A1; AU2008365630B2

Description

(54) Título: CONJUNTO DE FUNDO DE FURO, E, MÉTODO DE PERFILAGEM (51) lnt.CI.: E21B 45/00 (73) Titular(es): HALLIBURTON ENERGY SERVICE, INC (72) Inventor(es): MICHAEL S. BITTAR; CLIVE D. MENEZES (85) Data do Início da Fase Nacional: 18/08/2010 “CONJUNTO DE FUNDO DE FURO, E, MÉTODO DE PERFILAGEM” REFERÊNCIA CRUZADA

O presente Pedido é relativo ao Pedido de Patente US também pendente de número de série 11/835.619, intitulado “Tool for Azimuthal

Resistivity Measurement and Bed Boundary Detection” (Ferramenta para medição de resistividade azimutal e detecção de limite de leito) e depositada em 8 de agosto de 2007 pelo inventor Michael Bittar. Ele também é relativo ao Pedido PCT, também pendente, número PCT US07/15.806, intitulado “Modular Geosteering Tool Assembly” (Conjunto modular de ferramenta de geodirecionamento) e depositado em 11 de julho de 2007 pelos inventores Michael Bittar, Clive Menezes e Martin Paulk. Cada uma destas referências é aqui com isto incorporada para referência em sua totalidade.

FUNDAMENTO

Modernas operações de perfuração e produção de petróleo demandam uma grande quantidade de informação relacionada aos parâmetros e condições furo abaixo. Tal informação, tipicamente, inclui a localização e orientação do conjunto do furo de sondagem e conjunto de perfuração, e propriedades da formação de terra e parâmetros do ambiente de perfuração furo abaixo. A coleta de informação relacionada a propriedades de formação e condições furo abaixo é comumente é referida como “perfilagem”, e pode ser reabzada durante o próprio processo de perfuração (daí o termo “perfilar ao perfurar, ou “LWD”).

Existem diversas ferramentas de medição para utilização em LWD. Uma tal ferramenta é a ferramenta de resistividade que inclui uma ou mais antenas para transmitir um sinal eletromagnético para a formação e uma ou mais antenas para receber uma resposta da formação. Quando operada em baixas freqüências, a ferramenta de resistividade pode ser chamada uma ferramenta “de indução” e em altas freqüências ela pode ser chamada uma ferramenta de propagação de onda eletromagnética. Embora os fenômenos

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 11/41 físicos que dominam a medição possam variar com a frequência, os princípios operacionais para a ferramenta são consistentes. Em alguns casos, a amplitude e/ou a fase dos sinais recebidos são comparadas com a amplitude e fase dos sinais transmitidos para medir a resistividade da formação. Em outros casos, a amplitude e/ou fase dos sinais recebidos são comparadas um uma com a outra para medir a resistividade da formação.

Quando plotadas como uma função de profundidade ou posição da ferramenta no furo de sondagem, as medições da ferramenta de resistividade são denominadas “perfilagens” ou “perfilagens de resistividade”.

Tais perfilagens podem fornecer indicações de concentrações de hidrocarbonetos e outras informações úteis para perfuradores e engenheiros de completação. Em particular, perfilagens sensíveis de maneira azimutal podem fornecer informação útil para dirigir o conjunto de perfuração, uma vez que eles podem informar ao perfurador quando um leito de formação alvo foi introduzido ou saído, permitindo com isto modificações ao programa de perfuração que irão proporcionar muito mais valor e sucesso mais elevado do que seria o caso utilizando somente dados sísmicos. Contudo a utilidade de tais perfilagens é muitas vezes prejudicada pela latência entre uma penetração da broca de perfuração de um limite de leito e a coleta de informação de perfilagem suficiente para alertar o perfurador para aquele evento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Um melhor entendimento das diversas modalidades descritas pode ser obtido quando a descrição detalhada a seguir é considerada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

A figura 1 mostra um ambiente ilustrativo de perfilar ao perfurar (LWD);

A figura 2 mostra um conjunto de fundo de furo ilustrativo com uma antena na broca;

As figuras 3A-3F mostram configurações alternativas de

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 12/41 antena na broca;

A figura 4 mostra uma seção transversal de um modo ilustrativo na broca;

A figura 5 é um diagrama de blocos ilustrativo de eletrônica para um conjunto de fundo de furo;

A figura 6 é um diagrama de blocos de eletrônica para um módulo ilustrativo na broca;

A figura 7 mostra um arranjo azimutal de depósito;

A figura 8 mostra um trajeto ilustrativo de instrumento de perfilagem através de uma formação modelo;

A figura 9 é um gráfico ilustrativo de indicadores de limite de leito;

A figura 10 é um fluxograma de um método ilustrativo para um módulo receptor na broca;

A figura 11 é um fluxograma de um método ilustrativo para um módulo transmissor na broca;

A figura 12 é um fluxograma de um método ilustrativo de uma ferramenta de resistividade LWD que tem um componente na broca; e

A figura 13 é um diagrama de blocos ilustrativo de uma instalação de processamento de superfície.

