BRPI0409092B1

BRPI0409092B1 - "métodos para medir densidade, para formar uma imagem de um furo de sondagem, e para efetuar registro de densidade"

Info

Publication number: BRPI0409092B1
Application number: BRPI0409092-6A
Authority: BR
Inventors: L. Moake Gordon; A. Truax Jerome
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2018-01-16
Also published as: GB2418730B; AU2004230629A1; NO20054768D0; GB2418730A; WO2004092541A1; BRPI0409092A; AU2004230629B2; US20040200274A1; GB0522887D0; NO20054768L; US6918293B2

Abstract

"métodos para medir densidade, para deformar uma imagem de um furo de sondagem e para efetuar registro de densidade". são revelados métodos de medição que são precisos por uma faixa ampliada de distâncias de afastamento. um modo de realização do método inclui: a)obter uma distância de afastamento, uma taxa de contagem de um detector próximo, e uma taxa de contagem de um detector distante; b)determinar uma medição de densidade de formação usando taxas de contagem dos detectores próximo e distante quando a distância de afastamento for menor do que um valor predeterminado; e c) determinar a medição de densidade de formação usando apenas a taxa de contagem do detector distante e a medição de distância de afastamento quando a distância de afastamento for maior do que o valor predeterminado. o método pode ainda incluir calcular um parâmetro de calibração quando a distância de afastamento for menor do que o valor predeterminado. o parâmetro de calibração serve para calibrar uma correção baseada em afastamento para a taxa de contagem do detector distante, possibilitando medições precisas de densidade de formação a grandes distâncias de afastamento. as medições são feitas com uma ferramenta de execução de registro rotativa, fazendo com que a distância de afastamento cicle entre valores grandes e pequenos.

Description

(54) Título: MÉTODOS PARA MEDIR DENSIDADE, PARA FORMAR UMA IMAGEM DE UM FURO DE SONDAGEM, E PARA EFETUAR REGISTRO DE DENSIDADE (51) lnt.CI.: E21B 49/00 (30) Prioridade Unionista: 09/04/2003 US 10/409,998 (73) Titular(es): HALLIBURTON ENERGY SERVICES, INC.

(72) Inventor(es): GORDON L. MOAKE; JEROME A. TRUAX “MÉTODOS PARA MEDIR DENSIDADE, PARA FORMAR UMA IMAGEM DE UM FURO DE SONDAGEM E PARA EFETUAR REGISTRO DE DENSIDADE”

FUNDAMENTOS

Operações modernas de perfuração e produção de petróleo demandam uma grande quantidade de informação relacionada a parâmetros e condições de furo descendente. Esta informação inclui, tipicamente, características das formações geológicas atravessadas pelo furo de sondagem, juntamente com dados relativos ao tamanho e configuração do próprio furo de sondagem. A coleta de informação relativa a condições no furo descendente, comumente referida como “registro”, pode ser realizada por diversos métodos.

No registro por cabo de perfuração convencional, um testador (ou “sonda”) contendo sensores de formação é baixado no furo de sondagem após parte ou todo o furo de sondagem ter sido perfurado. Os sensores de formação são usados para determinar certas características das formações atravessadas pelo furo de sondagem. A extremidade superior da sonda é ligada a um cabo de perfuração condutor que suspende a sonda no furo de sondagem. Energia é transmitida aos instrumentos na sonda através do cabo de perfuração condutor. Inversamente, os instrumentos na sonda comunicam informação para a superfície usando sinais elétricos transmitidos através do cabo de perfuração.

Um método alternativo de efetuar o registro é a coleta de dados durante o processo de perfuração. Coletar e processar dados durante o processo de perfuração elimina a necessidade de remover o conjunto de perfuração para inserir uma ferramenta de registro por cabo de perfuração. Isto, conseqüentemente, permite que o sondador faça modificações ou correções precisas conforme necessárias para otimizar o desempenho, enquanto diminuindo o tempo de paralisação. “Medição-durante-perfuração” (MWD) é o termo para medir condições de interior do furo de sondagem referentes à movimentação e localização do conjunto de perfuração enquanto a perfuração continua. “Registro durante perfuração” (LWD) é o termo para técnicas similares, mais concentradas na medição de parâmetros da formação. Embora distinções entre MWD e LWD possam existir, os termos MWD r LWD serão usados com o entendimento que este termo abrange tanto a coleta de parâmetros de formação como a coleta de informação relativa à movimentação e posição do conjunto de perfuração.

Em sistemas LWD, sensores são, tipicamente, localizados na extremidade inferior da coluna de perfuração. Mais especificamente, os sensores do furo de sondagem são, tipicamente, posicionados em um colar de perfuração cilíndrico posicionado próximo à broca de perfuração. Enquanto a perfuração está em progresso, estes sensores monitoram contínua ou intermitentemente predeterminados parâmetros de perfuração e dados de formação e transmite a informação para um detector à superfície por alguma forma de telemetria. Há numerosos sistemas de telemetria em uso e contemplados, que podem ser usados para transmitir informação relativa a parâmetros de interior do furo de sondagem para a superfície, sem exigir o uso de um cabo de perfuração.

De particular interesse para a presente invenção, são os sensores para medição de afastamentos, e instrumentos de registro para medir a densidade. O termo “espaçamento” se refere à distância entre a parede do furo de sondagem e a ferramenta de registro. Há numerosas técnicas de medição de afastamento na indústria de campo de óleo. Um exemplo é um braço carregado por mola que se estende da ferramenta para pressionar contra a parede do furo de sondagem. A extensão do braço indica a medição de afastamento. Um outro exemplo envolve um transdutor piezo-elétrico. O transdutor piezoelétrico transmite pulsos de energia ultra-sônica e mede o retardo até que seções cheguem da parede do furo de sondagem. Sabendo-se a velocidade e o tempo de trânsito dos pulsos acústicos, uma distância de afastamento pode se calculada.

