IT201900009873A1

IT201900009873A1 - Sistema di rilevazione per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche.

Info

Publication number: IT201900009873A1
Application number: IT102019000009873A
Authority: IT
Inventors: Stefano Carminati; Massimo Zampato; Stefano Mauro; Renato Galluzzi
Original assignee: Eni Spa; Torino Politecnico
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-12-24
Also published as: EP3987321A1; EA202192750A1; WO2020261092A1; EP3987321B1; US11860328B2; AU2020307469B2; MX2021013580A; US20220397692A1; CN114026467B; EP3987321C0; CN114026467A; SA521431151B1; AU2020307469A1

Description

SISTEMA DI RILEVAZIONE PER RILEVARE INTERFACCE DI DISCONTINUITA’ E/O ANOMALIE NELLE PRESSIONI DEI PORI IN

FORMAZIONI GEOLOGICHE

La presente invenzione si riferisce a un sistema di rilevazione per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche.

Queste possono essere dovute al passaggio da formazioni rocciose di diversa densità (e.g. strati argillosi, rocce serbatoio che contengono idrocarburi liquidi e/o gassosi, duomi salini, basalti) oppure a fenomeni di carsismo o faglie che se non segnalate possono portare alla perdita in formazione del fango di perforazione con tutte le conseguenze del caso come per esempio un aumento dei costi per ripristinare la quantità di fango necessaria alla prosecuzione della perforazione oppure come problemi di instabilità delle pareti del pozzo che potrebbero insorgere nel momento in cui si riduce la spinta idraulica del fango che viene a mancare a causa della perdita in formazione.

E’ fondamentale, dunque, rilevare formazioni rocciose contenenti fluidi in sovrapressione prima del raggiungimento della zona stessa da parte della testa perforante o scalpello.

La possibilità di individuare la posizione di un’interfaccia di discontinuità e/o una anomalia nelle pressioni dei pori permette infatti di adottare una serie di misure preventive al fine di prevenire l’innescarsi di una situazione di blowout ossia di un pericoloso evento di fuoriuscita incontrollata dal pozzo di estrazione (blowout) da parte dei fluidi, in sovrapressione rispetto alla spinta idraulica del fango, mediante l’adozione di opportune contromisure.

La soluzione attualmente impiegata è quella di stimare le pressioni preventivamente rispetto alle operazioni di perforazione, mediante metodi sismici di riflettometria al fine di individuare i trend di tali pressioni a risoluzioni dell’ordine della decina di metri.

Successivamente i trend stimati sono eventualmente ricalibrati in funzione della profondità del pozzo, con misure locali in pozzo (velocità del suono, resistività, gamma ray, densità e così via) effettuate durante la perforazione. In tal modo si ottiene anche un miglioramento nella risoluzione laterale dei trend delle pressioni.

I modelli matematici oggigiorno utilizzati per l’elaborazione delle misure e la definizione dei trend di pressione dei pori delle formazioni sono modelli di stima che non consentono di predire pressioni anomale, eventualmente presenti nelle formazioni ancora da perforare, in particolare se la litologia di tali formazioni presenta variazioni rapide rispetto alla formazione a lato dello scalpello e/o le cause delle geopressioni risiedono in fenomeni non attribuibili a sottocompattazione.

Al fine di rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche è noto applicare la geofonia impiegando in ricezione attuatori elettromagnetici di tipo voice coil che, possono presentare una bobina mobile e un nucleo magnetico fisso o viceversa una bobina fissa e un equipaggio mobile magnetico.

US20180100387A1 illustra la realizzazione di trasduttori elettromagnetici sfruttando diverse tipologie di magneti permanenti in una parte mobile per la misura geofonica. E’ noto anche utilizzare trasduttori di tipo capacitivo, come i cosiddetti MEMS, oppure di tipo ottico o di tipo piezoelettrico; questi ultimi possono raggiungere massime frequenze di funzionamento comprese tra circa 3 e 5 MHz.