A descrição a seguir tem ampla aplicação. Cada modalidade descrita, e discussão que acompanha, quer significar apenas ser ilustrativa daquela modalidade e não tem a intenção de sugerir que o escopo da divulgação, inclusive as reivindicações, está limitado àquela modalidade. Ao contrário, a intenção é cobrir todas as modificações e alternativas equivalentes que caiam dentro do espírito e escopo da invenção, como definida pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Estão descritas aqui ferramentas e métodos de perfilagem que

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 13/41 empregam antena de quadro na broca para adquirir medições de resistividade azimutais próximo à broca, possibilitando com isto que sinais de geodirecionamento de baixa latência sejam gerados. Em algumas modalidades a antena na broca é parte de um conjunto de fundo de furo que inclui uma broca de perfuração, um motor de lama e uma ferramenta de resistividade. A antena na broca é uma antena de quadro, que é posicionada dentro de três pés da face de corte da broca de perfuração. O motor de lama é posicionado entre a antena na broca e a ferramenta de resistividade, e gira a broca de perfuração por meio de um eixo de acionamento. A ferramenta de resistividade inclui, pelo menos, uma antena de quadro que não é paralela à antena de quadro na broca. A diferença nas orientações da antena de quadro é preferivelmente 30° ou mais. A antena na broca é parte de um módulo na broca que, em algumas modalidades, transmite pulsos periódicos de sinal eletromagnético para a ferramenta de resistividade medir. Em outras modalidades o módulo na broca mede características de pulsos de sinal eletromagnético enviados pela ferramenta de resistividade e comunica as características medidas para a ferramenta de resistividade por meio de um enlace de telemetria de curta distância. Desta maneira, a ferramenta de resistividade opera em conjunto com o módulo na broca para obter medições de resistividade azimutais junto à broca, a partir das quais um sinal indicador de limite de leito pode ser calculado e apresentado para um usuário.

Os métodos e ferramentas de perfilagem descritos são mais bem entendidos no contexto dos sistemas maiores nos quais elas operam. Conseqüentemente, a figura 1 mostra um ambiente ilustrativo de ‘perfilar ao perfurar” LWD. Uma plataforma de perfuração 2 suporta um guindaste 4 que tem um bloco de deslocamento 6 para levantar e abaixar uma coluna de perfuração 8. Um acionamento superior 10 suporta e gira a coluna de perfuração 8 quando ela é abaixada através da cabeça de poço 12. Uma broca de perfuração 14 é acionada por um motor furo abaixo e/ou rotação da coluna

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 14/41 de perfuração 8. Quando a broca 14 gira, ela cria um furo de sondagem 16 e atravessa diversas formações. Uma bomba 18 circula fluido de perfuração 20 através de um tubo de alimentação 22 através do interior da coluna de perfuração 8 para a broca de perfuração 14. O fluido sai através de orifícios na broca de perfuração 14, escoa para cima através do anel ao redor da coluna de perfuração 8 para transportar recortes de perfuração para a superfície, onde o fluido é filtrado e recirculado.

A broca de perfuração 14 é apenas uma peça de um conjunto de fundo de furo 24, que inclui um motor de lama e um ou mais ‘colares de perfuração’ (tubo de aço de parede espessa) que fornecem peso e rigidez para ajudar o processo de perfuração. Alguns destes colares de perfuração incluem instrumentos de perfilagem embutidos, para reunir medições de diversos parâmetros de perfuração tais como posição, orientação, peso sobre a broca, diâmetro do furo de sondagem, etc. A orientação da ferramenta pode ser especificada em termos de um ângulo de face da ferramenta, (orientação de rotação), um ângulo de inclinação (a inclinação), e direção da bússola, cada uma das quais pode ser derivada de medições por meio de magnetômetros, inclinômetros e/ou acelerômetros, embora outros tipos de sensores, tais como, giroscópios, podem ser utilizados de maneira alternativa. Em uma modalidade específica, a ferramenta inclui um magnetômetro de válvula de fluxo de três eixos geométricos e um acelerômetro de três eixos geométricos. Como é conhecido na técnica, a combinação destes dois sistemas sensores possibilita medição do ângulo de face da ferramenta, o ângulo de inclinação e a direção da bússola. Tais medições de orientação podem ser combinadas com medições giroscópicas inerciais para rastrear de maneira precisa a posição da ferramenta.

Também existe incluído no conjunto de fundo de furo 24 uma conexão de telemetria que mantém um enlace de comunicações com a superfície. Telemetria de pulso de lama é uma técnica de telemetria comum

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 15/41 para transferir medições da ferramenta para receptores de superfície, e receber comandos a partir da superfície, porém, outras técnicas de telemetria também podem ser utilizadas. Para algumas técnicas (por exemplo, sinalização acústica através de parede), a coluna de perfuração 8 inclui um ou mais repetidores 30 para detectar, amplificar e retransmitir o sinal. Na superfície, transdutores 28 convertem sinais entre forma mecânica e elétrica, possibilitando que um módulo de interface de rede 36 receba o sinal de enlace ascendente a partir da conexão de telemetria e, pelo menos em algumas modalidades, transmita um sinal de enlace descendente para a conexão de telemetria. O sistema de processamento de dados 50 recebe um sinal de telemetria digital, desmodula o sinal e apresenta dados de ferramenta ou perfilagens de poço para um usuário. Software (representado na figura 1 como meio de armazenagem de informação 52) governa a operação do sistema 50. Um usuário interage com o sistema 50 e seu software 52 por meio de um ou mais dispositivos de entrada 54 e um ou mais dispositivos de saída 56. Em algumas modalidades de sistema, um perfurador emprega o sistema para tomar decisões de geodirecionamento, e comunica comandos apropriados para o conjunto de fundo de furo 24.