Uma técnica para medir densidade de formação envolve o uso de raios gama. Raios gama são fótons de alta energia emitidos por um núcleo atômico. Esta radiação é, tipicamente, associada ao decaimento de elementos radioativos. Um exemplo de um instrumento de registro existente para medir densidade inclui uma fonte de raios ama de césio-137. Os raios gama da fonte se deslocam para a formação, onde interagem com elétrons, as interações incluem absorção e dispersão. Alguns dos raios gama dispersados retomam para os detectores no instrumento de registro, onde eles são contados e sua energia é medida. A partir das medições de raios gama, podem ser feitas determinações de densidade de elétrons e de tipo litológico. Destas determinações, uma densidade normal de peso-para-volume pode ser calculada.

Técnicas intimamente relacionadas para efetuar medições e porosidade envolvem o uso de ferramentas de nêutron. Nêutrons emitidos por uma fonte de nêutrons interagem com a formação e são dispersados de volta para detectores na ferramenta. Pelas medições de detector, uma determinação da porosidade de formação pode ser calculada. Conseqüentemente, ambas as ferramentas de raios gama e ferramentas de nêutrons dependem de medições de intensidade e radiação.

Medições de intensidade de radiação são adversamente afetadas pelas condições do furo descendente e, em particular, são adversamente afetadas pelo fluido de perfuração no furo de sondagem e a geometria relativa do furo de sondagem. Para compensar estes efeitos adversos, um par de detectores pode ser incluído na ferramenta de execução de registro e suas medições combinadas. Ver, por exemplo, G. L. Moake, “A New Approach to Determining Compensated Density and Pe Values With a Special-Density Tool”, SPWLA Logging Symposium, documento 91-Z,

1991, aqui incorporado pela referência. Entretanto, técnicas de compensação existentes geralmente falham em distâncias de afastamento maiores e, assim as ferramentas de medição de intensidade de radiação existentes são projetadas para permanecer em contato íntimo com a parede do furo de sondagem. Uma técnica que compensa medições de intensidade de radiação durante grandes afastamentos é desejável, uma vez que ela permitiría operação mais versátil da ferramenta de medição de intensidade de radiação.

O documento US 5091644 revela a determinação de dados de formação dividindo um furo em seções selecionadas, recebendo e analisando “espectros” de cada seção selecionada, e minimizando erro relativo selecionando ou combinando espectros de diferentes seções. O documento US 5513528 revela um método e um aparelho para medir as características de formação como uma função de segmentos de distância angulares sobre o furo. O documento US 5390115 proporciona um método e um aparelho para utilização na determinação da densidade aparente de uma formação de terra adjacente a um furo de poço que oferece maior precisão, particularmente em que os dados de densidade formação aparente são corrigidos para as variações na espessura da camada de lama (“mudcakej para se obter o resultado densidade formação. No entanto, nenhum destes documentos descreve ou sugere as características da presente invenção, que serão apresentadas a seguir.

SUMÁRIO

Conseqüentemente, são revelados aqui métodos de medição de intensidade de radiação que são precisos por uma extensa faixa de distâncias de afastamento. Em um modo de realização, o modo inclui: a) obter uma distância de afastamento, uma taxa de contagem de um detector próximo, e uma taxa de contagem de um detector afastado, b) determinar uma medição de propriedade de formação usando taxas de contagem de detectores próximo e afastado quando a distância de afastamento for menor do que uni valor predeterminado, e c) determinar a medição de propriedade de formação usando medições de afastamento e a taxa de contagem de detector afastado quando a distância de afastamento for maior do que o valor predeterminado. O método pode incluir ainda calcular um parâmetro de calibração quando a distância de afastamento for menor do que o valor predeterminado. O parâmetro de calibração serve para calibrar a correção baseada em afastamento para taxas de contagem de detector distanciado para possibilitar medições acuradas de propriedade dc formação sem usar o detector próximo. Em um modo de realização preferido, as medições são feitas com uma ferramenta de execução de registro que gira e, conseqüentemente, a distância de afastamento pode ciciar entre valores grandes e pequenos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Uma melhor compreensão da presente invenção pode ser obtida quando a descrição detalhada a seguir do modo dc realização preferido for considerada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

A Fig. 1 mostra uma conectada flui dicamente representativa de registro-durante-perfuração (LWD);

A Fíg. 2 mostra uma conectada fluídicamente representativa de registro por cabo de perfuração;

A Fig. 3 mostra um modo de realização de ferramenta de execução de registro; a Fig. 4 mostra uma seção transversal parcial do modo de realização de ferramenta de execução de registro;

A Fig, 5 mostra um fluxograma de um modo de realização de método de medição de propriedade de formação;

A Fig. 6 mostra seções angulares que podem se usadas para formação de imagem de furo de sondagem; e

As Figs. 7a-7j mostram gráficos de erros de medição de densidade em função de afastamento em diferentes combinações de formação e fluído.

Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e formas alternativas, seus modos de realização específicos são mostrados como exemplo nos desenhos e serão descritos aquí em detalhe. Deve ser entendido, porém, que os desenhos e descrição detalhada dos mesmos não tema intenção de limitar a invenção à forma particular revelada, mas, ao contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas abrangidos pelo espírito e escopo da presente invenção, como definido pelas reivindicações anexas.