In ogni caso, i trasduttori utilizzati nei sistemi di rilevazione noti sono caratterizzati da ingombri relativamente elevati e consumi energetici sufficientemente elevati da richiedere la connessione a un impianto elettrico di alimentazione il ché ne aumenta la complessità di installazione a profondità elevate; infine, i dispositivi di cui sopra non sono predisposti per operare alle elevate pressioni tipiche della zona di lavoro a fondo pozzo.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare un sistema di rilevazione per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche che sia in grado di eseguire misure direttamente avanti allo scalpello al fine di realizzare una predizione di pressioni anomale a qualche metro di profondità nelle formazioni ancora da perforare antistanti lo scalpello. Questo e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un sistema di rilevazione per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche del sistema di rilevazione per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi di un sistema di rilevazione per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

- la figura 1 mostra un potenziale scenario applicativo di un sistema di rilevazione secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra uno schema a blocchi di una forma di realizzazione del sistema di rilevazione secondo la presente invenzione;

- le figure 3a e 3b sono rispettivamente una vista prospettica e una vista in pianta di una forma di realizzazione preferenziale ma non limitativa di un sistema di rilevazione secondo la presente invenzione; - la figura 4 è una vista schematica di un’altra forma di realizzazione di un dettaglio del sistema di rilevazione secondo la presente invenzione;

- la figura 5 è una vista in pianta di un’altra forma di realizzazione del sistema di rilevazione secondo la presente invenzione;

- la figura 6a è una vista in sezione di un trasduttore elettro-acustico compreso nel sistema di rilevazione secondo la presente invenzione;

- la figura 6b è una vista di un dettaglio del trasduttore di figura 6a;

- la figura 7 è una vista schematica prospettica di un avvolgimento elettrico presente nel trasduttore elettroacustico di figura 6a.

Con riferimento alle figure, viene mostrato un sistema di rilevazione per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche, complessivamente indicato con 100.

Il sistema di rilevazione 100 per di rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche comprende uno scalpello 200 per la perforazione del sottosuolo nel quale, secondo la presente invenzione, sono integrati uno o più trasduttori elettroacustici 10, 11, 12. Nel caso in cui sia presente un solo trasduttore elettroacustico 12 esso è destinato a operare selettivamente da trasmettitore o da ricevitore di onde acustiche nell’intervallo di frequenze 450-5000 Hz, preferibilmente 500-3000Hz; in tal caso il trasduttore elettroacustico è definito come bifunzionale. Nel caso in cui siano presenti almeno due trasduttori elettroacustici 10, 11 essi sono destinati a operare uno come trasmettitore 10 e l’altro come ricevitore 11 di onde acustiche nell’intervallo di frequenze 450-5000 Hz, preferibilmente 500-3000Hz.

Nella presente trattazione per banda di lavoro si intenderà l’intervallo di frequenze 450-5000 Hz, o più preferibilmente l’intervallo di frequenze 500-3000Hz. In questo modo è possibile individuare discontinuità nella risposta acustica dei trasduttori acustici 10, 11, 12 dovute a caratteristiche delle rocce (e.g. fenomeni di carsismo, faglie, alternanza di formazioni rocciose, strati argillosi, rocce serbatoio che contengono idrocarburi liquidi e/o gassosi, duomi salini, basalti) o a sovrappressioni dei fluidi delle formazioni rocciose.

Il sistema di rilevazione 100 comprende poi circuiti elettronici analogici di pilotaggio 110 configurati per controllare il trasduttore elettroacustico che agisce come trasmettitore e circuiti elettronici analogici di ricezione 111 per amplificare ed elaborare il segnale ricevuto dal trasduttore elettroacustico che agisce da ricevitore. Il sistema di rilevazione 100 comprende, inoltre, una unità di elaborazione e controllo 120, ad esempio un microprocessore, associata ai circuiti elettronici analogici di pilotaggio 110 e di ricezione 111 per la gestione del processo di rilevazione. L’unità di elaborazione e controllo 120 è associata a una unità di memorizzazione dati 121 ed è alimentata elettricamente da un sistema di alimentazione elettrico 122, ad esempio comprendente un sistema di batterie. L’unità di elaborazione e controllo 120 è anche provvista di un modulo di interfaccia 123 verso il bottom hole assembly o BHA. Per esempio tale modulo di interfaccia 123 comprende circuiti elettrico/elettronico atti a comunicare con ed eventuale ricevere alimentazione elettrica dal BHA.