A figura 2 ilustra um conjunto de furo fundo de furo 24 que tem uma broca de perfuração 202 assentada em uma caixa de broca 204 na extremidade de uma conexão curvada 208. Um motor de lama 210 é conectado à conexão curvada 208 para girar um eixo de acionamento interno que se estende através da conexão curvada 208 até a caixa de broca 204. O conjunto de fundo de furo ainda inclui um conjunto de perfilar ao perfurar

LWD 212, uma conexão de telemetria 218, juntamente com outros colares de perfuração opcionais 220, suspensos de uma coluna de tubo de perfuração 222.

A broca de perfuração mostrada na figura 2 é uma broca cônica de rolo, porém outros tipos de broca podem ser facilmente

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 16/41 empregados. A maior parte das brocas de perfuração tem um pino rosqueado 316 (figuras 3D-3F) que engata um soquete rosqueado em uma caixa de broca 204, para prender a broca à coluna de perfuração. Na modalidade da figura 2, a caixa de broca é dotada de duas antenas de quadro 206 que trabalham em cooperação com antenas 214, 216 no conjunto LWD 212. Como discutido em mais detalhe abaixo, este arranjo de antena possibilita que medições de resistividade azimutais sejam feitas em proximidade junto à broca. A caixa de broca 204 é girada pelo motor de lama 210 por meio de um eixo de acionamento interno que atravessa a conexão curvada 208, que é uma seção curta que é ligeiramente dobrada, para possibilitar à broca de perfuração perfurar um furo encurvado quando a broca é girada somente pelo motor de lama, isto é, sem rotação da coluna de perfuração 8. Diversos tipos de motor de lama podem ser empregados para geodirecionamento, por exemplo, motores de deslocamento positivo (PDM), motores Moineau, motores de tipo turbina, e similares, e estes motores empregando mecanismos rotativos direcionáveis.

O conjunto LWD 212 inclui uma ou mais ferramentas de perfilagem, e sistemas capazes de registrar dados, bem como transmitir dados para a superfície através da via de telemetria 218. Como discutido especificãmente aqui abaixo, o conjunto LWD 212 inclui uma ferramenta de resistividade que tem antenas 214, 216 que trabalham em cooperação com antena junto à broca para determinar medições de resistividade azimutais, úteis para geodirecionamento. Devido ao comprimento do motor de lama, os sensores de ferramenta de resistividade locabzados na seção LWD estão pelo menos a 15 pés (4,56 m) da broca de perfuração, o que poderia normalmente implicar em que as medições de resistividade azimutais disponíveis para o perfurador se aphcam a uma posição da broca de perfuração pelo menos 15 pés (4,56 m) atrás da posição atual da broca de perfuração. Contudo, com a cooperação das antenas de quadro na broca, o perfurador pode receber

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 17/41 informação aplicável à posição atual da broca de perfuração, tomando possível direcionar o conjunto de perfuração de maneira muito mais precisa do que antes.

A figura 2 mostra duas antenas de quadro coaxiais com a caixa 5 de broca e axialmente espaçadas separadas por 15 a 30 cm. A vantagem de colocar antenas na caixa de broca é que esta configuração não requer quaisquer modificações das brocas de perfuração que são itens de consumo comuns que precisam ser substituídos de maneira regular. A desvantagem de colocar antenas na caixa da broca é que localizações na caixa da broca são mais próximas da face da broca de perfuração. Não obstante, ambas as configurações são consideradas aqui como o é a utilização de uma conexão curta entre a caixa de broca e a broca de perfuração, o que oferece a vantagem de possibilitar que os métodos descritos sejam utilizados com produtos existentes.

A figura 3A mostra a broca de perfuração 202 presa em uma caixa de broca 302 que tem uma antena de quadro inclinada 304, isto é, uma antena de quadro que tem seu eixo geométrico ajustado em um ângulo em relação ao eixo geométrico da caixa de broca. Se o espaço permitir, uma segunda antena de quadro pode ser fornecida paralela à primeira.

Inversamente, se espaço é limitado na caixa de broca, uma única antena de quadro coaxial 308 pode ser fornecida na caixa de broca 306, como mostrado na figura 3B. As alças de antena não necessitam necessariamente circundar a caixa de broca. Por exemplo, a figura 3C mostra uma caixa de broca 310 que tem uma antena de quadro 312 com um eixo geométrico que é perpendicular ao eixo geométrico longo do conjunto de fundo de furo.

As figuras 3D-3F mostram brocas de perfuração que têm antenas de quadro embutidas. Na figura 3D a broca de perfuração 314 tem um eixo de comprimento normal 318 para suportar uma antena de quadro coaxial 318, o que pode ser contrastrado com a broca de perfuração 320 na figura 3E.

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 18/41

A broca de perfuração 320 tem um eixo alongado 322 para suportar uma antena inclinada 324. Na figura 3F uma broca de perfuração 326 é dotada de uma antena de quadro coaxial 328 em sua superfície de medição. A maior parte de sistemas de conexão curvada e rotativos direcionáveis empregam longas brocas de medição, isto é, brocas que têm superfícies de medição que se estendem axialmente por 10 cm ou mais, e fornecem de maneira conveniente espaço para sensores embutidos na superfície da broca. Como ainda mais discutido abaixo, algumas modalidades empregam antenas de quadro na broca como antenas de transmissão, enquanto outras modalidades empregam as antenas na broca como antenas de recepção.