'NOTAÇÃO E NOMENCLATURA

Certos termos são usados por toda a descrição e reivindicações a seguir para referência a componentes e configurações de sistema particulares. Como alguém experiente na técnica apreciará, companhias podem se referir a um componente por nomes diferentes. Este documento não pretende distinguir entre componentes que diferem em nome, mas não em função. Na discussão e nas reivindicações a seguir, os termos “incluindo” e “compreendendo” são usados de um modo de extremidade aberta e, assim, devem ser interpretados como significando “incluindo, mas não limitado a...”. Além disso, o termo “acoplam” ou “acopla” tema intenção de significar uma conexão elétrica direta ou indireta. Desse modo, se um primeiro dispositivo se acoplar a um segundo dispositivo, esta conexão pode ser através de uma conexão elétrica, ou através e uma conexão elétrica indireta via outros dispositivos e conexões. Os termos montante e jusante se referem, de modo geral, no contexto desta revelação, à transmissão de informação de equipamento de subsuperfície para equipamento de superfície, e de equipamento de superfície para equipamento de subsuperfície, respectivamente. Adicionalmente, os termos superfície e subsuperfície são termos relativos. O fato de uma peça particular de hardware ser descrita como estando à superfície não significa necessariamente que ela tem que estar fisicamente acima da superfície do terreno, mas, em vez disso, descreve apenas a colocação relativa das peças de equipamento de superfície e subsuperfície.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Passando agora às figuras, a Fig. 1 mostra um porco representativo durante operações de perfuração. Uma plataforma de perfuração 2 é equipada com uma tone de perfuração 4 que suporta um guindaste 6. Perfuração de poços de óleo e gás c executada com uma coluna de tubos de perfuração conectados um ao outro por juntas de “ferramenta” 7 de modo a formar uma coluna de perfuração 8, O guindaste 6 suspende um kelly 10 que é usado para baixar a coluna de perfuração 8 através de uma mesa rotativa 12. Conectada à extremidade inferior da coluna de perfuração há uma broca de perfuração 14. A broca 14 é girada pela rotação da coluna de perfuração 8 ou pela operação de um motor de furo descendente próximo à broca dc perfuração. A rotação da broca 14 estende o furo descendente.

Fluido de perfuração é bombeado por equipamento de recirculação 16 através de tubo de suprimento 18, através de Kelly de perfuração 10, e descendentemente através da coluna de perfuração 8 a altas pressões e volumes para emergir através de bocais ou jatos na broca de perfuração 14. O fluido de perfuração se desloca, então, de volta para cima, via o ânulo entre o exterior da coluna de perfuração 8 e a parede do poço 20, através do preventor de explosão (não mostrado especificamente), e para um poço de lama 24 à superfície. A superfície, o fluido de perfuração é limpo e depois recirculado pelo equipamento de recirculação 16. O fluido de perfuração resfria a broca de perfuração 14, carreia detritos de perfuração para a superfície, e equilibra a pressão hidrostãtica nas formações rochosas.

Sub de instrumentos do furo descendente 26 é acoplado a um transmissor de telemetria 28 que se comunica com a superfície para prove sinais de telemetria e receber sinais de comando. Uni transceptor de superfície pode ser acoplado ao Kelly 10 para receber sinais de telemetria transmitidos e transmitir sinais de comando para o furo descendente. UM ou mais módulos repetidores 32 pode ser provido ao longo da coluna de perfuração para receber e retransmitir os sinais de telemetria e comando. O transmissor de superfície 30 é acoplado a uma instalação de registro (ao mostrada) que pode coletar, armazenar, processar, e analisar a informação de telemetria.

A Fig. 2 mostra um poço representativo durante operações de registro por cabo de perfuração. O guindaste 4 não é, necessariamente, para a execução de registro por cabo de perfuração, mas está praticamente presente por todo o processo de perfuração. A coluna de perfuração foi removida do furo de sondagem para permitir que uma sonda 38 seja baixada por cabo de perfuração 40 no poço. Tipicamente, a sonda 38 é baixada até o fundo da região de interesse e, subseqüentemente puxada para cima a uma velocidade constante. Durante a manobra ascendente, a sonda efetua medições sobre as formações 34 adjacentes ao furo de sondagem ao passar pelas mesmas. Os dados de medições são comunicados para uma instalação de registro 42, para armazenamento, processamento e análise.

Durante as operações de registro por cabo de perfuração, o furo de sondagem é carregado com um fluido que equilibra a pressão na formação e preserva a integridade do furo de sondagem. Um número de tipos de fluidos pode ser usado, dependendo de considerações de custo, ambientais e tipo de formações. Os fluidos podem ser baseados em água ou baseados em óleo e, geralmente, são formulados com agentes de adensamento para padronizar a densidade do fluido.

Por clareza, a descrição a seguir focará sobre modos de realização de uma ferramenta de raios gama para registro de densidade. Os princípios descritos serão aplicados igualmente bem a ferramentas de nêutrons, embora pequenas mudanças aos detalhes possam ser necessárias para acomodar a implementação diferente. Qualquer dessas mudanças são esperadas serem prontamente percebidas por alguém experiente na técnica.

A Fig. 3 mostra um exemplo ilustrativo de uma ferramenta de registro de densidade para uso como uma ferramenta de registro-duranteperfuração (LWD). A ferramenta de registro 302 tem uma protusão externa 304 que aloja uma fonte de raios gama atrás da janela de fonte 306, e dois detectores de raios gama atrás da janela 308, 310. Os detectores são posicionados a distâncias diferentes da fonte e blindados de modo a detectar apenas raios gama provenientes da formação. A ferramenta é configurada para medir, predominantemente, em uma direção. A ferramenta pode incluir também um conjunto de transdutores ultra-sônicos 312 configurado para medir o tamanho do furo de sondagem e a posição da ferramenta dento do furo de sondagem.

No modo de realização preferido, um transdutor ultra-sônico 312 alinhado com a face (janelas) da ferramenta de densidade mede uma distância de afastamento entre a parede do furo de sondagem e a face da ferramenta de densidade. Em um modo de realização alternativo, múltiplos transdutores ultra-sônicos 312 são usados para medir a geometria do furo de sondagem e a posição da ferramenta dento do furo de sondagem. Dessas medições, a distância de afastamento pode ser determinada. Estas abordagens de medição de afastamento podem, vantajosamente, evitar aumentar o diâmetro da ferramenta, e a ausência de partes móveis aumenta a confiabilidade. Pelo menos um transdutor 312 é, de preferência, montado em linha com a face da ferramenta e tão próximo da janela quanto possível.