Nella presente descrizione si farà riferimento in maniera esemplificativa allo scenario applicativo di figura 1 in cui lo scalpello 200 è prossimo a due formazioni geologiche 300, 301 poste in successione lungo la direzione di avanzamento dello scalpello e separate da una interfaccia di discontinuità 302 posta ad una distanza d dallo scalpello 200.

Ciascuno dei trasduttori elettro-acustici 10, 11, 12 è assial-simmetrico e comprende un corpo principale tubolare 20 preferibilmente di forma cilindrica e preferibilmente di materiale ferromagnetico che si sviluppa in lunghezza lungo una direzione longitudinale X; tale corpo principale tubolare 20 comprende una prima porzione di estremità 21 e una seconda porzione di estremità 22 opposte tra loro longitudinalmente.

Inoltre, il corpo principale tubolare 20 presenta internamente una prima camera 23 che termina con la prima porzione di estremità 21 e una seconda camera 24 da una parte adiacente e in comunicazione fluidica con la prima camera 23 e dall’altra parte terminante con la seconda porzione di estremità 22.

Il vano definito internamente dalle camere 23, 24 può essere di qualsiasi forma preferibilmente cilindrica. La prima porzione di estremità 21 è chiusa verso l’esterno per mezzo di una membrana 26 applicata al corpo principale tubolare 20.

Tale membrana 26 è preferibilmente costituita di acciaio armonico.

La seconda porzione di estremità 22 presenta una o più aperture 27 che la mettono in comunicazione fluidica verso l’esterno del corpo principale tubolare 20.

La prima camera 23 contiene nelle proprie pareti una pluralità di avvolgimenti elettrici 25 disposti in successione tra loro in direzione longitudinale X.

Gli avvolgimenti elettrici 25 sono realizzati preferibilmente per mezzo di anelli metallici, preferibilmente di rame separati da uno strato isolante, per esempio una pellicola isolante. Tale forma di realizzazione degli avvolgimenti elettrici 25 è particolarmente vantaggiosa per impiegare il trasduttore elettro-acustico come trasmettitore di segnali acustici. Il traduttore elettro-acustico 10 comprende anche un elemento mobile 30 alloggiato nella prima camera 23; tale elemento mobile 30 comprende vantaggiosamente una pluralità di magneti permanenti 31, preferibilmente ma non necessariamente cilindrici, impaccati l’uno sopra l’altro. In particolare, i magneti permanenti 31 sono disposti a magnetizzazione alternata in direzione longitudinale X, sono impilati, separati l’uno dall’altro da dischi 32 di materiale ferromagnetico e tenuti insieme mediante un perno 33 che li attraversa ad esempio centralmente come rappresentato in figura 1. I magneti permanenti 31 sono preferibilmente di Samario-Cobalto.

L’elemento mobile 31 è supportato alle estremità longitudinali da molle 40, preferibilmente da una coppia di molle a tazza 40 precaricate come illustrato in figura 1. Ciascuna di queste molle 40 è vincolata da una parte all’elemento mobile 31 e dall’altra parte alle pareti interne della prima camera 23.

L’elemento mobile 30 è inoltre vantaggiosamente connesso alla membrana 26, preferibilmente per mezzo di un elemento di estensione 27 accoppiato da una parte ad una estremità dell’elemento mobile 30 e dall’altra parte alla membrana 26.

Il trasduttore elettro-acustico 10 comprende inoltre un pistone mobile 45 posizionato nella seconda porzione di estremità 22.

La seconda porzione di estremità 22 è preferibilmente accoppiata a una boccola 28 che si protende verso l’interno della seconda camera 24 per un tratto della sua lunghezza in modo tale da restringere il passaggio interno. In tal caso il pistone mobile 45 è posizionato nel passaggio interno ristretto.