A figura 4 mostra uma seção transversal de caixa de broca 204 que é conectada a um eixo interno 402 que se estende através da conexão curvada 208. Fluido de perfuração escoa através da passagem 404 para o interior da extremidade do pino da broca de perfuração abaixo. Eletrônica no depósito 406 acopla a antenas de quadro 206 por meio de passagens de fiação 408. Eletrônica 406 deriva energia de baterias, um coletor de energia de vibração, uma turbina em passagem de escoamento 404, ou alças de fios no depósito 406 que atravessa campos magnéticos de ímãs no envoltório exterior da conexão curvada 208 quando o eixo interno gira. Em algumas modalidades do sistema, a eletrônica utiliza esta energia para acionar pulsos senoidais temporizados através de cada antena de quadro por sua vez, com pausas para a operação de outras antenas de transmissão no sistema. Em outras modalidades de sistema a eletrônica utiliza esta energia para estabelecer um enlace de comunicações de curta distância para o conjunto LWD acima do motor de lama. Diversas técnicas de comunicações furo abaixo de curta distância existentes são adequadas, e podem ser empregadas. Por exemplo, a Patente US 5.160.925 a Dailey, intitulada “Short hop Communications link for downhole MWD system” (“Enlace de comunicação de curta distância para sistema de MWD furo abaixo”) divulga uma técnica eletromagnética; a

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 19/41

Patente US 6.464.011 a Tubel, intitulada “Production well telemetry system” (“Sistema de telemetria para poço de produção”) divulga uma técnica acústica; a Patente US 7.084.782 a Davis, intitulada “Drill string telemetry system and method” (“Sistema e método de telemetria para coluna de perfuração”) divulga uma técnica de malha de corrente axial; e a Patente US 7.303.007 a Konschuh, intitulada “Method and apparatus for transmitting sensor response data and power through a mud motor” (“Método e aparelho para transmitir dados de resposta de sensor de energia através de um motor de lama”) divulga uma técnica com fio. Com uma malha de comunicações de curta distância colocada, a eletrônica pode sincronizar temporização com o conjunto LWD, medir amplitudes e fases de sinal recebido e comunicar estas medições para o conjunto LWD para processamento adicional. Em algumas modalidades de ferramenta uma das antenas de quadro funciona como uma antena de transmissão e recepção para comunicações de curta distância e ainda opera como uma antena de transmissão ou recepção para medições de resistividade.

A figura 5 é um diagrama de blocos de eletrônica ilustrativo de um conjunto de fundo de furo. O módulo de telemetria 502 comunica com uma instalação de processamento de dados na superfície para fornecer dados de perfilagem e para receber mensagens de controle para o conjunto LWD, possivelmente para direcionar o conjunto de perfuração. Um módulo de controle 504 para o conjunto LWD fornece os dados de perfilagem e recebe estas mensagens de controle. O módulo de controle 504 coordena a operação dos diversos componentes do conjunto LWD por meio de um barramento de ferramenta 506. Estes componentes incluem um módulo de energia 508, um módulo de armazenagem 510, um módulo de telemetria opcional de curta distância 512, e uma ferramenta de perfilagem de resistividade 514. Em algumas modalidades instrumentos na broca 516 enviam sinais eletromagnéticos 518 que são utilizados pela ferramenta de perfilagem 514

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 20/41 para medir resistividade azimutal. Em outras modalidades a ferramenta de perfilagem 514 envia sinais eletromagnéticos 520 que são medidos por instrumentos na broca 516 e comunicados por meio de módulo de telemetria de curta distância 512 para a ferramenta de perfilagem de resistividade 514 para cálculos de resistividade azimutal. O módulo de controle 504 armazena os cálculos de resistividade azimutal no módulo de armazenagem 510 e comunica, pelo menos, alguns destes cálculos para a instalação de processamento na superfície.

A figura 6 é um diagrama de blocos de eletrônica para um 10 módulo de instrumentação ilustrativo na broca 516. O módulo ilustrativo inclui um controlador e unidade de memória 602, uma fonte de alimentação 604, uma ou mais antenas para transmitir e opcionalmente receber sinais eletromagnéticos um transdutor de telemetria de curta distância opcional 608, e outros sensores opcionais 610. O controlador de unidade de memória 602 controla a operação dos outros componentes do módulo de acordo com os métodos descritos abaixo com referência às figuras 9 e 10. A fonte de alimentação 604 energiza outros componentes do módulo a partir de baterias, um coletor de energia de vibração, uma turbina, um gerador elétrico, ou outro mecanismo adequado. Antenas 606 são antenas de quadro que acoplam ao controlador 602 para transmitir ou receber sinais eletromagnéticos. O transdutor de telemetria de curta distância 608 comunica com o módulo de telemetria de curta distância 512 (figura 5) utilizando qualquer técnica de comunicações de curta distância adequada furo abaixo. Outros sensores 610 podem incluir sensores de temperatura, pressão, lubrificação, vibração, deformação e densidade, para monitorar condições de perfuração na broca.