O feixe de cada transdutor ultra-sônico deve se focado de modo a prover a melhor resolução espacial possível que seja consistente com o deslocamento de volta completa através de diversos centímetros de fluido de perfuração. Em um ambiente de LWD, onde a ferramenta pode ficar próxima à parede do furo de sondagem e girar, o uso de múltiplos transdutores azimutalmente espaçados é preferido para assegurar que o sinal transmitido seja refletido de volta para o receptor, mas um único transdutor pode, altemativamente, ser usado neste e outros ambientes. Cada transdutor ultrasônico é, de preferência, pulsado com suficiente freqüência de modo que pequenas mudanças no afastamento possam ser monitoradas. No registro por cabo de perfuração, que pode ser tão freqüente quanto 12 vezes a cada 30cm de deslocamento e que poderia ser tão rápido quanto 12 vezes por segundo. Em LWD, onde a ferramenta está girando, pode ser vantajoso medir o afastamento tão freqüentemente como 100 vezes em uma rotação, que poderia ser tão freqüente quanto 300 vezes por segundo. Como uma alternativa a esta alta taxa de amostragem, uma taxa de amostragem menor pode ser usada em conjunto com interpolação.

Se a ferramenta estiver rente à parede do furo de sondagem, qualquer detector pode se usado para prover uma medida precisa da densidade de formação. Entretanto, em um ambiente de mundo real, é pouco provável que a ferramenta esteja rente à parede do furo de sondagem. A parede do furo de sondagem pode ser rugosa (erodida em lugares). Pode haver um bolo de lama (uma camada viscosa ou semi-sólida de fluido de perfuração) sobre a parede do furo de sondagem. A posição da ferramenta dento do furo de sondagem pode manter a face da ferramenta indesejavelmente distanciada da parede do furo de sondagem. Qualquer dessas condições adversas pode impedir que a ferramenta faça um bom contato com a parede do furo de sondagem.

No registro por cabo de perfuração, uma ferramenta de densidade é, tipicamente, empregada além da coluna de ferramenta principal por um mecanismo projetado para empurrar a almofada contra a parede, minimizando, desse modo, o afastamento e espessura de bolo de lama. Este mecanismo é custoso, e ria um risco de ter a ferramenta aprisionada no furo descendente. Além disso, o mecanismo não é à prova de defeito e, assim, há um risco adicional de operação mecânica imprópria.

Em LWD, a coluna de perfuração e ferramentas de registro ligadas estão, normalmente, girando, tomando impraticável forçar mecanicamente a ferramenta de densidade contra a parede. A coluna de perfuração tende a ficar próxima à parede do furo de sondagem, de modo que, quando a ferramenta gira, pelo menos algumas medições são feitas com um pequeno afastamento. Uma abordagem, nestas circunstâncias, é seletivamente reter medições feitas com um pequeno afastamento. Entretanto, não há garantia de que uma tal condição sempre exista. Desse modo, há vezes em que uma coluna de perfuração está perfurando sem girar, e a ferramenta de densidade pode ficar constantemente a uma grande distância da parede do poço. Neste caso, a medição de densidade teria erros inaceitavelmente grandes.

Em LWD (e, talvez, eventualmente em registro por cabo de perfuração), a ferramenta de execução de registro pode ser configurada para efetuar formação de imagem de densidade quando a ferramenta irar. Formação de imagem de densidade envolve realizar medições de densidade de formação ao redor da circunferência da parede do furo de sondagem e ao longo do comprimento do furo de sondagem. Isto pode ser útil para precisar o mergulho das camadas de formação e para direcionar a coluna de perfuração. Devido à ferramenta tender a ficar próximo a um lado do furo de sondagem, pelo menos uma parte das medições em formação de imagem de densidade será feita com um grande afastamento.

As medições de dois detectores podem se combinadas para compensar estas condições adversas e prover uma medição precisa da densidade da formação sempre que a ferramenta não estiver distanciada da parede do furo de sondagem. Como discutido em Fundamentos, porém, as técnicas de compensação existentes falham em maiores afastamentos. O método de compensação revelado pode ser usado para, vantajosamente, estender a precisão de medições em grandes afastamentos.

A Fig. 4 mostra uma vista em seção transversal da protusão 304 durante uma medição ilustrativa. O corpo da protusão 304 é, de preferência, feito de aço, e pode incluir “janelas” 306, 308 e 310 que são relativamente (em comparação co o resto do alojamento) transparentes a raios gama. As janelas podem, simplesmente, ser regiões de espessura reduzida de alojamento; ou elas podem ser feitas usando materiais relativamente transparentes, como óxido de titânio (que é forte enquanto tendo uma densidade relativamente baixa) ou de berilo (que é um material de número atômico baixo). Naturalmente, uma combinação de espessura reduzida e material relativamente transparente também pode ser usada. Em ferramentas de LWD, titânio é preferido para todas as janelas, enquanto em cabo de perfuração titânio é preferido para todas as janelas, exceto a janela de detector próximo para a qual óxido de berilo é preferido.

A ferramenta 302 inclui uma fonte de raios gama 402 como, por exemplo, uma fonte de césio-137 de 1,5 Curie. Raios gama passam da fonte 402 através da janela 306, através de qualquer fluido interveniente 403, e para a formação 404. Elétrons na formação (e fluido) interagem com os raios gama, absorvendo alguns e dispersando outros. Alguns dos raios ama dispersos se deslocam de volta da formação através da janela 308 e para o detector 406 e, similarmente, através da janela 310 para o detector 408.

Os detectores 406, 408 podem ser detectores de iodeto de sódio. Cristais em tais detectores emitem uma cintilação de luz quando atingidos por raios ama. O brilho da cintilação está relacionado à energia dos raios ama. As cintilações são convertidas em pulsos elétricos por um tubo foto-multiplicador. Os pulsos elétricos podem ser processados pelo circuito eletrônico para formar dados de medição digital. Os dados de medição digital podem ser combinados com outras medições de pulso para formar informação de registro que é, então, transmitida para uma instalação à superfície para armazenamento e análise. A informação de registro compreende, de preferência, um espectro de energia para cada detector. O espectro de energia pode ser expresso na forma de um número de raios gama recebido durante um intervalo de tempo tendo uma energia em cada “bin” de energia (bins de energia são faixas de energia predeterminadas). Em um modo de realização alternativo, a informação de registro pode ser uma simples taxa de contagem global.