La seconda camera 24 è riempita con un liquido, preferibilmente olio.

Quando si alimentano elettricamente gli avvolgimenti elettrici 25 con un segnale da trasmettere, l’interazione tra il campo magnetico variabile generato dagli avvolgimenti elettrici 25 e i magneti permanenti 31 dell’elemento mobile 30 inducono una traslazione oscillante dell’elemento mobile 30 che agisce sulla membrana 26 facendola vibrare e così provocando delle onde acustiche nel fluido circostante il trasduttore elettro-acustico 10 a contatto con la membrana 26 stessa. Gli spostamenti dell’elemento mobile 31 causano una variazione di pressione all’interno della seconda camera 24. Queste variazioni di pressione vengono compensate dalla movimentazione del pistone mobile 45 che è libero di muoversi in funzione della differenza di pressione che può temporaneamente presentarsi tra l’ambiente esterno al trasduttore elettro-acustico e la seconda camera 24. Il pistone mobile 45 infatti riduce o aumenta il volume della seconda camera 24 in cui è contenuto olio ottenendo la compensazione statica della pressione. Questa compensazione di pressione realizzata dal pistone consente vantaggiosamente di impiegare il trasduttore elettro-acustico 10 in ambienti critici ad elevate pressioni fino a 700 bar circa.

Il pistone mobile 45 e la seconda camera 24 sono dimensionate per permettere la compensazione di pressione quando si trasmettono o ricevono segnali acustici nell’intero campo di frequenze sopra specificate, ossia 450-5000 Hz, preferibilmente 500-3000 Hz.

In particolare, la seconda camera 24 è dimensionata in maniera tale che il sistema composto dall’elemento mobile 30, dal liquido contenuto all’interno della seconda camera 24 e dal pistone mobile 45, abbia un comportamento dinamico complessivo tale da garantire l’equilibrio della pressione interna e quella esterna, mantenendo la differenza tra i due valori di pressione prossima a zero al di fuori dell’intero campo di frequenza 450-5000 Hz a fronte di uno spostamento piccopicco dell’elemento mobile 30 di alcune decine di micrometri.

Questo comportamento è determinato dalla funzione di trasferimento che si determina tra lo spostamento dell’elemento mobile 30 e la differenza di pressione tra l’interno e l’esterno del trasduttore elettro-acustico 10. La funzione di trasferimento dipende dal volume della seconda camera 24, dalla sezione della medesima camera, da massa e diametro del pistone mobile 45 e dal modulo di elasticità del liquido che riempie la seconda camera 24, normalmente indicato come modulo bulk.

La lunghezza della seconda camera 24 viene determinata in funzione della sezione interna del trasduttore elettro-acustico 10 ossia della sezione interna della prima camera 23, in funzione della massa, del diametro del pistone mobile 45 e del modulo bulk del liquido che riempie la seconda camera 24.

Poiché quest’ultimo parametro varia con la tipologia di liquido impiegato, la pressione e la temperatura, il dimensionamento deve essere sviluppato considerando le condizioni più critiche attese. Il dimensionamento è effettuato sulla base di un modello dinamico del sistema descritto dalle seguenti equazioni:

dove F è la forza generata dal trasduttore, x è lo spostamento dell’elemento mobile 30, y1 è lo spostamento del pistone mobile 45, P1 è la pressione della seconda camera 24, Pest è la pressione esterna, Ap è l’area della sezione trasversale dell’elemento mobile 30, A1 è l’area della sezione trasversale del pistone mobile 45, Am è l’area della sezione trasversale della membrana 26, V1-V10 è la variazione di volume della seconda camera 24 dovuta allo spostamento di equipaggio e pistone mobili βol è il modulo di comprimibilità dell’olio, βm, β1 e βp sono i coefficienti di smorzamento rispettivamente della membrana 26, del pistone mobile 45 e dell’elemento mobile 30, mp e m1 sono le masse rispettivamente dell’elemento mobile 30 e del pistone mobile 45, km, kp e k1 sono le rigidezze rispettivamente della membrana 26, dell’elemento mobile 30 e del pistone mobile 45.