Antes de descrever os métodos para fazer medições de resistividade azimutais na broca, seria útil fornecer algum contexto adicional. A figura 7 mostra um exemplo de como um furo de sondagem pode ser dividido em depósitos azimutais, isto é, faixas de ângulo de rotação. Na figura

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 21/41 a circunferência foi dividida em 8 depósitos numerados 702, 704 até 716. Naturalmente quantidades maiores ou menores de depósitos podem ser empregadas. O ângulo de rotação é medido a partir do lado elevado do furo de sondagem, exceto em furos de sondagem verticais onde o ângulo de rotação é medido em relação ao lado norte do furo de sondagem. Uma vez que uma ferramenta rotativa reúne medições sensíveis de forma azimutal, as medições podem ser associadas com um destes depósitos e com o valor de profundidade. Tipicamente, ferramentas LWD giram muito mais rápido do que progridem ao longo do furo de sondagem, de modo que cada depósito em uma dada profundidade pode ser associado com um grande número de medições. Dentro de cada depósito em uma dada profundidade estas medições podem ser combinadas, por exemplo, ser feita sua média, para melhorar sua confiabilidade.

A figura 8 mostra uma ferramenta de perfilagem de resistividade ilustrativa 802 que passa em um ângulo através de uma formação modelo. A formação modelo inclui um leito de 20 Ohm-metro 806 ensanduichada entre dois leitos espessos de 1 Ohm-metro 804, 808. A ferramenta de resistividade ilustrativa faz tais medições de resistividade sensíveis de maneira azimutal a partir das quais um sinal de indicação de limite pode ser determinado. Como ainda mais explicado abaixo, o sinal de indicação de limite de leito pode ser baseado em uma diferença ou relação entre medições em ângulos azimutais opostos.

A figura 9 é um gráfico de sinais ilustrativo de indicação de limite de leito em orientações azimutais opostas derivadas do modelo na figura 8. O sinal 902 é um sinal de indicação de limite ilustrativo para uma orientação para baixo (a = 180°) e o sinal 904 é o sinal de indicação de limite correspondente para uma orientação para cima (a = 0). Sinais 902 e 904 (são) positivos quando a ferramenta está próxima a um limite que é orientado no sentido do leito que tem uma resistividade mais elevada. Eles são negativos

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 22/41 quando a ferramenta está próxima ao limite do e está orientada no sentido do leito que tem uma resistividade mais baixa. Assim, um perfurador pode direcionar uma ferramenta na direção do sinal de indicação de limite positivo máximo para manter o furo de sondagem em um leito de resistividade elevada. Tais sinais de indicação de limite podem ser derivados utilizando um dos métodos das figuras 10 ou 11 em combinação com o método da figura 12.

A figura 10 mostra um método ilustrativo que pode ser implementado por um módulo receptor na broca. Começando com o bloco 1002, o módulo receptor sincroniza com o conjunto LWD. Em algumas modalidades esta sincronização ocorre por meio de uma troca de comunicação de circuito fechado para determinar uma latência de comunicação que pode então ser aplicada como uma correção a um valor de tempo corrente comunicado a partir do conjunto LWD para o módulo na broca. Em outras modalidades alta precisão de temporização não é requerida e este bloco pode ser omitido.

No bloco 1004 o módulo na broca detecta pulsos no sinal receptor e mede sua amplitude e fase. Tais medições são realizadas de maneira simultânea por todas as antenas receptoras, e a temporização para tais medições pode ser ajustada pelo conjunto LWD por meio de telemetria de curta distância. No bloco 1006 as medições de amplitude e fase para cada pulso de sinal recebido são gravadas com tempo e comunicadas para o conjunto LWD. Em algumas modalidades diferenças de fase e valores de atenuação entre antenas de recepção são calculadas e comunicadas para o conjunto LWD. Em módulos na broca que têm antenas inclinadas, a orientação de rotação do módulo na broca é medida e comunicada para o conjunto LWD juntamente com as medições de amplitude e fase. O método se repete começando com o bloco 1004.

A figura 11 mostra um método ilustrativo que pode ser implementado pelo módulo transmissor na broca. Uma vez que energia seja

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 23/41 fornecida para o módulo na broca, no bloco 1102, o módulo sofre um período de espera que dura até que o módulo determine que o suprimento de energia estabilizou e a agitação de temporização de referência tem um valor adequadamente pequeno. No bloco 1104 o módulo começa a interagir através de antenas de quadro na broca. No bloco 1106 o módulo dispara a antena de transmissão acionando um pulso senoidal através dela, por exemplo, um pulso de 100 microssegundos 2 MHz. (Comprimentos de pulso podem ser variados até cerca de 10 milissegundos. A frequência de sinal pode variar desde cerca de 10 kHz até cerca de 10 MHz. No bloco 1108 o módulo verifica para determinar se cada uma das antenas de transmissão foi disparada. Caso não, o módulo seleciona e dispara a próxima antena começando novamente no bloco 1104. De outra maneira, o módulo pausa no bloco 1110 antes de retomar para o bloco 1104, para repetir todo o ciclo. Esta pausa fornece espaço para que os outros disparos do transmissor, (por exemplo, os transmissores no conjunto

LWD) ocorram e proporciona tempo para que a ferramenta mude de posição antes do próximo ciclo. Em algumas modalidades um ou mais dos pulsos de transmissão podem ser modulados para comunicar informação a partir de outros sensores na broca para o conjunto LWD.