Pequenas fontes de raios gama 412, 414 podem se colocadas sobre os detectores como padrões de calibração. Os eletrônicos podem usar padrões de calibração para compensar variações induzidas por temperatura e induzidas por taxa de contagem. Os eletrônicos, de preferência, incluem também sensores de temperatura para ajudar a compensar a variação de temperatura.

A Fig. 4 mostra também a distância de afastamento 416. No modo de realização preferido, a distância de afastamento é calculada como a distância entre as janelas 308, 310 e a parede do furo de sondagem.

Uma técnica de correção de afastamento preferida será descrita agora. Esta técnica pode ser efetuada no furo descendente pela ferramenta, ou pode ser realizada em uma instalação de superfície durante a análise de informação de registro, as variáveis a seguir são usadas:

N taxa de contagem de detector próximo

F taxa de contagem de detector distante

Fo taxa de contagem de detector distante corrigida para remover efeitos de afastamento

PN Densidade computada de N assumindo nenhum afastamento

PF Densidade computada de F assumindo nenhum afastamento

P medição da densidade de formação

S Afastamento

Aj, bj, Cj β Parâmetros de calibração determinados em oficina α Parâmetro de calibração determinado dinamicamente. Vários modos de realização serão agora descritos para fazer medições de densidade em pequenos afastamentos. Em um primeiro modo de realização, unia taxa de contagem global N medida pelo detector próximo (por exemplo, detector 406) é convertida em uma medição de densidade, A conversão pode ser expressa como:

PN = a_(t + a, ln(N), (1)

Onde a« e ai são parâmetros de calibração predeterminados. Outras conversões são possíveis e podem ser preferidas. Similarmente, uma taxa de contagem global F medida pelo detector distanciado (por exemplo, detector 408) é conversível em uma medição de densidade. A conversão pode ser expressa como;

PF = b₍, + b,ln(F). (2)

Das medições de densidade próxima e distanciada, uma diferença de densidade x pode ser determinada:

X = PF - PN (3), e esta diferença pode ser usada para determinar uma correção de densidade Ad. A correção de densidade é expressa como:

ifxcO* t

A correção de ** - - (4) densidade pode ser combinada com a medição de densidade de detector distante para prover uma medição de densidade de formação PC que é precisa para pequenos afastamentos (por exemplo, afastamentos menores do que 1,27cm):

PC = PF + Ap (5)

Em um segundo modo de realização, contagens são usadas de múltiplos detectores (denotados por um índice i) e múltiplas janelas de energia (denotadas por índice f). A variável Ny representa a contagem de janela de energia f do detector i. O segundo modo de realização determina uma medição de densidade de formação para pequenos afastamentos pela resolução de um conjunto de equações simultâneas expresso como:

Ln(Ng) = a₍>ij + a_Ujp + a_2ilp² + a^jp³ +a_sijL + a_6ij(p - p_m)f + a₇jj(L-L_m)f (7)

Onde f é uma espessura de bolo de lama, p_m é a densidade do bolo de lama, e L₍₁₁ é o fator de litologia de bolo de lama. O modo de realização preferido pode usar mais de unia conversão, como explicado adicionalmente abaixo. Algumas dessas fórmulas podem se beneficiar do uso de técnicas iteratívas de solução numérica.

Para grandes afastamentos, o cálculo de densidade é modificado. No primeiro modo de realização, uma taxa de contagem corrigida de detector distanciado F_a é determinada. (Esta é a taxa de contagem que deve ser observada se o afastamento for zero). A correção pode ser expressa como:

F₀ =

Fe'

-aS ifS5S_t (8) onde a é um parâmetro de calibração que considera os efeitos do fluido de perfuração, S é o afastamento em centímetros, e S_r é um limiar de afastamento predeterminado, β pode ser uma constante dependente de ferramenta predeterminada. Para uma ferramenta, β foi, de preferência, 0,12.

O limiar de afastamento Sr pode ser, de preferência, ao redor de 2,54cm. A taxa de contagem corrigida de detector distanciado F» pode ser usada de acordo com a equação (2) para determinar uma medição de densidade de detector distante pF₍» que é usada como uma estimativa da densidade de formação p:

Pc para pequenos afastamentos 2 Pfy paia grandes afastamentos 2 (9)

A linha divisória entre pequenos e grandes afastamentos pode ser ajustada com base na experiência, mas c esperada como em volta de l,27cm.

O parâmetro de calibração α é, de preferência, ajustado dinamicamente, ou seja, durante operação normal da ferramenta. O parâmetro de calibração pode se determinado de um conjunto de uma ou mais medições de densidade. O conjunto inclui, de preferência, apenas a(s) medições mais recentes em distâncias de afastamento dentro de uma janela predeterminada, ou seja, abaixo de um valor de limiar predeterminado e acima de um valor mínimo predeterminado. Para estabelecer o parâmetro de calibração, a medição de densidade de detector distante pFo é ajustado para igual à densidade de formação calculada p, e a correspondente “taxa de contagem de detector distante conectado” F_t é determinada. A taxa de contagem Fo pode se determinada de acordo com a equação (2). Com conhecimento da taxa de contagem de detector distante F e a taxa de contagem corrigida de detector distante Fo, o parâmetro de calibração apode ser determinado de acordo com a equação (8). Uma técnica de filtragem (por exemplo, um filtro de média móvel) pode ser usado para suavizar variações no parâmetro de calibração.