A titolo di esempio al fine di lavorare alla temperatura di 200 °C e alla pressione di 700 bar è stata individuata la seguente configurazione:

• diametro della membrana 26 = 9.6 mm;

• diametro della seconda camera 24 = 8 mm;

• lunghezza della seconda camera 24 = 25.5 mm;

• sezione del pistone mobile 45 = 6 mm;

• massa del pistone mobile 45 = 0.9 g;

• modulo elasticità olio 1 < β < 2.5 GPa.

Inoltre, sempre a titolo di esempio, al fine massimizzare la potenza trasmessa e la sensibilità del trasduttore elettro-acustico 10 nella banda 500-3000 Hz, le rigidezze equivalenti delle coppie di molle a tazza devono essere:

• 3.5 kN/mm per un trasduttore elettro-acustico destinato ad essere impiegato come trasmettitore;

• 0.4 kN/mm per un trasduttore elettro-acustico destinato ad essere impiegato come ricevitore.

Un trasduttore elettro-acustico 10 destinato a essere impiegato come trasmettitore è progettato per operare ad esempio in regime stazionario nelle bande sopra specificate garantendo una potenza acustica di circa 20 mW efficaci.

Un trasduttore elettro-acustico 10 destinato a essere impiegato come ricevitore è preferibilmente progettato per garantire una sensibilità di trasduzione di 20 Vs/m. Preferibilmente, lo scalpello 200 è di tipo PDC (Polycrystalline Diamond Composite) come quello illustrato nelle figure 3a e 3b. Lo scalpello di tipo PDC 200 presenta una pluralità di creste 201 provviste di elementi di taglio diamantate 202 e una porzione centrale ove sono presenti dei fori 203 per il passaggio del fango di perforazione.

Gli uno o più trasduttori elettroacustici 10, 11, 12 sono alloggiati in appositi vani realizzati nello scalpello 200; ciò comporta una serie di vincoli sulle dimensioni dei trasduttori elettroacustici 10, 11, 12 che devono avere un diametro nell’ordine di qualche centimetro.

In particolare, nel caso in cui lo scalpello 200 sia di tipo PDC i vani di alloggiamento per i trasduttori elettroacustici 10, 11, 12 sono realizzati nello spazio tra le creste evitando la porzione centrale; lo spazio tra le creste può avere per esempio un diametro compreso tra 0.5’’ e 1’’.

In una possibile forma di realizzazione della presente invenzione, una coppia di trasduttori elettroacustici 10, 11 configurati per operare da ricevitore e trasmettitore sono alloggiati in due vani dello scalpello 200 separati. Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 3a e 3b i vani di alloggiamento dei trasduttori elettroacustici sono posizionati ad una distanza non superiore a 7 cm tra le creste 201 con gli elementi di taglio diamantati 202 in modo tale da permettere il flusso del fango di perforazione verso i fori 203.

In una forma di realizzazione alternativa illustrata in figura 4 una coppia di trasduttori elettroacustici 10, 11 configurati per operare da ricevitore e trasmettitore sono alloggiati in un singolo vano, preferibilmente di diametro non superiore a 7 cm.

In una ulteriore forma di realizzazione alternativa lo scalpello 200 alloggia uno o più trasduttori elettroacustici bifunzionali 12 associati a circuiti elettronici analogici di pilotaggio e ricezione per funzionare alternativamente da trasmettitore e ricevitore. Nel caso in cui una coppia di trasduttori elettroacustici bifunzionali 12 sia alloggiata nello scalpello 200 si aumenta l’affidabilità complessiva del sistema di rilevazione.

Il sistema di rilevazione 100 secondo la presente invenzione implementa un metodo di rilevazione per rilevare per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche.

Tale metodo di rilevazione comprende due fasi di rilevazione; la prima fase di rilevazione prevede una fase iniziale in cui il trasduttore elettroacustico 10 agente da trasmettitore TX genera una prima onda acustica per rilevare l’eventuale presenza di una qualunque discontinuità nella formazione, di tipo litologico e/o per condizioni di pressione ai pori.