A figura 12 mostra um método ilustrativo para uma ferramenta de resistividade LWD que tem um componente na broca. Começando no bloco 1202 a ferramenta sincroniza sua referência de tempo com o módulo na broca. Em pelo menos algumas modalidades que utilizam o transmissor na broca, a ferramenta detecta pulsos de sinal a partir do transmissor na broca, identifica as freqüências de pausa e de pulso, e determina um período de ciclo e um tempo de início de ciclo. A informação de temporização baseada em transmissor pode ser utilizada como uma referência para operações subseqüentes de ferramenta de resistividade. Em modalidades que utilizam o receptor na broca, a ferramenta engata em comunicações de curta distância com o módulo na broca para coordenar temporização em alguns casos para

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 24/41 avaliar um retardo de comunicações que pode ser utilizado como um deslocamento, para sincronizar de maneira precisa as referências de temporização da ferramenta e do módulo na broca.

Observar que no arranjo de antena formado pela combinação 5 de antenas de ferramenta de resistividade e antenas na broca pode haver diversas antenas de transmissão. Na maior parte dos casos as antenas de transmissão são disparadas seqüencialmente e a resposta de cada antena de recepção para cada disparo de antena de transmissão é medida. Um ciclo de medição inclui um disparo de cada antena de transmissão. Tendo sincronizado a temporização dos dois módulos no bloco 1202, a ferramenta no bloco 1204 começa a interação através de cada uma das antenas de transmissão, selecionando uma de cada vez.

Embora os próximos três blocos estejam mostrados e descritos em seqüência, sua execução real é esperada ocorrer de maneira concorrente.

No bloco 1206 a ferramenta transmite um pulso a partir da antena de transmissão selecionada para a formação circundante ou, se a antena de transmissão é uma antena na broca, a ferramenta espera o módulo na broca transmitir o pulso. Ao mesmo tempo em que a antena de transmissão é disparada, a ferramenta mede a posição atual da ferramenta e orientação no bloco do 1208. No bloco 1210 a ferramenta e o módulo na broca medem a amplitude e fase de sinais recebidos por cada uma das antenas de recepção. Medições na broca são comunicadas para a ferramenta de resistividade por meio do enlace de telemetria de curta distância. No bloco 1212 as amplitudes de resposta e fases medidas para cada transmissor são associadas com um depósito de medição definido para a posição e orientação atual da ferramenta. As medições para cada par de antenas transmissor-receptor naquele depósito são combinadas para melhorar a precisão de medição e a partir das medições combinadas uma medição de resistividade azimutal é formada e atualizada quando novas medições se tomam disponíveis. De maneira similar, valores de

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 25/41 indicação de limite são determinados para cada depósito. No bloco opcional

1214, pelo menos alguns dos valores indicadores de resistividade e/ou de limite são comunicados por meio de um enlace de telemetria furo acima para a instalação de processamento na superfície para apresentar para um usuário.

No bloco 1212 uma medição de resistividade e uma medição indicadora de limite de leito são determinadas ou atualizadas para o depósito baseado na nova medição de amplitude e fase, e quaisquer medições precedentes naquele depósito. Devido à utilização de antenas de transmissão e recepção não paralelas (por exemplo, qualquer do transmissor ou receptor é inclinado), as medições de resistividade são sensíveis de maneira azimutal. Em algumas modalidades as medições de resistividade são determinadas a partir da amplitude média compensada de medição de fase do depósito atual, possivelmente em combinação com as medições médias compensadas para outros depósitos próximos e outros parâmetros de formação medidos ou avaliados, tais como a direção horizontal da formação, mergulho e anisotropia. Medições compensadas são determinadas por médias das medições que resultam de transmissores simetricamente espaçados.

Os cálculos indicadores de limite de leito para um depósito podem ser baseados em uma medição de uma medição de antena transmissora receptora não paralela com qualquer de uma antena transmissora na broca, ou uma antena receptora na broca, por exemplo, antenas 206 e 214 na figura 2. Para a presente discussão admitimos somente uma antena na broca que está sendo utilizada. A utilização de diversas antenas na broca está discutida mais abaixo. Por exemplo, se dadas as medições em um depósito, a fase de sinal média medida da antena 214 em resposta ao sinal transmitido pela antena 206 (ou, inversamente, a fase de antena 206 em resposta a um sinal a partir da antena 214) é Φ, o indicador de limite de leito para este depósito pode ser calculado como:

I = (Φ no depósito atual) - (Φ no depósito a 180° do depósito atual) (1)

Assim, com referência à figura 7, o indicador de limite de leito

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 26/41 para o depósito 702 pode ser calculado a partir da diferença em fase de sinal medido de depósitos 702 e 710. O indicador de limite de leito para o depósito 704 pode ser calculado utilizando uma diferença entre medições de fase para depósitos 704 e 712. Altemativamente, uma diferença em logaritmos de amplitude A (ou atenuação) da resposta da antena receptora 214 em relação ao sinal da antena 206 de transmissão entre estes depósitos pode ser utilizada ao invés de diferenças de fase:

I = ln (A no depósito atual) - ln (A no depósito a 180° do depósito atual) (2)