Nos segundo e terceiro modos de realização, o cálculo de densidades em uma distância de afastamento grande pode se feito como anteriormente, mas omitindo as contagens do detector mais próximo e usando um diferente conjunto de coeficientes. Se a ferramenta incluir apenas dois detectores, então pode ser preferido que as contagens nas várias janelas de energia do detector distante sejam escaladas individualmente de acordo com a equação (8) antes de realizar o cálculo de densidade. O parâmetro de calibração para cada janela de energia pode ser dinamicamente calculado como antes. Ou seja, quando a distância de afastamento estiver dento de uma janela predeterminada, a densidade de formação calculada é usada para determinar taxas de contagens esperadas do detector distante. (As taxas de contagem esperadas são aquelas taxas de contagem preditas usando o conjunto reduzido de equações que você poderia estar usando grandes distâncias de afastamento). Os parâmetros de calibração são, então, determinados pela comparação das taxas de contagem esperadas com as taxas de contagem medidas.

A Fig. 5 mostra um fluxograma de um método preferido de medição de densidade. Este parâmetro pode ser um valor médio determinado pela experiência ou predições de modelo. No bloco 504, a ferramenta mede as taxas de contagem de detector próximo e distante N, F. Estes são, de preferência, o número de contagens dentro de uma predeterminada janela de energia, mas taxas globais de contagem também podem ser usadas. Em um modo de realização, as medições de detector próximo são feitas dentro de uma faixa de energia de 240-380keV, e as medições de detector distantes são feitas dentro de uma faixa de energia de 180-380keV.

No bloco 506, o afastamento S é determinado, e no bloco 508 o afastamento é comparado a um limiar predeterminado. Se o afastamento exceder o limiar, então no bloco 510 a densidade da formação é estimada sem as taxas de contagem de detector próximo, por exemplo, usando uma medição de densidade de detector distante. O controle retoma, então, para o bloco 504 para obter o conjunto seguinte de medições.

Se no bloco 508 o afastamento S for menor do que o limiar, então, no bloco 512, a densidade da formação é estimada usando medições de todos os detectores, por exemplo, pelo cálculo da medição de densidade de dois detectores pC. No bloco 514, uma conferência é deita para determinar se a distância de afastamento é maior do que um valor mínimo, e se ele não for, então o controle retoma para o bloco 504. De outro modo, o parâmetro de calibração α é calculado no bloco 516. O parâmetro de calibração pode ser recalculado a partir de mído a cada vez que um pequeno afastamento é medido, ou, alternativamente, uma filtragem ou técnicas de mínimo quadrado pode ser usada para reduzir variação “ruidosa” do parâmetro de calibração.

A técnica revelada pode se particularmente adequada para formar imagem por LWD. Em LWD, é muitas vezes desejável gerar uma imagem da densidade de formação que representa a densidade mutável de formação medida pela ferramenta quando esta gira ao redor do furo de sondagem. Quanto a isto, o furo de sondagem é dividido em até N seções diferentes, com N=16 sendo um bom compromisso entre resolução angular e precisão estatística. A Fig. 6 mostra, em forma esquemática, uma seção transversal do furo de sondagem 20 com uma ferramenta rotativa 26 no mesmo. (Note que o desenho não está em escala). O furo de sondagem pode ser altamente desviado ou mesmo horizontal, causando uma significativa descentragem da ferramenta 26. A ferramenta tem um transdutor ultra-sônico que mede afastamento quando a ferramenta gira, sendo claro pela figura que as mudanças de afastamento quando a face da ferramenta gira. A ferramenta de medição de densidade 26 também determina taxas de contagem de raios gama quando a ferramenta gira.

Magnetômetros podem ser usados para determinar a orientação da ferramenta 26 em qualquer instante. Quando a ferramenta gira, as medições são associadas a um dos N bins angulares, conforme mostrado na Fig. 6. Medições da ferramenta de densidade 26 são amostradas em incrementos de tempo que são pequenos se comparados ao tempo gasto em qualquer uma das seções angulares. Por exemplo, se a coluna de ferramenta estiver girando a 2Hz e cada revolução dividida em 16 seções de 22° cada uma, a ferramenta gastará, em média, 31,25ms em cada seção durante uma revolução. Desse modo, é preferível que dados sejam amostrados em intervalos de lOms ou menores. Cada medição de densidade deve ter uma correspondente medição de afastamento e orientação de ferramenta. A orientação de ferramenta é usada para determinar a que seção angular os dados corresponde, e o valor médio das medições do detector e medição de afastamento para esta seleção angular são atualizados. Após uma certa quantidade de tempo, cerca de 10 segundos, os valores médios de cada seção são combinados para computar densidade de formação, um valor para cada seção angular a esta “profundidade” de furo de sondagem. Eles podem ser também combinados para obter outras quantidades, como o valor foto-elétrico Pe, que é característico da composição elementar da formação.

Pixéis de superfície de furo de sondagem são definidos pelas seções angulares do furo de sondagem e posição axial da ferramenta no furo de sondagem. Calcular uma propriedade da formação para cada pixel, onde o cálculo de propriedade da formação depende das medições de afastamento, inclui determinar uma densidade de formação das medições associadas ao pixel de superfície de furo de sondagem, e em que a densidade de formação é determinada pelo uso de uma taxa de contagem de um detector próximo 406 quando o afastamento para o pixel de superfície de furo de sondagem for abaixo de um valor predeterminado, e onde a densidade de formação é determinada sem usar uma taxa de contagem do detector próximo 406 quando o afastamento ao pixel de superfície de furo de sondagem for acima do valor predeterminado.

Para calibrar a correção de afastamento para o detector distante, uma seção angular pode se escolhida tendo um afastamento médio que é moderadamente grande, mas ainda suficientemente pequeno para que a medição de densidade de dois detectores seja esperada ser precisa. A densidade de dois detectores é computada, e os parâmetros de calibração são determinados de modo que a densidade do detector distante seja igual à densidade de dois detectores nesta seção. As outras seções angulares podem, então, ser processadas como a seguir. Se o afastamento médio para esta seção for menor ou igual ao afastamento da primeira seção, o algoritmo de dois detectores é usado. De outro modo, as medições de detector distantes são corrigidas para afastamento usando os parâmetros determinados durante a calibração, e, depois, usadas para computar densidade de formação com equações que são válidas quando nenhum afastamento estiver presente. Se o afastamento for anormalmente grande, pode haver outros componentes de correção usados para considerar unia sensibilidade diminuída do detector distante para a densidade de formação. Uma imagem é, então obtida dos valores de densidade nas diferentes seções angulares de maneira normal.