In questa fase, quindi, il trasduttore elettroacustico 10 viene pilotato dall’unità di elaborazione e controllo 120 e dal rispettivo circuito elettronico analogico di pilotaggio 110 mediante un segnale di pilotaggio che può essere, ad esempio:

• un impulso con frequenza fondamentale centrata nella banda di lavoro (ad esempio 3 cicli di sinusoide);

• una sinusoide continua (almeno 100 cicli) modulata in frequenza, ad esempio da una rampa lineare (chirp lineare).

In seguito alla trasmissione si riceve un segnale riflesso di tale prima onda acustica generato da almeno un’interfaccia di discontinuità dovuta al passaggio da una prima a una seconda formazione geologica differente, disposte in successione lungo la direzione di emissione del trasduttore elettroacustico 10 trasmettitore.

Dopo la ricezione del segnale riflesso, l’unità di elaborazione e controllo 120 calcola il tempo di andata e ritorno dell’onda di sforzo compressionale che è la più veloce e pertanto la prima ad arrivare al trasduttore elettroacustico 11 agente da ricevitore, nei seguenti modi esemplificativi:

• cercando il picco della cross-correlazione tra i segnali trasmessi e ricevuti; oppure

• individuando la frequenza di battimento della moltiplicazione tra i segnali trasmessi e ricevuti.

La scelta della sinusoide continua modulata in frequenza come segnale di pilotaggio del trasduttore elettroacustico 10 agente da trasmettitore ha i seguenti vantaggi:

• l’elaborazione digitale che, in modo di per sé noto allo stato della tecnica, prevede una moltiplicazione tra il segnale di pilotaggio trasmesso e il segnale ricevuto, un filtraggio passabasso per rimuovere le componenti spettrali centrate alle frequenze “somma” ed un accoppiamento in AC per ridurre l’eventuale componente di crosstalk, può essere implementata per via analogica dal circuito elettronico analogico di ricezione 111; in tal modo:

o in caso di “assordamento” del trasduttore elettroacustico 11 agente da ricevitore (crosstalk), ossia nel caso in cui il trasduttore elettroacustico trasmettitore sia molto vicino al trasduttore elettroacustico ricevitore e quest’ultimo riceve insieme al segnale riflesso dalla formazione anche il segnale trasmesso dal trasmettitore non c’è compromissione della risoluzione del segnale utile prima dell’acquisizione in digitale effettuata dall’unità di elaborazione e controllo poiché il campionamento è effettuato dopo il condizionamento analogico del segnale; o a parità di profondità dell’interfaccia di discontinuità il rapporto segnale/disturbo al ricevitore è maggiore in quanto la banda del segnale utile risulta minore e di conseguenza minore risulta la potenza di rumore;

• a parità di energia trasmessa, la potenza in trasmissione è minore e quindi minore è la tensione di pilotaggio richiesta.

Tuttavia, tale scelta di segnale di pilotaggio a onda continua non è compatibile con la forma di realizzazione di Figura 5, in quanto gli intervalli di trasmissione e ricezione sono quasi coincidenti.

Dopo aver determinato il tempo di andata e ritorno dell’onda l’unità di elaborazione e controllo 120 calcola la distanza d tra lo scalpello 200 e l’interfaccia di discontinuità a partire dal tempo di andata e ritorno dell’onda e dalla velocità compressionale nello strato in fase di perforazione. Il valore della velocità compressionale può essere già nota e ottenuta dalla sismica di superficie ed eventualmente può essere confermata e raffinata dai sonic log dei convenzionali tool logging while drilling LWD. Se comunque non fosse disponibile, è possibile stimare la velocità ripetendo la misura descritta sopra dopo aver perforato almeno una distanza pari alla risoluzione della misura.