Como ainda outra alternativa, ao invés de admitir uma diferença entre fase ou amplitude de perfilagem de depósitos separados de 180°, a diferença pode ser determinada entre a fase (ou amplitude de perfilagem) para o depósito atual e a fase média (ou amplitude de perfilagem) para todos os depósitos em uma dada posição axial no furo de sondagem:

I = (Φ uo compartimento (k, z)) -4· X (Φ no compartimento (i, z)) (3) > I - n

I = (A uo compartimento (k, z)) -- ln (A no compartimento (i, z)) (4) ;=l-n onde depósito (k, z) é o depósito na k-ésima orientação de rotação na z-ésima posição no furo de sondagem. É provável que medições possam ser repetidas diversas vezes para cada depósito, e os valores de fase/amplitude utilizados sejam realmente médias destas medições repetidas.

Observou-se que a figura 2 mostra a presença de duas antenas na broca 206. Se em resposta a um sinal a partir da antena 214 a fase média medida por uma destas antenas é Φ1 e a fase média medida pela outra é Φ2 (ou inversamente, estas são as fases medidas pela antena 214 em resposta às duas antenas na broca 206), um indicador de limite de leito mais focabzado pode ser calculado a partir da diferença de faze, por exemplo,

Δ = Φ1 - Φ2 (5)

I = (δ no depósito atual) -(δ no depósito a 180° do depósito atual) (6) ou

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 27/41

I = (ô no compartimento (k, z)) -- (δ lio compartimento (i, z)) (7) í=L-j[

Indicadores similares baseados nos logaritmos de amplitudes de sinal podem ser calculados.

A figura 13 é um diagrama de blocos em uma instalação de processamento ilustrativa na superfície, adequada para coletar, processar e apresentar dados de perfilagem. Em algumas modabdades a instalação gera sinais de geodirecionamento a partir de dados das medições de perfilagem e os apresenta para um usuário. Em algumas modalidades um usuário pode, além disto, interagir com o sistema para enviar comandos para o conjunto de fundo de furo, para ajustar sua operação em resposta aos dados recebidos. Se desejado, o sistema pode ser programado para enviar tais comandos de maneira automática em resposta às medições de dado de perfilagem, com isto possibibtando que o sistema sirva como um autopiloto para o processo de perfuração.

O sistema da figura 13 pode assumir a forma de um computador de mesa que inclui um chassi 50, visor 56 e um ou mais dispositivos de entrada 54, 55. Existe locabzada no chassi 50 uma interface de exibição 62, uma interface periférica 64, um barramento 66, um processador 68, uma memória 70, um dispositivo de armazenagem de informação 72 e uma interface de rede 74. O barramento 66 interconecta os diversos elementos do computador e transporta suas comunicações. A interface de rede 74 acopla o sistema a transdutores de telemetria que possibihtam ao sistema comunicar com o conjunto de fundo de furo. De acordo com a entrada de usuário recebida por meio da interface periférica 54 e instruções de programa a partir da memória 70 e/ou do dispositivo de armazenagem de informação 72, o processador processa a informação recebida da telemetria recebida através da interface de rede 74 para construir perfilagens de propriedades da formação e/ou sinais de geodirecionamento, e os apresenta para o usuário.

O processador 68, e daí o sistema como um todo, opera

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 28/41 genericamente de acordo com um ou mais programas armazenados em um meio de armazenagem de informação (por exemplo, dispositivo de armazenagem de informação 72). De maneira similar, o módulo de controle do conjunto de fundo de furo 504 (figura 5) opera de acordo com um ou mais programas armazenados em uma memória interna. Um ou mais destes programas configura o módulo de controle e sistema de processamento para realizar pelo menos um dos métodos de perfilagem na broca e geodirecionamento aqui descritos.

Inúmeras variações e modificações se tomarão evidentes 10 àqueles versados na técnica, uma vez que a divulgação acima seja completamente apreciada. É projetado que as reivindicações a seguir sejam interpretadas para abranger todas tais variações e modificações.

Em algumas modalidades módulos transmissores na broca transmitem automaticamente pulsos periódicos de sinal de alta frequência sem qualquer necessidade por sinais de controle além de mudanças simples de estado liga/desliga, que podem ser disparadas automaticamente por meio da detecção de atividade de perfuração. Para obter as medições necessárias para detecção de limite é preferido ter pares de transmissor-receptor não paralelos com um ângulo de inclinação relativo de pelo menos 30° e, mais preferivelmente, cerca de 45°. Por exemplo, se a bobina transmissora na broca é coaxial, a bobina receptora deveria ser inclinada. Inversamente, se a bobina receptora é coaxial, a bobina transmissora deveria ser inclinada. Embora as figuras mostrem a antena na broca embutida na broca ou na caixa da broca, a antena na broca poderia ser localizada de maneira alternativa na conexão curvada, diretamente adjacente à caixa de broca.