Na Fig. 6, o bin 602 representa o bin tendo o maior afastamento, e o bin 604 representa o bin tendo o menor afastamento. Se for assumido que o bin 604 tem um afastamento abaixo do limiar de afastamento, e o bin 602 tem uni afastamento acima do limiar, então a ferramenta gira do bin 604 para o bin 602, o cálculo de densidade comutará do cálculo de dois detectores para o cálculo do detector distante em algum bin intermediário, como o bin 606. Antes ou durante a comutação de bin, unia ealibração é efetuada, por exemplo, no bin 608. Nas comparações seguintes, a ealibração é assumida como sendo efetuada quando o afastamento médio do bin for 0,635cm,

Dados usados nas comparações das Figs, 7a-7j foram adquiridos co uma ferramenta real. Foram caracterizados usando dados medidos, como descrito abaixo.

Detalhes de aquisição: Dados foram adquiridos com uma ferramenta LWD em blocos de caracterização de alumínio (Al) e magnésio (Mg). Estes blocos tinham densidades de 2,6o e l,68g/cm⁵, que abrange a maior parte da faixa de densidade que é normalmente registrada. As medições foram repetidas com uma grande variedade de fluidos de perfuração. Afastamentos variando de 0 a 5cm foram usados. Para fins de ilustração, um algoritmo de densidade simples usando taxas de contagem das janelas e energia de 240-380keV (detector próximo) e 180-340keV (detector distante) foi usado para computar densidade. Compensação para a densidade de dois detectores foi obtida usando o método normal de espinha-e-nervuras. Uma vez que o algoritmo de dois detectores somente será usado para pequenos afastamentos, a nervura foi computada apenas de afastamentos de l,27cm ou menor. Uma nervura quadrática foi. usada para correções positivas e uma linear para correções negativas. Nervuras dependentes de densidade foram usadas, de modo a um conjunto de nervuras foi usado para alumínio, e um para magnésio.

Comparação: As Figs. 7a a 7j mostram erro de densidade (em g/cm³) em função de afastamento (em centímetros). Cada figura corresponde a uma certo fluido e “formação”. Cada figura mostra ambas, a curva de eno para o cálculo de densidade de dois detectores, e a curva de erro para o cálculo de densidade do detector distante. As duas “formações’ são os blocos de caracterização de alumínio (Al) e magnésio (Mg), tendo densidades de 2,60g/cm³ e I,68g/cm\ respectivamente. Cinco fluidos são considerados: um fluido de perfuração baseado em água, uma lama de argila, um fluido adensado com barita a 13lbm/0,19cm³ (llbm = 453,óg), um fluido adensado com barita a ló,51bm/0,19em^J (llbm = 453,6g), e um fluido adensado com barita a I7,5lbm/0,19cm³ (llbm = 453,6g). Afastamentos variando de o a 5cm foram usados, embora a quantidade de afastamento verificada em um poço dependa do diâmetro do furo de sondagem, o diâmetro da ferramenta sendo usado, e o afastamento da ferramenta no furo de sondagem.

Um exame das figuras mostra que, em equilíbrio, o erro de densidade é menor para o cálculo de detector distante do que para o cálculo de dois detectores em afastamentos maiores do que 2,54cm. Além disso, os Bros são suficientemente pequenos de modo a permitir medições razoáveis de pelo menos 5cm. A maior fonte de erro de densidade de detector distante pode ser o valor de calibração. que é obtido da densidade de dois detectores. Para minimizar o erro no valor de calibração, um cálculo de densidade preciso de dois detectores pode ser desejado.

Em conclusão, métodos para efetuar cálculos de densidade em grandes afastamentos foram revelados. Medições de densidade feitas a pequenos afastamentos sâo usadas para calibrar uma medição de densidade de detector distante, e a medição de densidade de detector distante é, então, precisa a grandes afastamentos. Esta abordagem é esperada ser particularmente adequada para formação de imagem de densidade por uma ferramenta de LWD, e ainda é esperada como funcionando bem para execução de registros com cabo de perfuração e LWD deslizante (não rotacional). As técnicas reveladas aqui põem ser também vantajosamente aplicadas a ferramentas de nêutrons fazendo medições de porosidade de formação.

Quando uma ferramenta de LWD está deslizando, a ferramenta estará muitas vezes apoiada ou próxima ao fundo do furo de sondagem. As janelas de detector podem estar apontando para baixo, de modo que o afastamento será pequeno e uma boa densidade de dois detectores é computada. Entretanto, as janelas poderíam também estar apontando para o alto. Dependendo do tamanho do furo de sondagem, pode haver um grande afastamento entre a ferramenta e a parede do poço, de modo que a densidade de dois detectores não seja muito precisa. Neste caso, seria vantajoso usar a densidade de detector distante corrigida para afastamento, enquanto os parâmetros de calibração tenham sido determinados. A calibração pode ter sido efetuada durante a prévia rotação da ferramenta, talvez usando uma média dos fatores de calibração de afastamento medidos nos diversos minutos finais de rotação.

No registro com cabo de perfuração, por vezes é desejável ter ferramenta que não exija um braço de emprego para pressionar o sensor contra a parede do poço. Em vez disso, um “centralizador” ou configuração em mola arqueada pode ser usada para manter toda a ferramenta próxima a uma desejada posição no furo de sondagem. A ferramenta pode ser mantida próxima a um lado do furo de sondagem, por exemplo, geralmente dento de l,27cm da parede. Quando o afastamento é pequeno, a medição de densidade de dois detectores pode ser efetuada, e uma calibração estabelecida. Quando o afastamento excede um limiar predeterminado, a medição de densidade de detector distante pode ser efetuada.