La risoluzione della misura dipende dalla banda B del segnale trasmesso e della velocità di propagazione dell’onda compressionale nella formazione geologica cP1:

essendo B nell’ordine di alcuni kHz e cP1 nel range 3-6 km/s, la miglior risoluzione è nell’ordine del metro. Dopo la prima fase di rilevazione comincia la seconda fase di rilevazione che prevede che il trasduttore elettroacustico 10 agente da trasmettitore generi una seconda onda acustica per discriminare se l’anomalia rilevata nella prima fase di rilevazione sia dovuta ad un cambio litologico oppure ad una pressione ai pori anomala. L’eventuale presenza di una pressione anomala nella seconda formazione comporta un particolare effetto attenuativo/dispersivo che si mappa, ad esempio, nelle seguenti funzioni di trasferimento:

• impedenza elettrica Z(f) del trasduttore elettroacustico 10 agente da trasmettitore

• risposta in frequenza H(f) del sistema costituito dalla catena dei seguenti sottosistemi: trasduttore elettroacustico 10 agente da trasmettitore – formazione geologica – trasduttore elettroacustico 20 agente da ricevitore.

In questa seconda fase di rilevazione, quindi, il trasduttore elettroacustico trasmettitore 10 viene pilotato dall’unità di elaborazione e controllo 120 e dal rispettivo circuito elettronico analogico di pilotaggio 110 mediante un segnale di pilotaggio che può essere, ad esempio:

- un set di toni discreti (durata almeno 100 cicli per raggiungere lo stato stazionario) le cui frequenze coprono la banda di lavoro con passo F sufficientemente piccolo (ad esempio 10 Hz); oppure

- rumore bianco gaussiano (durata di alcuni secondi), opportunamente filtrato nella banda di lavoro (filtraggio passa-banda).

In seguito alla trasmissione si riceve un segnale riflesso di tale seconda onda acustica generato da almeno un’interfaccia di discontinuità dovuta al passaggio da una prima a una seconda formazione geologica differente, disposte in successione lungo la direzione di emissione del trasduttore elettroacustico 10 trasmettitore.

Dopo la ricezione, l’unità di elaborazione e controllo 120 calcola le funzioni di trasferimento sopra citate ed effettua la stima della pressione ai pori sulla base di tali funzioni di trasferimento utilizzando almeno due tipi di approccio di per sé noti nello stato della tecnica:

- un approccio basato su un opportuno modello fisico che lega la pressione ai pori nella seconda formazione alle funzioni di trasferimento descritte sopra;

- un approccio di tipo pattern recognition basato su un algoritmo di classificazione “supervised” per il riconoscimento di “firme” nelle funzioni di trasferimento sopra indicate dovute alla pressione ai pori nella formazione 2, come ad esempio alcune frequenze di picco, sia nel modulo che nella fase.

Poiché la seconda fase di rilevazione è basata su uno schema di misura a onda continua (non impulsiva), non è compatibile con la forma di realizzazione di figura 5, in quanto gli intervalli di trasmissione e ricezione sono quasi coincidenti.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del sistema di rilevazione oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi.