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 29/41

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conjunto de fundo de furo (24) compreendendo:

uma broca de perfuração (14, 202, 314, 320, 326) que tem uma face de corte;

5 uma ferramenta de resistividade que tem pelo menos uma antena de quadro (214);

um motor de lama (210) acoplado à broca de perfuração (14, 202, 314, 320, 326) por meio de um eixo de acionamento, no qual o motor de lama (210) é posicionado entre a broca de perfuração (14, 202, 314, 320, 326)

10 e a ferramenta de resistividade; e uma antena na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328), na qual a antena na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) é uma antena de quadro posicionada dentro de 0,90 m (3 pés) da face de corte e na qual a antena na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) não é paralela à antena de

15 quadro (214) da ferramenta;

caracterizado pelo fato de que a ferramenta de resistividade sincroniza temporização com um módulo na broca (516) de modo a fazer medições periódicas da atenuação e deslocamento de fase de sinais eletromagnéticos que passam entre a antena na broca (206, 304, 308, 312,

20 318, 324, 328) e a antena de quadro (214) da ferramenta.
2. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a antena na broca (308, 318, 328) ser coaxial com a broca (202, 314, 326).
3. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, 25 caracterizado pelo fato de a antena na broca (304, 324) ter um eixo que é inclinado em relação ao eixo da broca (202, 320).
4. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a antena na broca (312) ter um eixo que é perpendicular ao eixo da broca (202).

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 30/41
5. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a diferença na orientação da antena na broca (206,

304, 308, 312, 318, 324, 328) e a orientação antena de quadro (214) da ferramenta ser pelo menos 30°.

5
6. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a antena de quadro (214) da ferramenta transmitir pulsos de sinal eletromagnético para a antena na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) receber, no qual um módulo na broca (512) comunica medições de características de pulso de sinal eletromagnético por meio de

10 telemetria de curta distância para a ferramenta de resistividade.
7. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a antena na broca (328) ser embutida em uma superfície de medição da broca de perfuração (326).
8. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, 15 caracterizado pelo fato de a antena na broca (324) ser embutida em um eixo (322) da broca de perfuração (320).
9. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a broca de perfuração (314, 320, 326) incluir uma extremidade de pino (316) rosqueado em uma caixa de broca (204) sobre a

20 qual é montada a antena na broca (318, 324, 328).
10. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o eixo de acionamento passar através de um envoltório, e em que a antena na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) é montada no envoltório próximo a uma caixa de broca (204).

25
11. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a ferramenta de resistividade determinar uma dependência azimutal de resistividade de formação e no qual a dependência azimutal é comunicada a um usuário como um sinal indicador de limite de leito.

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 31/41
12. Conjunto (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma segunda antena na broca que é uma antena de quadro posicionada entre o motor de lama (210) e a face de corte.

5
13. Método de perfilagem, caracterizado pelo fato de compreender:

sincronizar uma referência de tempo para uma antena de quadro na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) com uma ferramenta de resistividade posicionada em um lado oposto de um motor de lama (210);

10 transmitir pulsos eletromagnéticos a partir da antena de quadro na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) para a ferramenta de resistividade;

medir características de pulsos eletromagnéticos com uma antena de quadro (214) sobre a ferramenta de resistividade, em que pelo

15 menos uma dentre a antena de quadro na broca e a antena de quadro da ferramenta é coaxial enquanto a outra é inclinada;

associar as características medidas com orientação azimutal de pelo menos uma das antenas de quadro;

determinar um valor de resistividade com base pelo menos em

20 parte nas características medidas; e fornecer um sinal indicador de limite com base pelo menos em parte de variação azimutal do valor de resistividade.
14. Método de perfilagem, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a antena de quadro na broca (308, 318, 328) ser

25 coaxial e a antena de quadro (214) da ferramenta ser inclinada.
15. Método de perfilagem, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a diferença entre as orientações das antenas de quadro ser pelo menos 30°.
16. Método de perfilagem, de acordo com a reivindicação 13,

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 32/41 caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente transmitir pulsos eletromagnéticos a partir de uma segunda, diferente antena de quadro na broca e medir características destes pulsos eletromagnéticos com a antena de quadro (214) na ferramenta de resistividade, em que o valor de resistividade é

5 também baseado em parte nas características medidas de pulsos eletromagnéticos a partir da segunda antena de quadro na broca.
17. Método de perfilagem, caracterizado pelo fato de compreender:

sincronizar uma referência de tempo para uma antena de 10 quadro (214) em uma ferramenta de resistividade com uma antena de quadro na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) posicionada em um lado oposto de um motor de lama (210);

transmitir pulsos eletromagnéticos a partir da antena de quadro (214) para a antena de quadro na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328);

15 medir características dos pulsos eletromagnéticos com antena de quadro na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328);

comunicar as características medidas por meio de uma telemetria de curta distância para a ferramenta de resistividade, em que as características medidas são associadas com uma orientação azimutal de pelo

20 menos uma das antenas de quadro;

determinar um valor de resistividade com base pelo menos em parte nas características medidas, e fornecer um sinal indicador de limite com base pelo menos em parte na variação azimutal do valor de resistividade.

25
18. Método de perfilagem, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a antena de quadro na broca (206, 304, 308, 312, 318, 324, 328) ser coaxial e a antena de quadro na ferramenta (214) ser inclinada por pelo menos 30°.
19. Método de perfilagem, de acordo com a reivindicação 17,

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 33/41 caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente medir características dos pulsos magnéticos com uma segunda, diferente antena de quadro na broca, no qual o valor de resistividade é também baseado em parte nas características medidas de pulsos eletromagnéticos a partir da segunda antena

5 de quadro na broca.

Petição 870180062272, de 19/07/2018, pág. 34/41

1/4