Numerosas variações e modificações se tomarão aparentes para alguém experiente na técnica à luz da revelação acima sendo totalmente apreciada. Há a intenção das reivindicações a seguir serem interpretadas como abrangendo todas estas variações e modificações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para medir densidade, compreendendo as etapas de: obter uma distância de afastamento,, uma taxa de contagem de um detector próximo (406), e uma taxa de contagem dc um detector distante (408);

determinar uma medição de densidade de formação usando taxas de contagem dos detectores próximo e distante (406, 408) quando a distância de afastamento for menor do que uni valor predeterminado; e determinar a medição de densidade de formação usando a taxa de contagem do detector distante (408) e não a taxa de contagem do detector próximo (406) quando a distância de afastamento for maior do que o valor predeterminado, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de: calcular uni parâmetro de calibração quando a distância de afastamento for menor do que o valor predeterminado, onde o parâmetro de calibração calibra a mencionada etapa de determinar a medição de densidade de formação quando a distância de afastamento for maior do que o valor predeterminado.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar a medição de densidade de formação quando a distância de afastamento for maior do que o valor predeterminado, incluí ajustar a taxa e contagem do detector distante (408) para considerar os efeitos de fluido de perfuração.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ajuste da taxa de contagem do detector distante é de acordo com if5<^ onde F é a taxa de contagem do detector distante, F₍> é a taxa de contagem do detector distante ajustada, a é o parâmetro de calibração, β é uma constante predeterminada, S é uma distancia de afastamento, e Seção transversal S, é o afastamento de limiar.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar a medição de densidade de formação quando a distância de afastamento for maior do que o valor predeterminado inclui:

determinar a densidade de formação p de acordo com:

111.(.¾) = h_Q+bip-tb2P² + b_ipⁱ +b$L onde bj são constantes de calibração predeterminadas, e L é um fator de biologia determinado de uma relação entre taxas de contagem em diferentes janelas de energia (308, 310).
5. Método para formar uma imagem de um furo de sondagem, compreendendo as etapas de:

girar uma ferramenta de execução de registro (302) à medida que a ferramenta de execução de registro (302) atravessa um furo de sondagem;

fazer medições de taxa de contagem próximas, medições de taxa de contagem distantes, e medições de afastamento à medida que a ferramenta de execução de registro (302) gira; e associar as medições a pixéis de superfície de furo de sondagem, onde os pixéis de superfície de furo de sondagem são definidos pelas seções angulares do furo de sondagem e posição axial da ferramenta no furo de sondagem, caracterizado pelo fato dc compreender ainda a etapa dc: calcular uma propriedade da formação para cada pixel, onde o cálculo de propriedade da formação depende das medições de afastamento, em que o cálculo inclui determinar uma densidade de formação das medições associadas ao pixel de superfície de furo de sondagem, e em que a densidade de formação é determinada pelo uso de uma taxa de contagem de um detector próximo (406) quando o afastamento para o pixel de superfície de furo de sondagem for abaixo de um valor predeterminado, e onde a densidade de formação é determinada sem usar uma taxa de contagem do detector próximo (406) quando o afastamento para o pixel de superfície de furo de sondagem for acima do valor predeterminado.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de:

determinar um valor de parâmetro de calibração para uso quando a densidade de formação for determinada sem usar uma taxa de contagem do detector próximo (406), a determinação de um parâmetro de calibração sendo efetuada quando o afastamento para o pixel de superfície de furo de sondagem for aproximadamente igual a uma quantidade predeterminada.
7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de:

determinar um valor de parâmetro de calibração durante cada rotação da ferramenta de execução de registro (302) em pelo menos um pixel de superfície de furo de sondagem tendo um afastamento abaixo de uma quantidade predeterminada.
8. Método para efetuar registro de densidade, compreendendo as etapas de:

mover uma ferramenta (302) através de um furo de sondagem em uma formação (404), onde a ferramenta inclui uma fonte de radiação;

medir uma intensidade de radiação próxima detectada em um primeiro detector próximo à fonte de radiação;

medir uma intensidade de radiação distante detectada em um segundo detector mais distante da fonte de radiação do que o primeiro detector;

medir uma distância de afastamento ente a ferramenta e uma parede (20) do furo de sondagem; e selecionar um de um conjunto de cálculos relativos à densidade de formação, onde o cálculo selecionado quando a distância de afastamento for maior do que um valor predeterminado determina a densidade

5 relativa à formação usando um parâmetro de calibração, a intensidade de radiação distante, e distância de afastamento, caracterizado pelo fato de que a densidade relativa à formação p é calculada de modo a estar de acordo com:

, íí SíS, _e íís>s,

Ιηΐ-Γθ) ~ ⁺ + b2p onde F é a intensidade de radiação distante, α é o parâmetro de calibração, S é 10 a distância de afastamento, e Seção transversal S_t é o afastamento de limiar, bi são constantes de calibração predeterminadas, e L é um fator de litologia determinado de uma relação ente taxas de contagem em diferentes janelas de energia (308, 310).
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo 15 fato de que quando a distância de afastamento for menor do que um valor predeterminado, são realizadas as etapas de:

selecionar um cálculo diferente do conjunto de cálculos relativos à densidade de formação, onde o cálculo diferente determina a densidade relativa à formação usando a intensidade de radiação próxima e a

20 intensidade de radiação distante; e calcular o parâmetro de calibração usando ambas a intensidade de radiação próxima e a intensidade de radiação distante.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de:

25 girar a ferramenta (302), fazendo, desse modo, com que a distância de afastamento cicie entre valores menores do que o valor predeterminado e valores maiores do que o valor predeterminado.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de associar medições de intensidade de radiação com seções angulares do furo de sondagem.

5
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de determinar uma distância de afastamento média para cada seção angular.
13. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o cálculo de um parâmetro de calibração é efetuado não mais

10 do que uma vez para cada rotação, e o parâmetro de calibração é calculado usando medições associadas a uma seção angular tendo a maior distância de afastamento média que é menor do que o valor predeterminado.

1/3

2/3 ( inicio j Fjg. 5

Y

516'

3/3