È chiaro, infine, che il sistema di rilevazione così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Sistema di rilevazione (100) per rilevare interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche comprendente: - uno scalpello (200) per la perforazione del sottosuolo nel quale sono integrati uno o più trasduttori elettroacustici (10, 11, 12) configurati per operare da trasmettitore e/o da ricevitore; - circuiti elettronici analogici di pilotaggio (110) configurati per controllare il trasduttore elettroacustico che agisce come trasmettitore (10) e circuiti elettronici analogici di ricezione (111) per amplificare ed elaborare il segnale ricevuto dal trasduttore elettroacustico che agisce da ricevitore (11); - una unità di elaborazione e controllo (120) associata ai circuiti elettronici analogici di pilotaggio (110) e di ricezione (111), detta unità di elaborazione e controllo (120) essendo associata a una unità di memorizzazione dati (121) ed è alimentata elettricamente da un sistema di alimentazione elettrico (122), detta unità di elaborazione e controllo (120) essendo configurato per generare segnali di pilotaggio da inviare al trasduttore elettroacustico agente come trasmettitore (10) mediante detti circuiti elettronici analogici di pilotaggio (110), per acquisire i segnali ricevuti dal trasduttore elettroacustico agente da ricevitore (20) mediante detti circuiti elettronici analogici di ricezione (111) e per elaborare detti segnali ricevuti in modo tale da determinare la presenza di interfacce di discontinuita’ e/o anomalie nelle pressioni dei pori in formazioni geologiche; caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti trasduttori elettro-acustici (10, 11, 12) è atto a essere in contatto con un fluido in pressione ed è del tipo comprendente: - un corpo tubolare (20) che si sviluppa in lunghezza lungo una direzione longitudinale X, detto corpo tubolare (20) comprendendo una prima porzione di estremità (21) e una seconda porzione di estremità (22) opposte tra loro longitudinalmente, detto corpo tubolare (20) presentando internamente una prima camera (23) che termina con la prima porzione di estremità (21) e una seconda camera (24) da una parte adiacente e in comunicazione fluidica con detta prima camera (23) e dall’altra parte terminante con detta seconda porzione di estremità (22), detta prima porzione di estremità (21) essendo chiusa verso l’esterno per mezzo di una membrana (26) applicata a detto corpo tubolare (20), detta seconda porzione di estremità (22) presentando una o più aperture (27) che la mettono in comunicazione fluidica verso l’esterno di detto corpo tubolare (20), detta prima camera (23) contenendo nelle proprie pareti una pluralità di avvolgimenti elettrici (25) disposti in successione tra loro in direzione longitudinale X, detta seconda camera (24) essendo riempita con un liquido; - un elemento mobile (30) alloggiato in detta prima camera (23), detto elemento mobile (30) comprendendo una pluralità di magneti permanenti (31) impaccati e disposti l’uno sopra l’altro a magnetizzazione alternata in direzione longitudinale X e separati l’uno dall’altro da dischi di materiale ferromagnetico, detto elemento mobile (31) essendo supportato alle estremità longitudinali da molle (40), detto elemento mobile (30) essendo inoltre connesso a detta membrana (26); - un pistone mobile (45) posizionato e scorrevole nella seconda porzione di estremità (22).
2) Sistema di rilevazione (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detti avvolgimenti elettrici (25) sono realizzati per mezzo di anelli metallici separati da uno strato isolante.
3) Sistema di rilevazione (100) secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui detto elemento mobile (30) è connesso a detta membrana (26) per mezzo di un elemento di estensione (27) accoppiato da una parte ad una estremità dell’elemento mobile (30) e dall’altra parte alla membrana (26).
4) Sistema di rilevazione (100) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui dette molle (40) sono una coppia di molle a tazza (40) precaricate.
5) Sistema di rilevazione (100) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detta seconda porzione di estremità (22) è accoppiata a una boccola (28) che si protende verso l’interno della seconda camera (24) per un tratto della sua lunghezza in modo tale da restringere il passaggio interno, detto pistone mobile (45) essendo posizionato nel passaggio interno ristretto.
6) Sistema di rilevazione (100) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detto pistone mobile (45) e detta seconda camera (24) sono dimensionate per permettere la compensazione di pressione quando si trasmettono o ricevono segnali acustici nel campo di frequenze 450-5000 Hz, preferibilmente nel campo di frequenze 500-3000 Hz.
7) Sistema di rilevazione (100) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui una coppia di detti trasduttori elettroacustici (10, 11) configurati per operare da ricevitore e trasmettitore sono alloggiati in due vani separati dello scalpello (200).
8) Sistema di rilevazione (100) secondo una delle rivendicazioni 1-6 in cui una coppia di trasduttori elettroacustici (10, 11) configurati per operare da ricevitore e trasmettitore sono alloggiati in un singolo vano dello scalpello (200).
9) Sistema di rilevazione (100) secondo una delle rivendicazioni 1-6 in cui detti uno o più trasduttori elettroacustici sono del tipo bifunzionale (12) ossia sono configurati per funzionare alternativamente da trasmettitore e ricevitore.
10) Sistema di rilevazione (100) secondo la rivendicazione 9 in cui una coppia di detti trasduttori elettroacustici bifunzionali (12) sono alloggiati in uno o più vani dello scalpello (200).